响应面法优化超声辅助提取枇杷花精油的工艺研究

李文英，孙晓明，汪志平，郑静威，何宇城，王剑峰

（1. 浙江师范大学 行知学院，浙江 金华 321004；2. 兰溪市鸿香生物科技有限公司，浙江 金华 321004）

0 引言

枇杷是蔷薇科植物，作为我国传统药食同源植物，人们常食用其果实，并以叶、花为中药[1]。枇杷花主要成分为三萜类、黄酮和酚类、挥发油等，具有清肺止咳、降逆止呕等药理作用，在治疗咳嗽方面有显著功效，广泛应用于医药卫生、保健品、食品和日化品行业。枇杷花香味香醇独特，目前对其香味成分及含量已有较全面研究，但尚未有枇杷花作为精油进行开发利用，且在商业种植中，常通过疏花来提高枇杷果品质，使得近60%枇杷花被浪费[2]，利用率低。

现有的植物精油提取方法有水蒸气蒸馏法、微波辅助提取法、有机溶剂萃取法等[3]，超声波也被广泛应用于植物有效成分的提取，可使植物组织细胞破裂，使细胞中成分进入溶剂中，利于精油的提取[4-5]。故采用超声波辅助石油醚提取枇杷花精油，并进行响应面试验法确定其最佳工艺条件，以达到为枇杷花精油提取产业化提供一定理论参考。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

枇杷花采集于兰溪市女埠街道穆坞村，树龄6 年，果未熟；石油醚，浙江三鹰化学试剂有限公司提供。

电子天平，上海精密科学仪器有限公司产品；料理机，广东美的生活电器制造有限公司产品；超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司产品；旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂产品。

1.2 枇杷花中精油的提取

将枇杷花用料理机粉碎，过80 目筛，称取粉碎处理的枇杷花粉20 g 置于烧杯中，加入一定量石油醚，置于超声波清洗器中按一定功率提取，通过抽滤得到石油醚和枇杷花精油混合物，将混合液体旋蒸浓缩，最终得到枇杷花精油[6]。

1.3 单因素试验

取枇杷花粉末20 g，在中间条件料液比1∶11，超声时间60 min，超声功率200 W 的基础上，分别考查不同料液比（1∶9，1∶10，1∶11，1∶12，1∶13），超声时间（30，45，60，75，90 min），超声功率（100，150，200，250，300 W） 对枇杷花精油提取率的影响。

1.4 响应面试验法

采用响应面法（三因素三水平） Box-behnken 的中心组合设计[7-8]。考查响应面法分析3 个因素对响应值的影响，同时优化枇杷花精油的提取工艺。

Box-behnken 中心组合试验因素与水平设计见表1。

表1 Box-behnken 中心组合试验因素与水平设计

1.5 数据统计与分析

响应面试验数据使用Design Expert 8.0.6 软件进行统计与分析[9]。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 料液比对枇杷花精油得率的影响料液比对精油得率的影响见图1。

图1 料液比对精油得率的影响

由图1 可知，随着料液比的增加，精油得率先上升后下降，可能是因为一开始料液比过小，精油不能被充分提取，随着料液比增大，枇杷花中其他脂溶性成分竞争性溶解量增加[10]，导致枇杷花精油得率下降。

2.1.2 超声时间对枇杷花精油得率的影响

超声时间对精油得率的影响见图2。

由图2 可知，30~60 min 时精油得率随着超声时间的增加而提高，超声时间越长，精油溶解越充分，超过60 min 后，精油得率下降，可能原因是精油中部分不稳定物质被破坏[11]。

图2 超声时间对精油得率的影响

2.1.3 超声功率对枇杷花精油得率的影响

超声功率对精油得率的影响见图3。

图3 超声功率对精油得率的影响

由图3 可知，枇杷花精油得率在200 W 之前随着超声功率的增加而提高，因为分子扩散速度随着超声功率的增大而增加，得率上升。在200 W 之后，超声功率过高，降低了石油醚对植物组织内部的渗透程度[12]，精油得率下降。

2.2 响应面法优化枇杷花中精油的提取工艺

响应面设计与结果见表2。

表2 响应面设计与结果

利用Design Expert 8.0.6 软件对数据进行多项式数学模型推算，获得回归模型公式：

得率Y=2.45-0.056A+0.18B+0.09C-0.12AB+0.22AC-0.18BC-0.27A2-0.32B2-0.29C2.

模型方差分析见表3。

表3 模型方差分析

由表3 可知，该模型的p＜0.01，具有显著性差异，失拟项＞0.05，不显著，说明该多项式数学模型对试验拟合度较好。B对得率有显著性影响，A2，B2和C2对得率有极显著影响。

超声时间和料液比对枇杷花精油得率的影响见图4，超声功率和料液比对枇杷花精油得率的影响见图5，超声时间和超声功率对枇杷花精油得率的影响见图6。

图4 超声时间和料液比对枇杷花精油得率的影响

图5 超声功率和料液比对枇杷花精油得率的影响

由图4 ~图6 可知，当提取功率不变时，精油得率随着料液比的增加先上升后降低，这可能是因为当料液比过小时，精油不能被充分提取，料液比过大，精油在水溶液中的溶解量随之增大，降低了提取率。精油得率也随着提取时间的增加先上升后下降，可能是因为随着时间的增加，精油不断被溶解出来，随着时间的近一步增加，精油开始挥发降解，得率变低。当时间一定时，精油得率随着提取功率的增加先增大后减小，主要原因可能是在微波的作用下，石油醚和枇杷花升温，使得分子扩散速度增大，因此精油得率上升，继续加大提取功率时，分子热运动加速，造成了部分精油挥发逃逸，而且精油中部分热敏性物质被分解破坏，导致得率下降。

图6 超声时间和超声功率对枇杷花精油得率的影响

通过Design Expert 8.0.6 软件对响应面数据进行优化，得到最佳工艺为料液比1∶10.82，超声时间64.69 min，超声功率199.5 W 时，理论得率可达到2.48%。

2.3 验证试验

为检验响应面法优化工艺制得的精油得率是否较高，在最佳工艺条件下，进行3 次平行试验，测得精油的平均得率为2.45%。实际得率与预测理论得率较为接近，模型较好，拟合度高，表明响应面法优化枇杷花精油提取工艺是可行的。

3 结论

以枇杷花粉碎后的粉末为原料，通过3 个不同的因素（料液比、提取时间和提取功率） 进行响应面法的优化，最终得到了枇杷花精油提取工艺参数为料液比1∶10.82，超声时间64.69 min，超声功率199.5 W，在最佳工艺下，精油得率达2.45%，为枇杷花精油提取工艺提供理论基础。