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        雙水相體系萃取迷迭香酸工藝研究

        2022-02-16 05:25:56劉康珂陳薪宇鄧愛華謝曉婷
        農(nóng)產(chǎn)品加工 2022年2期
        關(guān)鍵詞:等高線圖雙水硫酸銨

        劉康珂,陳薪宇,鄧愛華,謝曉婷,劉 慧

        (湖南文理學院 生命與環(huán)境科學學院,湖南 常德 415000)

        迷迭香(Rosmarinus officinalis),又稱艾菊,系唇形科植物,起源于地中海地區(qū)[1],其含有的迷迭香酸(Rosemary acid)是一種天然抗氧化劑,有助于防止自由基造成的細胞受損,且廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域[2],具有抗菌[3]、抗病毒[4]、抗氧化[5]、抗癌[6]等作用。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        迷迭香提取物(迷迭香酸20%),湖南廣源生物科技有限公司提供;聚乙二醇(PEG),無錫市亞泰聯(lián)合化工有限公司提供;硫酸銨,天津市志遠化學試劑有限公司提供;純水,實驗室純水機。

        1.2 儀器與設(shè)備

        JB/T5374型電子天平,梅特勒-托利多儀器有限公司產(chǎn)品;ZWL-LS1-10型純水機,湖南中沃水務(wù)環(huán)??萍加邢薰井a(chǎn)品;W1100型高效液相色譜儀,大連依利特分析儀器有限公司產(chǎn)品。

        1.3 試驗方法

        1.3.1 迷迭香酸標準曲線

        準確稱取20 mg迷迭香酸標準品,加入甲醇溶液溶解,待溶解完全后,移入20 mL的容量瓶中,配置成1 mg/mL母液。然后稀釋成100,300,500,700,1 000 μg/mL標準溶液,用高效液相色譜儀檢測。檢測條件如下:C18色譜柱(4.6 mm×250 mm,i.d,5 μm);流動相:A為乙腈,B為4%甲酸水溶液,體積比A∶B=(70%∶30%);柱溫30℃,流速0.8 mL/min,進樣量20 μL,檢測波長330 nm。

        以迷迭香酸標準溶液的質(zhì)量濃度(μg/mL)為橫坐標,對應(yīng)的峰面積為縱坐標繪制標準曲線,得到的線性回歸方程為Y=29.348X+6 703.9,相關(guān)系數(shù)R2=0.918 9(Y為相應(yīng)的峰面積;X為迷迭香酸質(zhì)量濃度,μg/mL)。

        1.3.2 單因素試驗

        控制體系總質(zhì)量30 g,迷迭香水溶液5 g(迷迭香酸濃度1 g/L),依次向燒杯中加入硫酸銨、PEG、水,攪拌均勻后靜置,分相后測量上下相吸光度,計算迷迭香提取液中迷迭香酸的質(zhì)量濃度與提取率。分別考查PEG分子量(200,400,600,800,1 000)、PEG用量(7,8,9,10,11 g)、NH4SO4用量(2.0,2.5,3.0,3.5,4.0 g)等因素對迷迭香酸提取率的影響。

        式中:K——上下相迷迭香酸濃度之比;

        R——上下相的相比。

        1.3.3 響應(yīng)面試驗設(shè)計

        在單因素試驗的基礎(chǔ)上,運用Design Expert 8.6.1軟件中的Box-behnken試驗設(shè)計原理,以PEG分子量(A)、PEG用量(B)和NH4SO4用量(C)為考查因素,以迷迭香酸的提取率為響應(yīng)值(Y),設(shè)計三因素三水平的響應(yīng)面分析試驗。

        響應(yīng)面試驗因素與水平設(shè)計見表1。

        表1 響應(yīng)面試驗因素與水平設(shè)計

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單因素試驗結(jié)果

        2.1.1 PEG分子量對提取率的影響

        PEG分子量對提取率的影響見圖1。

        圖1 PEG分子量對提取率的影響

        由圖1可知,隨PEG分子量增加,迷迭香酸提取率增加,當分子量為400時,提取率達到最大值;當PEG分子量繼續(xù)增加時,整個雙水相體系的黏度增大,阻礙了上下相之間的分子轉(zhuǎn)移,對傳質(zhì)造成不利影響,導致分配系數(shù)下降,從而影響到提取率。

        2.1.2 PEG用量對提取率的影響

        PEG用量對提取率的影響見圖2。

        由圖2可知,隨著體系中PEG質(zhì)量分數(shù)增加,上下相的相比R逐漸增大,上相的水合能力也隨之增強,使得上相的體積也隨之提高,這樣有利于迷迭香酸在上相的富集,導致上相中迷迭香酸的濃度逐漸增大,分配系數(shù)K和萃取率逐漸增大。

        圖2 PEG用量對提取率的影響

        2.1.3 NH4SO4用量對提取率的影響

        硫酸銨用量對迷迭香酸萃取率的影響見圖3。

        圖3 硫酸銨用量對迷迭香酸萃取率的影響

        由圖3可知,隨著體系中NH4SO4用量的增加,上下相的體積差增大,分配系數(shù)與萃取率也隨之上升,當質(zhì)量分數(shù)超過10%后,整個雙水相體系的極性增強,迷迭香酸及其水溶性的雜質(zhì)位于下相,迷迭香酸萃取率出現(xiàn)下降的趨勢。

        2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果

        2.2.1 Box-behnken試驗設(shè)計結(jié)果

        響應(yīng)面試驗設(shè)計中,以迷迭香酸的提取率(Y)的響應(yīng)值,設(shè)計三因素三水平的試驗方案。數(shù)據(jù)進行二次多元回歸擬合,得到二次回歸方程:

        Box-behnken試驗設(shè)計與結(jié)果見表2,回歸方差分析見表3。

        表2 Box-behnken試驗設(shè)計與結(jié)果

        由表3可知,該模型p<0.05,具有顯著性,且PEG分子量(A)和PEG用量(B)為極顯著因素(p<0.01)。比較F值可得出,影響迷迭香酸的萃取率的因素強弱順序依次為PEG分子量>PEG用量>NH4SO4用量。

        表3 回歸方差分析

        2.2.2 交換影響分析

        PEG分子量與PEG用量交互影響響應(yīng)曲面及等高線圖見圖4。

        由圖4可知,PEG分子量與PEG用量之間的交互作用顯著,對迷迭香酸的提取率有較大影響。迷迭香酸的萃取率隨PEG用量升高而緩慢上升,隨PEG分子量增大而緩慢下降。當PEG的分子量為400,PEG用量為10 g時,迷迭香酸的萃取率最高。

        圖4 PEG分子量與PEG用量交互影響響應(yīng)曲面及等高線圖

        PEG分子量與NH4SO4用量交互影響響應(yīng)曲面和等高線圖見圖5。

        由圖5可知,迷迭香酸的提取率隨聚乙二醇分子量增大而緩慢下降,與NH4SO4用量之間呈正態(tài)分布;當PEG的分子量為400,NH4SO4用量為3 g時,迷迭香酸的提取率最高。

        圖5 PEG分子量與NH4SO4用量交互影響響應(yīng)曲面和等高線圖

        PEG用量與NH4SO4用量交互影響響應(yīng)曲面和等高線圖見圖6。

        圖6 PEG用量與NH4SO4用量交互影響響應(yīng)曲面和等高線圖

        由圖6可知,迷迭香酸提取率與NH4SO4用量之間呈正態(tài)分布,隨PEG用量升高而呈緩慢上升趨勢。PEG用量為10 g,NH4SO4用量為3 g時,迷迭香酸提取率最高。

        2.3 最佳提取工藝

        通過Design Expert軟件Box-behnken試驗設(shè)計的結(jié)果表明,當PEG分子量為400,PEG用量為10 g,NH4SO4用量為3 g時,迷迭香中迷迭香酸的提取率可達95.74%。

        3 結(jié)論

        采用聚乙二醇-硫酸銨雙水相體系萃取迷迭香提取物中的迷迭香酸,通過單因素試驗和響應(yīng)面法優(yōu)化萃取工藝。結(jié)果表明,當體系總質(zhì)量為30 g,迷迭香酸水溶液5 g,PEG分子量為400,PEG用量10 g,NH4SO4用量3 g時,迷迭香提取物中迷迭香酸的提取率可達95.74%。

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