超声波辅助提取黑花生衣黄酮工艺优化_杜蕾_李新华_张振

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网络出版时间:2013-04-24 14:02网络出版地址:/kcms/detail/11.1759.TS.20130424.1402.015.html超声波辅助提取黑花生衣黄酮工艺优化杜蕾1,李新华‬1*,张振2(1.沈阳农业大学食品学院,沈阳110866;2.辽宁医学院食品科学与工程学院,锦州121000) 摘要:利用响应面分析法对黑花生衣中黄酮类物质的提取工艺进行了优化。

在单因素试验的基础上,根据Box-Behnken 中心组合试验设计原理,选取三因素三水平进行响应面分析,确定各工艺条件的影响因子,以黑花生衣黄酮提取率为响应值进行响应面分析。

实验结果表明:乙醇浓度、超声功率、超声温度对黄酮类物质的提取有较显著影响,黑花生衣黄酮优化后提取工艺为料液比1:60、超声时间15min、乙醇浓度59%、超声功率200W、超声温度34℃,temperature(34℃); under the optimum extraction conditions, the extraction yield of flavonoidswas 5.433%. It was concluded from verification experiments that the optimal extraction procedureof flavonoids from black peanut skin has some practical value in laboratory operations.Key words: black peanut skin; flavonoids; extraction yield; ultrasonic extraction; response surfacemethodology(RSM)中图分类号:TS201.1 文献识别码:A黄酮类化合物是一类低分子植物成分,具有C6-C3-C6基本构型,为植物体多酚类代谢物,主要成分为黄酮及黄酮醇类、二氢黄酮及二氢黄酮醇类、黄烷醇类、异黄酮及二氢黄酮收稿日期:2013-03-08 * 通讯作者作者简介:杜蕾(1986-),女,在读博士,研究方向为食品制造与保藏。

类、双黄酮类以及查尔酮、花色苷等[1]。

研究表明花生衣中含有儿茶素、白藜芦醇、槲皮素、原花色素低聚物等功能成分,黑花生衣中还含有大量的花色苷类物质,这些物质都属于黄酮类化合物,具有清除自由基、抗肿瘤、抗氧化、调节血脂等生理活性功能[2-12]。

随着黑花生的大量种植并应用于花生油、花生蛋白以及花生酱等生产加工中,将会产生大量的黑花生衣副产物。

利用黑花生加工厂生产剩余的副产物—黑花生衣提取黄酮类生理活性物质开发潜力巨大。

超声波辅助提取法具有提取时间短,效率高,提取液中杂质少,对有效成分结构破坏较小,提取温度可控等优点,故在天然植物活性成分的提取中有较多应用[13],本实验应用超声波辅助提取黑花生衣中黄酮类物质,并对影响黄酮提取率的因素进行研究。

同时,应用响应面法优化其提取工艺,旨在提高黑花生衣黄酮的产量,以期为黑花生衣的综合开发提供技术参考与支持。

1 材料与方法1.1 材料与仪器黑花生购于辽宁康平。

无水乙醇、甲醇、氯化铝,均为分析纯;芦丁对照品中国药品生物制品鉴定所。

BSA224S 电子天平赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;KQ-250DB型数控超声波清洗器昆山市超声仪器有限公司;Cary 50 Conc型紫外-可见分光光度计V ARIAN公司;TU-1810紫外可见分光光度计北京普析通用仪器有限责任公司;SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵郑州长城科工贸有限公司;RE-52A旋转蒸发仪上海亚荣生化仪器厂。

1.2 方法1.2.1黑花生衣黄酮的吸收光谱取黑花生衣黄酮提取液,适当稀释后用紫外-可见分光光度计扫描,波长范围为190~900nm,观察其吸收光谱特征。

1.2.2总黄酮提取率测定方法取标样芦丁2.0mg用甲醇溶解,定容至5.0mL,分别取0、0.5、1.0、1.5、2.0mL,各加甲醇5.0、4.5、4.0、3.5、3.0mL,分别加1.0%AlCl3·6H2O甲醇溶液10.0mL。

分别用紫外-可见分光光度计在200~800nm 范围内扫描波长,以λmax处的吸光度值制作标准曲线方程[14]。

1.2.3黑花生衣黄酮的提取精确称取0.10g黑花生衣于试管中,加入一定浓度、一定量的乙醇溶液,在一定的温度、功率下超声波提取一定时间,提取液过滤后,减压浓缩,用甲醇定容至5.0mL,加入10.0mL1.0%AlCl3·6H2O甲醇溶液反应,测定提取物中总黄酮的提取率。

总黄酮提取率(Y)=C×V×100%/M式中:C为从标准曲线上查出的总黄酮质量浓度(mg/mL);V为样品溶液的体积(mL);M为样品的质量(mg)。

1.2.4响应面分析因素和水平的选择在单因素试验基础上,利用Box-Behnken的中心组合设计原理,以乙醇浓度(X1)、超声功率(X2)、超声温度(X3)为自变量,以黄酮类物质提取率(Y)为响应值设计了三因素三水平的响应面分析试验,其组合设计水平取值编码见表1。

表1 中心组合试验因素水平编码表Table 1 Variables and levels in three-variable, three-level response surface design 水平X1乙醇浓度(%)X2超声功率(W) X3超声温度(℃)-1 0 1 4050601752002253035402 结果与分析2.1黑花生衣黄酮的吸收光谱图从图1可以看出,经紫外-可见光谱扫描表明,黑花生衣黄酮提取液在233nm处和278nm处有最大吸收峰,与花生衣红色素、黑米色素的紫外光谱图相似[15,16],与其他黄酮类的色素(如:可可色素、高粱色素等) 的吸收光谱非常相近,在可见光区无明显的吸收峰,在220、240、280nm 附近有吸收峰,它们是黄酮类物质典型的吸收峰[17]。

),R 22.3 单因素试验结果2.3.1乙醇浓度对提取效果的影响 称取0.10g 黑花生衣,加入10mL 乙醇溶液,超声功率150W ,温度30℃,提取10min ,考察不同浓度的乙醇溶液对提取效果的影响。

从图3可以看出,黄酮提取率随乙醇浓度的增加出现了波动性变化,当乙醇浓度提高到30%时,提取率下降,之后又随乙醇浓度增加而提高;当乙醇浓度为50%时,提取率达到最高;之后随着乙醇浓度的增加,提取率降低。

不同浓度的乙醇溶液极性不同,根据相似相溶原理,不同极性的溶液必然会影响到黑花生衣黄酮的提取率,30%乙醇溶液的极性与黑花生衣中黄酮的极性差别较大,所以提取率较低,而50%的乙醇溶液与黑花生衣中黄酮类物质的极性最为接近,更有利于黄酮成分的提取。

,从图5可以看出,提取率随着液料比的减小而增加,在料液比达到1:60之前,提取率增加的很明显,之后随着液料比的减小,提取率变化不大,考虑节约成本,选择适宜的料液比为1 : 60 。

图5料液比对黄酮提取效果的影响Fig.5 Effect of ratio of material to solvent on yield of flavonoids from black peanut skin2.3.4超声功率对提取效果的影响称取0.10g黑花生衣,加入6.0mL浓度为50%的乙醇溶液,温度30℃,超声提取15min,考察不同功率对提取效果的影响。

超声波辅助提取法中,超声功率对提取率的影响比较大,不同功率的超声作用对原料的空化、振荡作用是不同的。

从图6可以看出,随着超声波功率的增加,提取率逐渐增大,在200W时达到最大值,而后又逐渐减小,说明超声功率在200W时,提取率最高。

2.3.5,超分图7 温度对黄酮提取效果的影响Fig.7 Effect of ultrasonic temperature on yield of flavonoids from black peanut skin2.4响应面法确立最佳工艺条件2.4.1响应值结果及其拟合模拟根据采用Box-Behnken 中心组合试验设计原理,结合单因素试验结果,固定超声时间15min、料液比1:60,考察乙醇浓度为(X1)、超声功率(X2)和超声温度(X3)对提取率(Y)的影响,并对三因素三水平的响应面实验结果进行分析。

试验设计与结果见表2。

表2 试验设计与结果Table 2 Arrangement of three-variable, three-level response surface central composite design andexperimental data试验号X 1X 2X 3Y 提取率(%)1 2 3 4 5 6 7-1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 -1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 -1 -1 1 4.771 4.798 4.691 4.706 5.001 4.786 4.322 纯误差 合计2 140.00021 1.857630.000103注:R 2=97.69%。

p ≤0.05 说明影响显著;p ≤0.01 说明影响极显著。

表 4 回归模型系数显著性检验Table 4 Significance test for each item in the regression model项 系数 系数标准误 T P 常量 X 1 X 2 X 3 X 1* X 15.41800 0.07350 -0.03025 -0.06075 -0.191500.05349 0.03276 0.03276 0.03276 0.04822101.288 2.244 -0.923 -1.855 -3.9720.000 0.075 0.398 0.123 0.011X 2* X 2 X 3* X 3 X 1* X 2 X 1* X 3 X 2* X 3 -0.48500 -0.42850 -0.00300 0.24400 0.00300 0.04822 0.04822 0.04632 0.04632 0.04632 -10.059 -8.887 -0.065 5.267 0.065 0.000 0.000 0.951 0.003 0.951由表3方差分析可以看出,模型p 小于0.01,表明该模型方程极显著,不同处理间的差异高度显著。

模型相关系数R 2 为97.69%,大于90%,说明模型拟合程度良好,试验误差小,该模型是合适的。

因此可以用该模型方程来分析和预测不同提取条件下黑花生衣中黄酮提取率的变化。

由表4的P 值可以知道,因素X 1、X 2、X 3对响应值的线性效应不显著,X 12、X 22、X 32对响应值的曲面效应显著,X 1X 2、X 2X 3 对响应值的交互影响不显著,X 1X 3对响应值的交互影响显著。