响应面法优化超声波辅助提取岩茶总黄酮工艺研究

王梅英，陈慧斌，2，陈绍军

(1.厦门海洋职业技术学院生物系，福建厦门361012; 2.福建农林大学食品科学学院，福建福州350002)

响应面法优化超声波辅助提取岩茶总黄酮工艺研究

王梅英1，陈慧斌1，2，陈绍军2，*

(1.厦门海洋职业技术学院生物系，福建厦门361012; 2.福建农林大学食品科学学院，福建福州350002)

为优化超声波辅助提取武夷岩茶总黄酮，采用响应面法优化固液比(X1)、乙醇浓度(X2)、提取温度(X3)和提取时间(X4)，分析并建立数学模型。结果表明:固液比、乙醇浓度、提取温度和提取时间对总黄酮的提取率均有显著影响(p＜0.01);回归方程为最佳的提取工艺参数为液固比21∶1，乙醇浓度80%，提取温度70℃，提取时间50min，此工艺条件下岩茶中总黄酮的提取率为1.605%±0.012%，与模型预测值吻合，说明所建立的模型切实可行。

超声波辅助提取，武夷岩茶，总黄酮，响应面法，优化

表1 响应面实验因素水平

表2 超声频率对提取率的影响

表3 单因素对提取率的影响

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

武夷岩茶 2010年春茶，由福建武夷山世家茶业有限公司提供，实验时以干品计重，粉碎过筛(60目)，自封口袋封存待测。

KQ-300VDE型双频数控超声波设备 昆山市超声仪器有限公司，工作频率 45kHz和 80kHz; UV2000紫外/可见分光光度计 上海精密科学仪器有限公司;梅特勒-托利多A B204-N/PL202-S型电子天平 上海梅特勒托利多仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 标准曲线的测定 测定方法参考文献［9，11］。以芦丁为标准品，采用硝酸铝法，在510nm处测定其吸光度值。绘制标准曲线，得到回归方程为A =0.0138C-0.0265(R2=0.9994)。

1.2.2 单因素实验

1.2.2.1 超声频率 超声波功率为300W，频率选择45kHz和80kHz，两个频率在提取的时候进行转换，转换时间选择2、5、8s。准确称取茶样1.000g，取液固比为15∶1，乙醇浓度为70%，提取温度60℃，提取40min。计算总黄酮提取率，确定最佳超声频率提取条件。

1.2.2.2 液固比 准确称取茶样1.000g，固定提取温度60℃，提取40min，乙醇浓度为70%，研究液固比(v/w)9∶1、12∶1、15∶1、18∶1、21∶1、24∶1对总黄酮提取率的影响。

1.2.2.3 乙醇浓度 准确称取茶样1.000g，采用以上选出的结果，提取温度60℃，提取40min，研究茶样在40%、50%、60%、70%、80%、90%乙醇浓度条件下总黄酮提取率。

1.2.2.4 提取温度 准确称取茶样1.000g，其他条件采用以上选出的结果，固定提取时间为40min，研究茶样在40、50、60、70、80、90℃条件下总黄酮提取率。

1.2.2.5 提取时间 准确称取茶样1.000g，其他条件采用以上选出结果，研究提取时间20、30、40、50、60min条件下总黄酮提取率。

1.2.3 响应面实验设计及统计分析 在单因素实验的基础上，确定超声波辅助提取岩茶中总黄酮提取率的影响因素，采用响应面分析法中 Central Composite原理进行回归实验，优化提取条件。采用DPS(V3.01)和Design Expert 7.0统计软件进行数据分析。选择提取率较高的条件为响应面实验的0水平，对液固比(X1)、乙醇浓度(X2)、提取温度(X3)和提取时间(X4)按照Central Composite原理进行回归实验设计，各因素的臂距△r为1，因素和水平见表1。共31个实验点，其中24个析因点，零点实验进行7次，做误差估计。

2 结果与分析

2.1 超声频率的选择

不同频率下提取结果如表2所示，结果表明当两个频率45kHz和80kHz转换时间为5s时提取率最高，可采用此频率和功率条件进行超声提取。

2.2 单因素实验

根据单因素实验设计对液固比、乙醇浓度、提取温度和提取时间4因素做单因素实验，实验结果见表3。

由表3看出当液固比高于18∶1时，提取率趋于平衡;提取时间到达1h时，提取率反而下降，这可能与长时间浸提导致提取过程中黄酮类物质分解有关;当温度达到70℃以上提取率没有上升反而出现下降，可能与乙醇的挥发和黄酮类物质的热降解有关系;提取率随乙醇浓度的增加出现快速增加，但当高于80%则趋于平衡。

2.2 回归结果及响应面分析

2.2.1 回归结果及分析 根据表1设定的水平和因素，按表4实施31次实验，并得到各个实验条件的黄酮提取率。以X1(液固比)、X2(乙醇浓度)、X3(提取温度)和X4(提取时间)为自变量，黄酮的提取得率(Y)为响应值，对实验结果回归拟合α=0.05显著水平剔除不显著项后，简化后的回归方程：Y=1.407+

表4 响应面分析方案及实验结果

2.2.2 方差分析 对回归的模型和各因素进行方差分析，分析结果如表5。由表5可知，回归方程显著(p＜0.01)，失拟不显著(p＞0.05)，说明该方程能较好模拟各因素对武夷岩茶总黄酮提取效果的影响。提取的各个因素X1(液固比)、X2(乙醇浓度)、X3(提取温度)和X4(提取时间)对提取率的影响都达到极显著水平(p＜0.01)，各因素对提取率的影响不存在线性关系，它们中的一些交互项对提取率的影响是显著的。

2.2.3 单因子效应分析 单因子效应分析可以获得影响变量的主次因素。拟合方程经无量纲线性编码代换后所得，方程中一次项系数的绝对值可进行单因子效应分析。因此各因素对总黄酮提取率的影响情况是X3(提取温度)＞X4(提取时间)＞X2(乙醇浓度)＞X1(液固比)。

2.2.4 响应面分析 选取两个交互的因素对武夷岩茶总黄酮提取得率进行响应面图分析(见图1～图4)，其它两个因素固定在零水平。曲面图上相同提取率对应的因素值在底面所形成的曲线为等高线，等高线的形状可以反映出相互作用效应的强弱，当等高线趋于圆形时，两个因素交互作用弱;当等高线呈椭圆形时，两个因素的交互作用强，从图1～图4等高线的形状可以看出液固比与乙醇浓度、液固比与浸提时间、浸提时间与乙醇浓度和温度与乙醇浓度两个因素间的交互作用明显。图1和图2的乙醇浓度和浸提时间与液固比的交互作用，在响应面中都表现出液固比在X1=2.0附近，提取得率较高;图3和图4在各因素零水平以下出现陡峭的曲面，在零水平以上曲面趋于平缓，因此可以看出提取率的最高点在乙醇浓度、提取温度和提取时间零水平以上出现。

表5 方差分析表

图1 液固比和乙醇浓度对提取率的影响

图2 液固比和浸提时间对提取率的影响

2.2.5 最佳工艺优化 进一步采用DPS优化得到最高值的各个因素组合为：X1=2，X2=1，X3=1，X4= 1，即液固比为21∶1，乙醇浓度为80%，提取温度为70℃，提取时间为50min时，岩茶中总黄酮提取率的理论值为1.6%，实际提取测定结果为1.605% ± 0.012%，与理论值基本相符。

图3 浸提时间和乙醇浓度对提取率的影响

图4 温度和乙醇浓度对提取率的影响

3 结论

超声波辅助提取功率为300W，45kHz和80kHz提取时进行转换，转换时间为5s时效果较好。各因素对总黄酮提取率均存在显著性影响(P＜0.01)，影响顺序为X3(提取温度)＞X4(提取时间)＞X2(乙醇浓度)＞X1(液固比)。通过模拟回归和响应面分析得到各因素影响总黄酮提取率的方程为0.03X1X3-0.0338X2X3-0.0613X2X4;响应面分析交互作用，最终确定最佳的提取工艺条件为液固比为21∶1，乙醇浓度为80%，提取温度为70℃，提取时间为50min时，岩茶中总黄酮的实际提取率为1.605% ±0.012%，与模型提取率的理论值1.6%基本相符。

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Optimization of ultrasonic-assisted extracting flavonoids from rock tea by response surface methodology

WANG Mei-ying1，CHEN Hui-bin1，2，CHEN Shao-jun2，*
(1.Biology Department，Xiamem Ocean Vocational College，Xiamen 361012，China; 2.College of Food Science，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou 350002，China)

In order to optimize ultrasonic-assisted extraction of flavonoids from Wuyi Rock tea，response surface methodology was used to establish models for optimization of solid-to-liquid ratio(X1)，ethanol concentration (X2)，extraction temperature(X3)and extraction time(X4).Results showed that solid-to-liquid ratio，ethanol concentration，extraction temperature and extraction time had significant affects on extraction rate of flavonoids (p＜0.01).Regression equation wasThe optimal conditions for achieving the high extraction rate of flavonoids were liquid-to-solid ratio of 21∶1，ethanol concentration of 80%，temperature of 70℃and time of 50min.The extraction rate of flavonoids reached 1.605%±0.012%.Extraction rate were conducted under the optimum condition and the results showed the models fitted well the experimental data and the model was feasible.

ultrasonic-assisted extraction;Wuyi Rock tea;total flavonoids;response surface methodology; optimization

TS201.1

B

1002-0306(2011)12-0327-04

黄酮类化合物具有明显的抗炎、抗菌、清除自由基、抗衰老、降血脂、预防心脑血管疾病、增加机体免疫力等广泛的生理活性［1-3］，在自然界中主要存在于植物中。茶叶中的黄酮含量较高，已有研究报道其在抗癌及心血管健康等方面的应用［4-5］。目前，从植物组织中提取黄酮类化合物已有较多研究，提取方法主要有热水浸提、有机溶剂提取、超声波辅助提取、微波辅助提取等［6-8］。其中，超声波辅助提取与传统热水浸提法相比，具有提取时间短、耗能低［9］、得率高、有效成分被破坏少等特点。武夷岩茶中黄酮的含量较高，有报道采用微波辅助热水浸提法，在一定程度上提高了黄酮的提取得率［10］。本研究采用超声波提取武夷岩茶总黄酮，在单因素实验的基础上，采用响应面分析法(response surface methodology， RSM)，进行液固比、乙醇浓度、提取温度、提取时间组合实验，拟合总黄酮提取率的多元线性方程，分析各影响因素对提取效果的影响，以获取最优武夷岩茶总黄酮的提取工艺条件，并进行验证实验。

2011-06-29 *通讯联系人

王梅英(1982-)，女，硕士，助教，主要从事农产品保鲜与加工方向研究。

福建省科技厅重点项目(2006S0043);福建省教育厅科技项目(JB11323)。