响应面法优化紫斑牡丹籽粕总黄酮提取工艺

作者: 陶波 马玉勤

响应面法优化紫斑牡丹籽粕总黄酮提取工艺0

摘 要:以乙醇浓度、提取温度、提取时间及料液比为考察因素,以总黄酮提取率为指标,通过单因素试验和响应面法对紫斑牡丹籽粕总黄酮提取工艺进行了优化。结果表明,紫斑牡丹籽粕总黄酮的最佳提取工艺为乙醇浓度67%、提取温度74 ℃、提取时间133 min、料液比1∶36(g∶mL)。在该工艺条件下,紫斑牡丹籽粕中总黄酮提取率达到8.63%,工艺可行性较高,可为紫斑牡丹籽粕中总黄酮提取提供有效参考依据。

关键词:紫斑牡丹籽粕;总黄酮;提取工艺;响应面分析

Optimization of Extraction Process of Flavonoids from Paeonia rockii Seed Meal by Response Surface Methodology

TAO Bo, MA Yuqin

(Department of Biotechnology, Linxia Modern Vocational College, Linxia 731100, China)

Abstract: Ethanol concentration, extraction temperature, extraction time and solid-liquid ratio were selected as factors to be examined, and the total flavonoids extraction rate was used as an indicator to optimize the extraction process of total flavonoids from Paeonia rockii seed meal through single factor experiments and response surface methodology. The results showed that the optimal extraction process of total flavonoids from Paeonia rockii seed meal was ethanol concentration 67%, extraction temperature 74 ℃, extraction time 133 min, and solid-liquid ratio 1∶36 (g∶mL). Under this condition, the extraction rate of total flavonoids from the seed meal of Paeonia rockii reached 8.63%, and the feasibility of the process was high, which can provide an effective reference basis for the extraction of total flavonoids from the seed meal of Paeonia rockii.

Keywords: Paeonia rockii seed meal; total flavonoids; extraction process; response surface methodology

紫斑牡丹除作为观赏性花卉植物外,其花、皮具有一定的活血化瘀、抗病毒、抗菌等药用价值,相关研究表明其中黄酮类化合物是重要的活性物质[1],紫斑牡丹籽油中含量较高的α-亚油酸具有抗氧化、免疫调节、美容防辐射等功效[2],目前也作为保健食品原料正在逐渐被开发利用[3],但紫斑牡丹籽粕却成为工业废料而未能有效利用。本文旨在研究紫斑牡丹籽粕中总黄酮的提取工艺路线,为进一步提高紫斑牡丹种子的利用率提供理论依据,使其经济价值得到更好的发挥。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫斑牡丹籽粕由临夏河州牡丹农业科技有限公司赠送,烘干粉碎备用。

无水乙醇、石油醚(60~90 ℃)、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠和无水三氯化铝均为分析纯;芦丁标准品(CAS:153-18-4)。

1.2 仪器与设备

NBL-124e型电子天平,艾德姆衡有限公司;RE-52型旋转蒸发仪,上海亚荣生化仪器厂;SUS304中药粉碎机,慈溪丁帅电器公司;SHZ-D2型循环水真空泵,上海力辰邦西仪器设备有限公司;V-5100B型可见分光光度计,元析仪器有限公司;SHA-CA型恒温振荡器,常州润华电器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 紫斑牡丹籽粕预处理

将干燥后的紫斑牡丹籽粕粉碎过筛后装入烧杯,按1∶3(V/V)加入石油醚封口,脱脂1.5 h(3次),至石油醚无色后抽滤干燥待用[4]。

1.3.2 标准曲线绘制

准确称取芦丁标准品10.00 mg置于棕色容量瓶(100 mL),以浓度70%乙醇溶解并定容至刻度,即得浓度为0.1 mg·mL-1对照品原液。将对照品原液稀释为系列浓度标准溶液,采用NaNO2-Al(NO3)3-NaOH显色法[5],以芦丁标准溶液浓度为横坐标,以吸光度为纵坐标,在波长510 nm处测定其吸光度,绘制标准曲线。

1.3.3 总黄酮提取工艺单因素试验

总黄酮提取工艺单因素试验设置4因素5水平,以总黄酮提取率为考察指标,分别考察乙醇浓度(30%、40%、50%、60%、70%、80%)、提取时间(30 min、60 min、90 min、120 min和150 min)、提取温度(40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃)、料液比(1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50,g∶mL)对总黄酮提取率的影响[6]。

1.3.4 响应面试验

选择乙醇浓度(A)、提取时间(B)、提取温度(C)、料液比(D)4个因素作为自变量,以总黄酮提取率为响应值,通过响应面分析软件Design Expert-10.0对总黄酮提取工艺进行优化[7]并测定总黄酮含量。响应面试验因素和水平设计见表1。

2 结果与分析

2.1 标准曲线方程

按1.3.2操作,在510 nm处测定芦丁系列标准溶液,绘制标准曲线,可得回归方程y=8.75x+0.000 7,R2=0.999 6。

2.2 单因素试验结果

由图1~图4可知,当乙醇浓度为60%时,总黄酮提取率达到最高,为7.58%;当提取温度为70 ℃时,总黄酮提取率达到最高,为7.73%;当料液比为1∶30(g∶mL)时,总黄酮提取率达到最高,为7.89%;当提取时间为120 min时,总黄酮提取率达到最高,为8.36%。

2.3 响应面试验结果

2.3.1 响应面法回归模型及方差分析

通过Box-Behnken进行响应面试验设计,利用Design Expert-10.0软件进行数据拟合,建立数学模型,对试验数据进行多项拟合回归,得到乙醇浓度(A)、提取时间(B)、提取温度(C)、料液比(D)对紫斑牡丹籽粕总黄酮提取率(Y)的二次多项回归模型为Y=8.61+0.26A+0.13B+0.27C+0.24D+0.12AB+0.14AC+0.44AD-0.11BC+0.13BD-0.01CD-0.43A2-0.30B2-0.38C2-0.51D2由表2可知,模型P<0.000 1,表明该模型极显著。模型R2=0.927 6,说明有92.76%的响应值变化来源于所选自变量,因变量与自变量之间具有显著线性关系。模型失拟项P=0.071 4>0.05,不显著;模型信噪比为10.29,表明模型与实际试验拟合良好并可较好地反映试验结果。变异系数为2.4%,表明试验具有良好的稳定性。此外,根据二次多项回归模型方程方差分析结果可知,各因素对紫斑牡丹籽粕总黄酮提取率主次影响的排序为C>A>D>B。

2.3.2 响应面因素交互作用分析

通过Design Expert-10软件绘制出乙醇浓度(A)、提取时间(B)、提取温度(C)、料液比(D)的交互作用响应面曲线图。等高线为响应曲面图的投影,等高线趋于圆形表明2个因素之间的交互作用相对较弱;等高线趋于椭圆且角度越大表明2个因素之间的交互作用相对较强。由图5可知,乙醇浓度和料液比交互作用的等高线呈椭圆形,表明乙醇浓度和料液比的交互作用相对较强;乙醇浓度和提取时间、乙醇浓度和提取温度、提取时间和料液比的等高线趋于圆形,表明其因素之间的交互作用相对较弱。

2.3.3 验证试验结果

利用Design- Expert-10.0软件分析得到紫斑牡丹籽粕总黄酮最优提取工艺为乙醇浓度66.87%、提取温度73.59 ℃、提取时间133.42 min、料液比1∶35.86(g∶mL),总黄酮提取率理论值为8.86%。考虑到实际生产条件,将最优提取工艺条件调整为乙醇浓度67%、提取温度74 ℃、提取时间133 min、料液比1∶36(g∶mL),在此次条件下进行3次平行验证试验,得到提取率为8.63%,与响应面数据分析模型预测理论值基本吻合;总黄酮含量达到8.54%。

3 结论

在单因素试验的基础上,以总黄酮提取率为响应值,通过Box-Behnken设计响应面试验对紫斑牡丹籽粕总黄酮提取工艺进行优化,获得最佳提取工艺为乙醇浓度67%、提取温度74 ℃、提取时间133 min、料液比1∶36(g∶mL),紫斑牡丹籽粕总黄酮提取率达到8.63%,总黄酮含量达到8.54%。该提取工艺成本较低,可行性高,为进一步研究紫斑牡丹籽粕总黄酮提供了可靠的理论依据。

参考文献

[1]陈思羽,饶桂维,王露桦,等.微波辅助深共熔溶剂提取紫斑牡丹籽总黄酮的工艺优化及其抗氧化活性[J].食品工业科技,2024,45(5):161-168.

[2]石欣隆,刘伟,张琳,等.紫斑牡丹籽产量及籽油品质综合评价[J].河南科技大学学报(自然科学版),2020,41(6):73-80.

[3]徐昌,曹志强.定西市油用紫斑牡丹资源开发利用对策研究[J].农业科技与信息,2019(3):70-71.

[4]刘恒蔚.石油醚除脂处理对香菜总黄酮提取的影响[J].安徽农业科学,2010,38(25):13699-13700.

[5]白甫,朱丽红,柳小莉,等.花生衣总黄酮纯化工艺研究[J].吉林中医药,2014,34(9):938-941.

[6]黄芳.山楂中总黄酮提取工艺的优化[J].南京晓庄学院学报,2019,35(6):25-27.

[7]周丹蓉,郑少泉,蒋际谋.响应面法优化枇杷花总黄酮超声波辅助提取工艺的研究[J].热带作物学报,2012,33(7):1219-1224.

基金项目:2021年甘肃省高等学校创新基金(2021B-568)。

作者简介:陶波(1989—),男,甘肃张掖人,硕士,讲师。研究方向:动物病理学及中兽药研发。

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