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        響應(yīng)面法優(yōu)化核桃分心木總黃酮提取工藝研究

        2023-12-09 05:01:20葉朋飛張春艷黃慧福
        農(nóng)產(chǎn)品加工 2023年21期
        關(guān)鍵詞:黃酮影響

        劉 靜,葉朋飛,張春艷,黃慧福

        (1.曲靖職業(yè)技術(shù)學(xué)院,云南曲靖 655011;2.曲靖師范學(xué)院,云南曲靖 655011)

        0 引言

        核桃是胡桃科、胡桃屬的一種植物,我國是世界核桃生產(chǎn)大國,擁有最大的種植面積和產(chǎn)量。分心木為其副產(chǎn)物,是胡桃科核桃屬植物核桃的果核內(nèi)木質(zhì)隔膜,顏色呈棕色至淺棕褐色,又稱核桃隔膜[1-4]。分心木,體輕、質(zhì)脆、易折斷,呈薄片狀,約占核桃總質(zhì)量的4%~5%[5-6]。核桃分心木具有味澀、性平的特點,能夠入脾胃,對腎虛遺精[7]、口腔潰瘍[8]、牙齦出血[9]、失眠[10]等癥狀有療效,兼具藥食兩用價值。此外,核桃分心木還具抑菌[11]、抗氧化[12]、降血糖[13]、抑制腦功能衰退[14]、抗腫瘤[15]等作用。

        云南核桃栽培歷史悠久,云南省16 個地、州市,129 個縣、市、區(qū)均有分布及栽培。核桃產(chǎn)業(yè)是云南省發(fā)展高原特色農(nóng)業(yè)中的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè),種植面積全國第一,占43%。核桃是木本一種油料樹種,綜合利用經(jīng)濟價值很高,在脫貧致富的道路上發(fā)揮了巨大作用。每加工1 000 kg的核桃,就產(chǎn)生50 kg的核桃分心木副產(chǎn)物被當作廢棄物處理,造成環(huán)境的污染和資源的浪費。核桃分心木富含黃酮[16-17]、多酚[18]、多糖[19]等多種活性物質(zhì),其中黃酮類化合物在核桃分心木中含量較高,且具有光譜藥理活性,無毒無害[20],是目前國內(nèi)外研究的熱點。目前,關(guān)于核桃分心木黃酮提取方法的研究較少,采用超聲輔助提取法能使植物中的成分更好地溶出,相較于傳統(tǒng)的提取工藝,提取率更高[21]。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        核桃,購自保山市;蘆丁標準品(純度:HPLC≥98%),成都麥德生科技有限公司提供;無水乙醇(AR),天津市大茂化學(xué)試劑廠提供;硝酸鈉(AR)、硝酸鋁(AR),天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司提供;氫氧化鈉(AR),西隴化工股份有限公司提供。

        1.2 儀器與設(shè)備

        UV5100 型可見分光光度計,安徽皖儀科技股份有限公司產(chǎn)品;CR-060S 型超聲波清洗器,深圳市春霖清洗設(shè)備有限公司產(chǎn)品;TDL5A 型離心機,常州市金壇友聯(lián)儀器研究所產(chǎn)品。

        1.3 試驗方法

        1.3.1 總黃酮提取工藝

        核桃分心木于50 ℃下烘干,粉碎、過篩,備用。準確稱取1.000 0 g 核桃分心木粉末,按照一定的液料比,加入不同體積分數(shù)的乙醇溶液,在超聲波輔助條件下提取一定的時間,采用NaNO2-Al(NO3)3顯色法于波長510 nm 處測定分心木提取液中總黃酮的吸光度[22]。

        1.3.2 總黃酮得率的計算

        (1) 標準曲線的建立。配制質(zhì)量濃度0.1 mg/mL的蘆丁標準液備用。取蘆丁標準品溶液0,0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0 mL,分別加入質(zhì)量分數(shù)為5%的NaNO2溶液0.5 mL,搖勻、放置6 min 后,加入質(zhì)量分數(shù)為10%的Al(NO3)3溶液0.5 mL,搖勻放置6 min,再加入質(zhì)量分數(shù)為4%的NaOH 溶液4 mL 快速定容搖勻,靜置15 min 后,于波長510 nm 處測定總黃酮提取液的吸光度。以吸光度(A) 為因變量,蘆丁溶液質(zhì)量濃度(C) 為自變量繪制標準曲線[23]。

        (2) 總黃酮含量的測定。取待測液1 mL,按

        1.3.2(1) 的方法測定,同時做空白,核桃分心木中總黃酮的提取率按下式計算:

        式中:C——提取液中總黃酮質(zhì)量濃度,mg/mL;

        V0——樣品提取液體積,mL;

        V1——提取液樣品測定定容體積,mL;

        V2——測定用樣液體積,mL;

        M——樣品質(zhì)量,g。

        1.3.3 單因素試驗

        (1) 料液比對提取率的影響。選取料液比1∶20,1∶30,1∶40,1∶50,1∶60(g∶mL),在乙醇體積分數(shù)40%,超聲溫度為40 ℃的條件下提取40 min,分析料液比對總黃酮提取率的影響。

        (2) 超聲時間對提取率的影響。選取超聲時間為20,30,40,50,60 min,在料液比為1 ∶50(g∶mL),乙醇體積分數(shù)為40%,超聲溫度為40 ℃的條件下,分析超聲時間對總黃酮提取率的影響。

        (3) 超聲溫度對提取率的影響。選取超聲溫度為20,30,40,50,60 ℃,在料液比為1∶50(g∶mL),乙醇體積分數(shù)為40%,超聲時間為50 min 條件下,分析超聲溫度對總黃酮提取率的影響。

        (4) 乙醇體積分數(shù)對提取率的影響。選取乙醇體積分數(shù)為20%,30%,40%,50%,60%,在料液比為1∶50(g∶mL),超聲溫度為40 ℃,超聲時間為50 min 的條件下,分析乙醇體積分數(shù)對總黃酮提取率的影響。

        1.3.4 響應(yīng)面試驗

        在單因素試驗的基礎(chǔ)上,選取料液比(A)、超聲時間(B)、超聲溫度(C)、乙醇體積分數(shù)(D)為自變量,以總黃酮的提取率為響應(yīng)值,優(yōu)化核桃分心木總黃酮的提取工藝[24-25]。

        響應(yīng)面設(shè)計因素與水平設(shè)計見表1。

        表1 響應(yīng)面設(shè)計因素與水平設(shè)計

        2 結(jié)果與分析

        2.1 標準曲線的確定

        以吸光度為因變量,蘆丁溶液質(zhì)量濃度為因變量,繪制標準曲線(Y=12.799X-0.004 4,R2=0.999 8)。

        2.2 單因素試驗結(jié)果

        2.2.1 最佳料液比的確定

        料液比對總黃酮提取率的影響見圖1。

        圖1 料液比對總黃酮提取率的影響

        由圖1 可知,核桃分心木總黃酮的提取率隨著料液比的增加,先上升后下降,是因為料液比的增加增大了核桃分心木總黃酮的溶解力,使得提取率增大。當料液比過大時,核桃分心木中非黃酮類物質(zhì)溶出,導(dǎo)致提取率下降[26]。因此,料液比選擇為1∶50(g∶mL)。

        2.2.2 最佳超聲時間的確定

        超聲時間對總黃酮提取率的影響見圖2。

        圖2 超聲時間對總黃酮提取率的影響

        由圖2 可知,超聲時間對總黃酮的提取率有一定的影響,隨著超聲時間的延長總黃酮的提取率在50 min 之前逐漸增加,之后提取率下降。因此,超聲時間選擇為50 min。

        2.2.3 最佳超聲溫度的確定

        超聲溫度對總黃酮提取率的影響見圖3。

        圖3 超聲溫度對總黃酮提取率的影響

        由圖3 可知,總黃酮的提取率隨溫度的升高先上升后下降,在40 ℃提取率達到最大??赡苁怯捎跍囟鹊纳邥茐牟环€(wěn)定的黃酮分子的結(jié)構(gòu)使得提取率下降[27]。因此,選擇40 ℃的超聲溫度為宜。

        2.2.4 最佳乙醇體積分數(shù)的確定

        乙醇體積分數(shù)對總黃酮提取率的影響見圖4。

        圖4 乙醇體積分數(shù)對總黃酮提取率的影響

        由圖4 可知,總黃酮的提取率在乙醇體積分數(shù)為40%以前逐漸增加,之后提取下降。分析其原因為,當體積分數(shù)過大時,部分醇溶性雜質(zhì)會被溶出,以致于總黃酮的提取率下降。因此,選擇40%的乙醇體積分數(shù)選擇為宜。

        2.3 響應(yīng)面試驗結(jié)果及分析

        2.3.1 響應(yīng)面試驗結(jié)果

        以核桃分心木總黃酮的提取率為響應(yīng)值,通過Design Expert 8.0 對表2 的數(shù)據(jù)進行分析,得擬合方程為:

        表2 響應(yīng)面試驗結(jié)果

        響應(yīng)面試驗結(jié)果見表2。

        2.3.2 方差分析

        方差分析見表3。

        表3 方差分析

        由表3 可知,模型的p<0.000 1,失擬項p值為0.050 7 不顯著,模型的決定系數(shù)R2為0.961 7,說明可以利用該方程確定核桃分心木總黃酮提取率的最佳工藝參數(shù)。各因素對核桃分心木總黃酮提取率的影響順序為D>A>C>B。

        各參數(shù)之間的交互作用可由響應(yīng)面法中的三維空間曲面圖形象地反映出來。響應(yīng)面中的曲線越彎曲說明研究因素對結(jié)果的影響越大。等高線呈現(xiàn)圓形時,說明兩因素交互作用不顯著;等高線呈現(xiàn)橢圓時,兩因素交互作用顯著。

        兩因素交互作用對總黃酮提取率的響應(yīng)面曲線和等高線圖見圖5。

        圖5 兩因素交互作用對總黃酮提取率的響應(yīng)面曲線和等高線圖

        由圖5 可知,A與B、A與C、A與D的等高線圖均趨于橢圓形,說明交互作用顯著;B和C、B和D、C和D的等高線圖均趨于圓形,說明交互作用不顯著。

        2.4 最佳工藝及驗證試驗

        通過響應(yīng)面分析軟件確定料液比1∶54(g∶mL),超聲時間50 min,超聲溫度41 ℃,乙醇體積分數(shù)43%為核桃分心木總黃酮工藝的最優(yōu)條件,總黃酮的提取率為7.87%。在此條件下進行3 次平行驗證試驗,所得總黃酮的提取率為7.78%,與預(yù)測值相差不大,說明該模型可靠性強。

        3 結(jié)論

        超聲波輔助提取法經(jīng)濟、實用,提取率高,且不會破壞有效成分,結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化總黃酮提取的最優(yōu)條件為料液比1∶54(g∶mL),超聲時間50 min,超聲溫度41 ℃,乙醇體積分數(shù)43%,總黃酮的提取率為7.78%。

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