响应面优化香蕉叶多酚的提取工艺研究

陈健旋

(1. 漳州职业技术学院　食品与生物工程系，福建漳州　363000；2. 农产品深加工及安全福建省高校应用技术工程中心，福建漳州　363000)



响应面优化香蕉叶多酚的提取工艺研究

陈健旋1，2

(1. 漳州职业技术学院食品与生物工程系，福建漳州363000；2. 农产品深加工及安全福建省高校应用技术工程中心，福建漳州363000)

以香蕉叶为原料，利用响应面法对香蕉叶多酚的提取工艺进行优化。在单因素实验的基础上，根据Design Expert 8.05b软件中的Box-Behnken试验进行设计与响应面优化，建立了香蕉叶多酚提取率与各工艺参数的二次多项式模型。结果表明，最佳的香蕉叶多酚提取工艺为：提取温度76 ℃、乙醇浓度50 %、液料比21 mL/g、提取时间100 min，香蕉叶多酚的提取率为44.76 mg/g，与模型方程的最优化预测值相比，相对误差为1.28 %，说明该模型的准确、有效。该研究为香蕉叶多酚的综合开发利用提供理论基础。

香蕉叶；多酚；提取；优化

香蕉(MusananaLour.)是芸香科常绿乔木，是热带和亚热带的重要水果。香蕉鲜果可直接食用或进行加工，其茎叶、果皮等也都具有多种天然的活性物质[1-2]。天宝香蕉是漳州的传统名果，随着香蕉产量的增加，占香蕉生产约75 %的茎、叶等副产物也逐年递增。香蕉叶有不小的应用价值，香蕉叶中含“类黄酮”(多酚的一种)之类的物质，具有抗菌、抗氧化、抗发炎和抗衰老等生理生化功能，是开发天然食品添加剂的优良原料[3-4]。然而目前大量的香蕉叶无法进一步利用，只能晒干烧掉或置之于环境中当作垃圾处理，造成了极大的浪费。为扩大香蕉资源的利用率，本文根据Design-Expert 8.05b软件中Box-Behnken对香蕉叶多酚的提取进行响应面实验设计，确定了最佳的提取工艺，为香蕉叶多酚的综合开发利用提供理论基础。

1　实验部分

1.1仪器与试剂

LGJ10-C型冷冻干燥机，北京四环科学仪器厂；UV-1800PC-DS2型紫外可见分光光度计，上海美谱达仪器有限公司。

香蕉叶，采于漳州市天宝镇；食用酒精(乙醇)，食品医药级，河南浩宇食品添加剂有限公司；没食子酸，分析纯，天津市瑞金物化学品有限公司，其它试剂均为分析纯。

1.2试验方法1.2.1多酚含量的测定

以没食子酸标准品作为对照，采用福林-酚法[5]，按文献方法进行测试。香蕉叶多酚的提取率由下式获得。

式中：V为提取液体积/mL；b为多酚浓度/(mg/L)；m为香蕉叶质量/g。

1.2.2香蕉叶多酚的提取工艺

将采摘的香蕉叶用蒸馏水浸泡洗净，晾干，并进行冰冻和真空冷冻干燥，粉碎，得粉末并过筛备用。在100 mL烧瓶中加入一定量的香蕉叶粉末，置于水浴反应装置中，按设定的操作条件进行提取，提取结束后，过滤去渣，稀释，定容，按1.2.1方法计算得多酚的提取率。

1.2.3香蕉叶多酚的单因素实验设计

1)提取温度的影响在乙醇浓度为60 %、液料比为25 mL/g和提取时间为80 min时，考察提取温度对多酚提取率的影响。

2)乙醇浓度的影响在提取温度为80 ℃、液料比为25 mL/g、提取时间为80 min时，考察乙醇浓度对多酚提取率的影响。

3)液料比的影响在提取温度为80 ℃、乙醇浓度为60 %和提取时间80 min时，考察液料比对多酚提取率的影响。

4)提取时间的影响在提取温度80 ℃、乙醇浓度60 %和液料比25 mL/g的时，考察提取时间对多酚提取率的影响。

1.2.4香蕉叶多酚的提取工艺优化

根据Design-Expert 8.05b软件中的Box-Behnken实验设计原理，选择提取温度(A)、乙醇浓度(B)、液料比(C)、提取时间(D)进行响应面优化，自变量编码及水平见表1。

表1　响应面分析因素及编码水平

2　结果与分析

2.1单因素试验结果

2.1.1提取温度对多酚提取率的影响

从图1A中可知，提取温度达到80 ℃时，香蕉叶多酚提取率达到峰值，这是因为提取温度的升高促进了分子的热运动，促进了多酚类物质的溶出，当提取温度过高时，多酚类物质在较高温度下容易发生氧化与降解[6]。因此，提取温度选择为80 ℃。

(A：提取温度；B：乙醇浓度；C：液料比；D：提取时间)图1　不同单因素对多酚提取率的影响

2.1.2乙醇浓度对多酚提取率的影响

从图1B中可知，乙醇浓度达到60 %时，香蕉叶多酚提取率达到峰值，这是因为乙醇是非极性溶剂，乙醇浓度的增加，溶剂的非极性增强，香蕉叶颗粒内部的脂溶性多酚更容易溶出，提取率增大，而当溶剂极性过小时，脂溶性杂质溶出加剧，与多酚类物质的溶出竞争增强[7]，因此乙醇浓度选择为60 %。

2.1.3液料比对多酚提取率的影响

从图1C中可知，液料比达到25 mL/g时，香蕉叶多酚提取率达到峰值，这是因为液料比较小时，溶剂较少，溶剂与香蕉叶颗粒无法达到完全接触，随着液料比的增大，溶剂与香蕉叶颗粒之间多酚的浓度差增加，多酚溶出率增大，当液料比过大时，香蕉叶颗粒内部的各种有效成份均会更多地溶出，而与多酚类物质产生竞争[8]。因此液料比选择为25 mL/g。

2.1.4提取时间对多酚提取率的影响

从图1D中可知，提取时间达到80 min时，香蕉叶多酚提取率达到峰值，这是因为提取时间较短时，多酚还没有完全溶出，而提取时间过长时，多酚类物质长时间暴露在空气中容易发生氧化与降解[9]。因此提取时间选择为80 min。

2.2香蕉叶多酚提取工艺的响应法优化

2.2.1回归模型及检验

按Design-Expert 8.05b软件中的Box-Benhnken试验设计进行实验，结果如表2，并进行响应面分析，其结果如表3。

表2　试验设计及结果

表3　响应模型方差分析

注：*P<0.05，显著；**P<0.01，极显著。

对表2的数据进行响应面分析，得到香蕉叶多酚提取率(Y)与工艺条件提取温度(A)、乙醇浓度(B)、液料比(C)、提取时间(D)的四元二次回归模型：Y=43.26-2.63A-1.25B-1.03C+0.31D+3.46AB+2.01AC+1.57AD+1.95BC-1.76BD-1.76CD-4.30A2- 3.67B2-3.89C2-1.06D2。

2.2.2响应面分析

图2　提取温度和乙醇浓度对多酚提取率的影响

香蕉叶多酚回归模型的响应面图及等高线如图2 ～ 3所示(其它交互作用影响较不显著的图略去)。图中表示的是提取温度、乙醇浓度、液料比和提取时间四因素中任意两个因素为零水平时，另两个因素交互作用对多酚提取率的影响，交互作用影响的显著性可通过响应面曲线坡度和等高线的形状来判断。从图5 ～ 6中可知，提取温度与乙醇浓度的等高线偏离圆形最厉害，且响应面曲线最陡，说明提取温度与乙醇浓度的交互作用对香蕉叶多酚的提取率影响最显著；而提取温度与液料比的等高线偏离圆形厉害程度次之，响应面曲线陡度次之，说明提取温度与液料比的交互作用对香蕉叶多酚的影响程度次之，同理可得，影响香蕉叶多酚提取工艺的主次因素为提取温度 > 乙醇浓度 > 液料比 > 提取时间。

图3　提取温度和液料比对多酚提取率的影响

2.2.3验证试验

利用Design-Expert 8.05b进行优化得到的香蕉叶多酚提取的最佳工艺为：提取温度76.62 ℃、乙醇浓度50.69 %、液料比21.18 mL/g、提取时间100.00 min，在该条件下香蕉叶多酚的提取率为45.34 mg/g。考虑到实际操作的便利性，将条件修正为提取温度76 ℃、乙醇浓度50 %、液料比21 mL/g、提取时间100 min。根据修正后的最佳工艺条件对香蕉叶多酚进行三次平行实验进行提取，并对所测得香蕉叶多酚进行平均，得到提取率为44.76 mg/g，与模型方程的最优化预测值相比，相对误差为1.28 %，说明该模型的准确、有效。说明利用响应面法对香蕉叶多酚的提取工艺进行优化准确、可靠，对香蕉叶多酚的开发与利用具有一定的实际意义。

3　结语

以香蕉叶为原料，对香蕉叶中的多酚进行提取，利用Design-Expert 8.05b软件对香蕉叶多酚的提取工艺进行响应面优化，建立了二次多项式回归模型，经验证，该回归模型准确、可靠。最佳的提取工艺为：提取温度76 ℃、乙醇浓度50 %、液料比21 mL/g、提取时间100 min，并进行验证实验(n=3)，香蕉叶多酚平均提取率为44.76 mg/g，与模拟方程所得的预测值相比，其相对误差为1.28 %，说明该模型准确、有效，说明利用响应面法对香蕉叶多酚的提取工艺进行优化准确、可靠，对香蕉叶多酚的开发与利用具有一定的实际意义。

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Optimization of Extraction of Polyphenols from Banana Leaves Using Response Surface Methodology

CHEN Jianxuan1，2

(1. Zhangzhou institute of technology, Department of Food and Biology Engineering, Zhangzhou 363000, China;2. Applied Technology Engineering Center of Fujian University for Further Processing and Safety of Agricultural Products，Zhangzhou 363000, China)

The response surface methodology was used to optimize the extraction of polyphenols from Banana leaves. Box-Behnken design in the soft of Design Expert 8.05b was used to explore the optimal processing conditions to extract polyphenols from Banana leaves. A second order quadratic equation for polyphenols extraction was obtained. The results show the optimal extraction conditions as follows: extraction temperature 76℃, ethanol concentration 50%, liquid-to-material ratio 21 mL/g and time 100 min. The yield of Polyphenols can be up to 44.76 mg/g, the relative error is 1.28% compared to the predictive value which indicates the feasible model fitted well with the experimental data. The results provide a new scientific basis for the comprehensive development and utilization of polyphenols extraction from Banana leaves.

banana leaves; polyphenols; extraction; optimization

2016-03-18

福建省中青年教师教育科研项目(JB14182)；漳州职业技术学院科研计划资助项目(ZZY1505)。

陈健旋(1964—)，女，福建漳州人，副教授，主要从事食品生物技术研究。

TS209；TQ91

A

1009-0312(2016)05-0071-06