响应面法优化超声辅助提取牡丹籽粕中多酚工艺

陈 程，王海坤，张存劳，罗国平，姜 宁

(1.西安医学院 药学院，西安 710021； 2.陕西兴森源生物科技有限公司，陕西 咸阳 712099)

综合利用

响应面法优化超声辅助提取牡丹籽粕中多酚工艺

陈 程1，王海坤2，张存劳1，罗国平1，姜 宁1

(1.西安医学院 药学院，西安 710021； 2.陕西兴森源生物科技有限公司，陕西 咸阳 712099)

采用超声辅助提取牡丹籽粕中多酚，分别考察液料比、乙醇体积分数、超声时间、超声温度、超声功率对多酚提取量的影响，在单因素试验的基础上，通过响应面法优化提取工艺。结果表明，超声辅助提取牡丹籽粕中多酚的最佳工艺条件为：超声功率300 W，液料比20∶1，超声时间98 min，乙醇体积分数80%，超声温度50℃。在最佳工艺条件下，牡丹籽粕中多酚提取量为17.42 mg/g。

响应面法；超声辅助提取；牡丹籽粕；多酚

牡丹籽为毛茛科芍药属灌木牡丹干燥成熟的种子[1]。牡丹籽主要用于榨油，出油率达27%～32%[2]。牡丹籽油中不饱和脂肪酸含量达90%，其中亚油酸含量达22.19%，亚麻酸含量达35.70%，二者均是人体必需脂肪酸，具有增强免疫力、降血脂、预防心脑血管疾病等作用[3-5]。牡丹籽油2011年已被卫生部批准为新资源食品[6]。牡丹籽粕是牡丹籽榨油后的固体渣粕，目前作为低价饲料或废弃，资源利用率低，其潜在的价值未被开发利用。因此，研究牡丹籽粕中功能性成分对牡丹资源合理利用具有重要意义。

植物多酚是一类多元酚类化合物，广泛存在于植物的根、叶、果实中，是其次生代谢产物，具有增强免疫力、防止心脑血管疾病、抗氧化等功效和生理活性[7-8]。多酚常用的提取方法为溶剂浸提法、微波辅助提取法、超声辅助提取法等[9]。超声辅助提取法具有节能、高效等特点[10]。Box-Behnken设计是响应面法常用的一种试验设计方法，在医药、食品领域应用广泛，具有试验次数少、精度高等特点[11]，适用于多因素三水平的试验设计，采用多元二次方程拟合因素和响应值之间的函数关系，通过回归方程的分析优化工艺参数[12-13]。目前关于牡丹籽粕中多酚研究未见报道，因此本文选用牡丹籽粕为试验对象，采用Box-Behnken设计响应面法优化超声辅助提取牡丹籽粕中多酚类成分的工艺参数，为下一步研究提供试验依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 原料与试剂

牡丹籽粕由陕西兴森源生物科技有限公司提供；没食子酸标准品，上海源叶生物科技有限公司，纯度≥99%；Folin-ciocalteu试剂，国药集团化学试剂有限公司；无水乙醇、无水碳酸钠等均为分析纯。

1.1.2 仪器与设备

Cary 60型紫外可见分光光度计，SQP型电子分析天平，CP2102电子天平，SB-5200DT超声波清洗机，TD5M型低速大容量离心机，GZ9147电热鼓风干燥箱。

1.2 试验方法

1.2.1 牡丹籽粕中多酚的提取

精密称取牡丹籽粕5.0 g，按照设计安排选取相应的乙醇体积分数、液料比、超声温度、超声时间、超声功率进行提取。提取液置于离心机中离心分离(3 000 r/min，15 min)，上清液定容至250 mL，按照测定方法测定多酚含量。

1.2.2 多酚含量测定方法[14]

采用福林酚法测定牡丹籽粕中多酚。精密称取没食子酸标准品5.2 mg，置于10 mL容量瓶中，用蒸馏水溶解并定容至刻度，摇匀。取此原液1 mL稀释定容至25 mL，即得质量浓度为20.8 μg/mL的没食子酸标准溶液。精密移取没食子酸标准溶液2、4、6、8、10 mL于25 mL容量瓶中，加入福林酚试剂1 mL，摇匀，再加入10%碳酸钠溶液3 mL，蒸馏水定容至刻度，避光1 h后，以蒸馏水为空白，在745 nm处测定吸光度，以吸光度(Y)为纵坐标，没食子酸标准溶液质量浓度(X)为横坐标，绘制标准曲线，得回归方程为：Y=101.82X+0.047 73，r=0.999 6。样品含量测定时，吸取提取液0.25 mL于25 mL容量瓶中，按照上述方法进行吸光度的测定，进而计算多酚提取量。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 乙醇体积分数对牡丹籽粕中多酚提取量的影响

选取液料比20∶1、超声时间60 min、超声温度60℃、超声功率250 W，考察乙醇体积分数对牡丹籽粕中多酚提取量的影响，结果见图1。

由图1可知，随着乙醇体积分数的增加，多酚提取量逐渐增大，当乙醇体积分数为60%时，多酚提取量达到最大值，之后多酚提取量随乙醇体积分数增加而减小，原因是脂溶性成分增加，影响多酚类成分的溶出。故选择乙醇体积分数为60%。

图1 乙醇体积分数对牡丹籽粕中多酚提取量的影响

2.1.2 液料比对牡丹籽粕中多酚提取量的影响

选取乙醇体积分数60%、超声时间60 min、超声温度60℃、超声功率250 W，考察液料比对牡丹籽粕中多酚提取量的影响，结果见图2。

图2 液料比对牡丹籽粕中多酚提取量的影响

由图2可知，随着液料比的增加，多酚提取量呈先增大后减小的趋势，当液料比达20∶1时，多酚提取量逐渐趋于饱和状态，原因可能是多酚基本被溶出。故选择液料比为20∶1。

2.1.3 超声时间对牡丹籽粕中多酚提取量的影响

选取乙醇体积分数60%、液料比20∶1、超声温度60℃、超声功率250 W，考察超声时间对牡丹籽粕中多酚提取量的影响，结果见图3。

图3 超声时间对牡丹籽粕中多酚提取量的影响

由图3可知，随着超声时间的延长，多酚提取量逐渐增加，100 min后变化趋势不明显。考虑减少内耗和杂质溶出，故选择超声时间为100 min。

2.1.4 超声温度对牡丹籽粕中多酚含量的影响

选取乙醇体积分数60%、液料比20∶1、超声时间60 min、超声功率250 W，考察超声温度对牡丹籽粕中多酚提取量的影响，结果见图4。

图4 超声温度对牡丹籽粕中多酚提取量的影响

由图4可知，随着超声温度的升高，多酚提取量总体呈先增大后减小的趋势。其原因为温度升高，分子运动加速，利于多酚类成分溶出，当温度超过50℃时多酚提取量逐渐减小，可能与高温条件下多酚类成分降解有关。故选择超声温度为50℃。

2.1.5 超声功率对牡丹籽粕中多酚提取量的影响

选取乙醇体积分数60%、液料比20∶1、超声时间60 min、超声温度50℃，考察超声功率对牡丹籽粕中多酚提取量的影响，结果见图5。

图5 超声功率对牡丹籽粕中多酚提取量的影响

由图5可知，多酚提取量随超声功率的增大呈先增大后减小的趋势，当超声功率为300 W时多酚提取量最大。故选择超声功率为300 W。

2.2 响应面试验

根据单因素试验结果，固定超声功率为300 W，选择乙醇体积分数、液料比、超声时间、超声温度为试验因素，以多酚提取量(Y)为响应值，进行四因素三水平的Box-Behnken试验设计，共有29个试验点，因素水平编码见表1，响应面试验设计及结果见表2。

表1 因素水平编码

表2 响应面试验设计及结果

根据表2试验结果，利用Design-Expert 8.0.5软件进行多元回归方程拟合和方差分析。回归方程为：Y=16.21+2.07A+0.52B-0.12C-0.003 3D+0.25AB-0.45AC-0.19AD+0.25BC+0.35BD+0.050CD-0.80A2-3.27B2-2.52C2-2.45D2。方差分析结果见表3。

表3 回归模型方差分析

2.3 验证试验

利用Design-Expert 8.0.5软件分析得出最佳工艺条件为超声功率300 W、液料比20.4∶1、超声时间98.8 min、乙醇体积分数80%、超声温度49.5℃，在此条件下多酚提取量最大理论预测值为17.55 mg/g。考虑到试验的可操作性，将工艺条件优化为：超声功率300 W，液料比20∶1，超声时间98 min，乙醇体积分数80%，超声温度50℃。在优化条件下进行验证性试验(n=3)，多酚提取量平均值为17.42 mg/g，RSD为0.38%，与理论预测值17.55 mg/g 的相对误差为0.74%，说明Box-Behnken 设计响应面法得到的提取条件可靠。

3 结 论

本文以牡丹籽粕中多酚类成分为研究对象，选用超声辅助提取法，通过Box-Behnken响应面试验设计和Design-Expert 8.0.5软件进行数据分析，所建立的模型拟合度高，试验误差小，预测工艺条件通过验证性试验。结果表明，牡丹籽粕中多酚提取最佳工艺条件为：超声功率300 W，液料比20∶1，超声时间98 min，乙醇体积分数80%，超声温度50℃。在最佳工艺条件下，牡丹籽粕中多酚提取量为17.42 mg/g。

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Optimization of ultrasound-assisted extraction of polyphenols from peony seed meal by response surface methodology

CHEN Cheng1， WANG Haikun2， ZHANG Cunlao1， LUO Guoping1， JIANG Ning1

(1.Pharmaceutical Institute， Xi’an Medical University， Xi’an 710021， China；2.Shaanxi Xingsenyuan Bioscience Ltd.， Xianyang 712099， Shaanxi， China)

Polyphenols from peony seed meal were extracted by ultrasound-assisted technology. The effects of ratio of liquid to material， ethanol volume fraction， ultrasonic power， ultrasonic time and ultrasonic temperature on extraction quantity of polyphenols were studied by response surface methodology.The results showed that the optimal ultrasound-assisted extraction conditions of polyphenols from peony seed meal were obtained as follows：ultrasonic power 300 W， ratio of liquid to material 20∶1， ultrasonic time 98 min， ethanol volume fraction 80% and ultrasonic temperature 50℃.Under the optimal conditions， the extraction quantity of polyphenols from peony seed meal was 17.42 mg/g.

response surface methodology； ultrasound-assisted extraction； peony seed meal； polyphenols

2016-06-13；

2016-11-18

陕西省教育厅2016自然专项(16JK1650)；西安医学院2016本科教学改革研究项目(2016JG-21)

陈 程(1987)，男，讲师，硕士，研究方向为中药药效物质基础和剂型改革研究 (E-mail)xayxychencheng@163.com。

TS229；Q58

A

1003-7969(2017)03-0127-04