响应面法优化沙棘叶多酚超声波辅助提取工艺研究

摘 要：本研究以料液比、乙醇浓度、超声波功率、超声波时间为研究因素，在进行单因素试验的基础上，采用响应面试验设计方法，探讨了超声波辅助沙棘叶多酚提取的最优工艺条件。研究发现，获得最高沙棘叶多酚得率的提取工艺条件为料液比1∶7.5、乙醇浓度75%、超声波功率492 W、超声波时间70 min。在此工艺条件下，沙棘叶多酚实际得率为19.55%。

关键词：响应面法；沙棘叶多酚；超声波辅助；提取工艺

Optimization of Ultrasonic Assisted Extraction Process for Polyphenols in Sea-Buckthorn Leaves by Response Surface Methodology

YANG Ying， BAI Song， HE Jing， LUO Ling

（Sichuan Vocational College of Chemical Industry， Luzhou 646099， China）

Abstract： This research tasked solid-liquid ratio， ethanol concentration， ultrasound power and ultrasound time as research factors. On the basis of conducting single factor experiments， response surface methodology was used to explore the optimal process conditions for ultrasound assisted extraction of polyphenols from sea-buckthorn leaves. Research had found that the extraction process parameters for obtaining the highest yield of sea-buckthorn leaf polyphenols were solid-liquid ratio of 1∶7.5， ethanol concentration of 75%， ultrasonic power of 492 W， and ultrasonic time of 70 minutes. Under these process conditions， the actual yield of sea-buckthorn leaf polyphenols was 19.55%.

Keywords： response surface methodology; sea-buckthorn leaf polyphenols; ultrasonic assisted; extraction process

沙棘（Hippophae rhamnoides）是胡颓子科沙棘属落叶性灌木植物，又名酸刺、达日布[1]。沙棘具有耐旱、保持水土等作用，因此在我国西北地区广泛种植[2]。沙棘除了具有生态保护作用外，还是一种典型的药食同源植物，其根、茎、叶、花、果中富含多酚类、多糖类、黄酮类、氨基酸、维生素等丰富多样的营养功效物质，具有降血压、降胆固醇、抗炎、抗氧化、缓解心绞痛发作等多重功效[3]。目前，人们对沙棘产品的研发主要集中于沙棘果实营养功效物质的开发利用，而同样富含营养功效物质的沙棘叶常常被当作废弃物丢弃，从而造成了其中营养资源严重浪费。本研究将采用响应面试验设计方法，探索超声波辅助法提取沙棘叶多酚的最佳工艺参数，旨在进一步拓展沙棘叶开发利用途径，为沙棘叶多酚类产品研发提供基础参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

样品：甘肃恒有农业科技发展有限公司提供的沙棘干叶。试剂：没食子酸标准品（苏州苏泰科生物试剂有限公司）；福林酚、Na2CO3、Fe2CO3、无水乙醇（分析纯，南京化学试剂股份有限公司）。

1.2 设备与仪器

101-X型电热鼓风干燥箱（常州市万丰仪器制造有限公司）；HH-4A型数显恒温水浴锅（常州隆和仪器制造有限公司）；DX-65型粉碎机（广州市大祥电子机械设备有限公司）；TD5A型离心沉淀机（常州隆和仪器制造有限公司）；VGT-1730QT型高频超声波清洗器（广东固特超声股份有限公司）；RE-2000E型旋转蒸发仪（杭州亿捷科技有限公司）；UV-1800APC型紫外分光光度计（杭州俊升科学器材有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 沙棘叶样品处理

将沙棘叶在60 ℃条件下恒温干燥4 h，经粉碎机粉碎后，过20目筛，作为备用样品。

1.3.2 沙棘叶中多酚提取工艺

精确称取5 g沙棘叶粉末置于锥形瓶中，按试验设定的料液比，加入试验设定浓度的乙醇溶液150 mL，按照试验设定的超声波辅助提取参数进行提取，提取液过滤，滤液经过旋转蒸发仪旋蒸后，用无水乙醇溶解，定容至150 mL，待测[4]。

1.3.3 沙棘叶中多酚得率测定

（1）没食子酸标准曲线的绘制。参考葛亮等[5]没食子酸标准曲线制作方法，进行没食子酸标准曲线的绘制。经计算，标准曲线的线性回归方程为A=0.010 4c+0.0142，R2=0.998 4，线性关系良好。

（2）沙棘叶多酚得率计算。取1.0 mL试验样品沙棘叶多酚提取液，按照上述操作方法，分别进行吸光度值测定，然后根据没食子酸标准曲线回归方程及式（1）计算沙棘叶中多酚得率。

沙棘叶多酚得率=（C×V）/1 000×M×100%（1）

式中：C为沙棘叶多酚浓度，mg·mL-1；V为沙棘叶多酚提取液体积，mL；M为称取的沙棘叶粉末质量，g。

1.4 试验设计

1.4.1 单因素试验设计

单因素试验的试验因素分别为料液比、乙醇浓度、超声波功率、超声波时间，评价指标为沙棘叶多酚得率。通过单因素试验，初步研究4项试验因素对沙棘叶多酚得率的影响，并确定响应面法优化试验设计的因素水平。

1.4.2 响应面试验设计

依据单因素试验结果，采用响应面试验设计方法，设计4因素3水平试验探求沙棘叶中多酚提取最佳工艺参数。因素水平编码表见表1。本次响应面试验设计自变量为料液比（A）、乙醇浓度（B）、超声波功率（C）、超声波时间（D），因变量为沙棘叶多酚得率（Y）。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 料液比

在乙醇浓度为60%、超声波功率为400 W、超声波时间为60 min的条件下，依次设定料液比为1∶12、1∶10、1∶8、1∶6、1∶4，研究不同料液比对沙棘叶多酚得率的影响（见图1）。

试验结果显示，随着提取液用量的增大，沙棘叶多酚得率的变化趋势为先升高后降低。样品沙棘叶多酚得率最大值对应的料液比为1∶8。因此，选择1∶10、1∶8、1∶6为响应面试验设计方案中料液比水平。

2.1.2 乙醇浓度

在料液比为1∶8、超声波功率为400 W、超声波时间为60 min的条件下，依次设定乙醇浓度为40%、50%、60%、70%、80%，研究不同乙醇浓度对沙棘叶多酚得率的影响（见图2）。

试验结果显示，当乙醇浓度依次提高时，沙棘叶多酚得率的变化趋势为先提升后缓慢降低。样品沙棘叶多酚得率最大值对应的乙醇浓度为70%。因此，选择60%、70%、80%为响应面试验设计方案中乙醇浓度水平。

2.1.3 超声波功率

在料液比为1∶8、乙醇浓度为60%、超声波时间为60 min的条件下，依次设定超声波功率为100 W、250 W、400 W、550 W、700 W，研究不同超声波功率对沙棘叶多酚得率的影响（见图3）。

试验结果显示，当超声波功率依次提高时，沙棘叶多酚得率的变化趋势为先迅速提升后缓慢降低。样品沙棘叶多酚得率最大值对应的超声波功率为400 W。因此，选择250 W、400 W、550 W为响应面试验设计方案中超声波功率水平。

2.1.4 超声波时间

在料液比为1∶8、乙醇浓度为60%、超声波功率为400 W的条件下，依次设定超声波时间为20 min、40 min、60 min、80 min、100 min，研究不同超声波时间对沙棘叶多酚得率的影响（见图4）。

试验结果显示，当超声波时间依次提升时，沙棘叶多酚得率的变化趋势为先提升后缓慢降低。样品沙棘叶多酚得率最大值对应的超声波时间为60 min。因此，选择40 min、60 min、80 min为响应面试验设计方案中超声波时间水平。

2.2 响应面优化试验设计与结果分析

2.2.1 响应面优化试验设计

根据单因素试验结果，进行响应面优化试验设计。试验因素组合与结果如表2所示。

2.2.2 响应面优化试验结果与方差分析

结合表2中响应面试验结果，建立响应面二次回归模型，确定回归方程为Y=18.93-0.12A+0.46B+0.20C+0.10D-0.098AB+0.54AC-0.10AD-0.11BC+0.07BD+0.26CD-0.52A2-0.40B2-0.25C2-0.29D2。

根据表3中回归模型偏方差分析结果可知，回归模型失拟项的P值大于0.05，没有达到显著水平，说明回归模型与试验实际结果拟合程度良好；回归方程模型P值＜0.01，说明本次响应面试验所建立的回归模型达到极显著性水平，回归模型可以较为准确地预测试验结果；回归系数R2=0.966 5，R2adj=0.933 0，说明回归方程试验拟合状况良好，误差较小。

表3中一次项的F值的大小可以用于判断4个试验因素对沙棘叶多酚得率的影响程度。F值越大的试验因素对沙棘叶多酚得率的影响越大。结合表3可知，FB＞FC＞FA＞FD，这说明4个试验因素对沙棘叶多酚得率的影响由大到小依次为乙醇浓度＞超声波功率＞料液比＞超声波时间。

从一次项看，与Y均呈正相关的试验因素为B、C、D，呈负相关的试验因素为A。其中，A、B、C对Y的影响均达到极显著水平；D对Y的影响达到显著水平。从交互项看，AC、BD、CD与Y呈正相关，AB、AD、BC与Y呈负相关。其中，AC、CD对Y的影响达到极显著水平；AB、AD、BC、BD对Y的影响不显著。从二次项看，A2、B2、C2、D2与Y均呈负相关，且对Y的影响均达到极显著水平。

在本次响应面试验设计中交互作用的3D曲线图中（图5），曲张程度最高的交互作用3D曲面图为料液比（A）与超声波功率（C）的交互图形，说明料液比（A）与超声波功率（C）的交互作用对沙棘叶多酚得率的影响最为显著，这一图示表征的结果也符合表3中偏回归系数显著性检验的结果。

2.2.3 回归模型最优试验组合选择与验证

通过Design-Expert 10.0软件的回归方程最优解分析功能，确定获得最高沙棘叶多酚得率的试验组合为料液比1∶7.5、乙醇浓度75.19%、超声波功率492.37 W、超声波时间69.66 min。结合试验的操作可行性，上述工艺条件组合应适度调整为料液比1∶7.5、乙醇浓度75%、超声波功率492 W、超声波时间70 min。在此工艺条件下，沙棘叶多酚得率的理论值为19.82%。

按照最优试验组合条件进行验证试验，试验重复3次，所取得沙棘叶多酚得率平均值为19.55%，得率较高，与回归方程测算的理论最大值之间的相对误差为1.38%，符合统计学中相对误差不超过10%的要求，说明利用响应面法所建立的回归模型能够很好地预测沙棘叶多酚得率，且稳定可行。

3 结论

4个试验因素对沙棘叶多酚得率的影响由大到小依次为B乙醇浓度＞C超声波功率＞A料液比＞D超声波时间。获得最高沙棘叶多酚得率的提取工艺条件组合为料液比1∶7.5、乙醇浓度75%、超声波功率492 W、超声波时间70 min。在此工艺条件下，沙棘叶多酚实际得率为19.55%。

本试验利用响应面分析设计方法，优化了超声波辅助沙棘叶多酚提取工艺技术，为深入开展沙棘叶多酚研究提供了理论基础参考。随着沙棘叶多酚提取工艺研究的日渐成熟，更多的沙棘叶多酚相关产品将会得到开发利用。

参考文献

[1]陈奕璇，郭佳琦，关文强，等.沙棘综合开发利用研究进展[J].食品研究与开发，2023，44（19）：201-207.

[2]李晓艳，杨福多.沙棘生长气候条件分析与其种植培育技术要点[J].农业灾害研究，2022，12（12）：75-77.

[3]丁肇俊，叶健文，马佳琪，等.沙棘叶化学成分及药理作用研究进展[J].世界中医药，2023，18（5）：714-720.

[4]田建华.沙棘叶多酚提取物及其抗氧化活性研究[J].食品工程，2023（2）：48-50.

[5]葛亮，李琦，李森，等．沙棘果总多酚提取工艺的优化及其稳定性研究[J]．化学与生物工程，2023，40（3）：30-35.

作者简介：杨英（1983—），女，四川眉山人，本科，实验师。研究方向：微生物、食品检测、食品营养及加工。