响应面法优化超声波辅助提取云南核桃分心木多酚工艺研究

李克香 张梦雪瑶 刘云 李瑞 梁永林 阚欢

基金项目：云南省教育厅科学研究基金项目（2021Y216）；云南省重大科技专项（2018ZG004）。

作者简介：李克香（1996—），女，云南昆明人，硕士。研究方向：食品加工与安全。

通信作者：阚欢（1965—），女，云南昆明人，硕士，教授。研究方向：食品加工与安全。E-mail： 13700650213@163.com。

摘 要：以乙醇为浸提溶剂，通过超声波辅助提取云南核桃分心木中的多酚成分。以多酚提取率为评价指标，采用单因素试验和响应面试验，考察液料比、乙醇濃度、超声时间和超声功率这4个因素对多酚提取量的影响，确定最优的提取工艺参数。结果表明，液料比（mL∶g）为85∶1、乙醇浓度为43.5%、超声时间为90.30 min、超声功率为307 W，云南核桃分心木多酚的提取量可达27.22 mg GAE/g DW。

关键词：云南核桃；分心木；多酚；超声波；提取工艺；响应面

Study on Response Surface Method Optimization of Ultrasonic-Assisted Extraction of Polyphenols from Diaphragma in Juglans sigillata

LI Kexiang， ZHANG Mengxueyao， LIU Yun， LI Rui， LIANG Yonglin， KAN Huan*

（College of Life Science， Southwest Forestry University， Kunming 650224， China）

Abstract： Using ethanol as the extraction solvent， ultrasonic assisted extraction of polyphenols from diaphragma in Juglans sigillata was carried out. Using the polyphenol extraction rate as the evaluation index， single factor experiments and response surface methodology were used to investigate the effects of liquid to material ratio， ethanol concentration， ultrasound time， and ultrasound power on the polyphenol extraction amount， and to determine the optimal extraction process parameters. The results showed that with a liquid to material ratio （mL∶g） of 85∶1， an ethanol concentration of 43.5%， an ultrasonic time of 90.30 minutes， and an ultrasonic power of 307 W， the extraction amount of diaphragma in Juglans sigillata polyphenols could reach 27.22 mg GAE/g DW.

Keywords： Juglans sigillata; diaphragma; polyphenols; ultrasonic-assisted; extraction process; response surface

云南核桃（Juglans sigillata）分心木是核桃果与仁之间的干燥木质隔膜[1]，其含有生物活性物质多

酚[1-3]。多酚作为一种特殊的植物次级代谢产物，其抗氧化性能优于一般的抗氧化剂，具有清除自由基、抗肿瘤、抗癌变以及抗辐射等效用，可应用于食品、药品、日化品等领域[4-6]。核桃产业是云南省的支柱型产业之一，2017年底全省种植面积约为2.867×

106 hm2，其中挂果面积达1.333×106 hm2，年产值近315亿元[7-8]，因此核桃分心木也尤为丰富。本文通过超声波辅助提取云南核桃分心木中的多酚成分，分析各因素对多酚提取量的影响，采用响应面优化多酚提取工艺，为云南核桃分心木资源综合利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

云南核桃分心木，云南磨浆农业股份有限公司；Folin-Phenol，上海源叶科技有限公司；没食子酸，Sigma公司；无水乙醇、无水碳酸钠等试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

UV-2600紫外可见分光光度计，岛津仪器（苏州）有限公司；YB-250A型高速多功能粉碎机，永康市速峰工贸有限公司；循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司。

1.3 方法

1.3.1 没食子酸标准溶液的配制

准确称取0.025 g没食子酸，加蒸馏水定容到500 mL，将其配制为质量浓度为50 μg·mL-1的没食子酸标准溶液。分别取0 mL、1.0 mL、2.0 mL、

3.0 mL、4.0 mL、5.0 mL、6.0 mL、7.0 mL、8.0 mL和

9.0 mL没食子酸标准溶液（50 μg·mL-1）于50 mL容量瓶中，加入1 mL Folin-Phenol显色试剂，混合摇匀静置反应5 min，再加入2 mL 10%的Na2CO3溶液，加水定容配制成没食子酸待测溶液（浓度分别为0 μg·mL-1、1.0 μg·mL-1、2.0 μg·mL-1、3.0 μg·mL-1、

4.0 μg·mL-1、5.0 μg·mL-1、6.0 μg·mL-1、7.0 μg·mL-1、

8.0 μg·mL-1和9.0 μg·mL-1），然后摇匀静置，室温避光反应1 h，于765 nm波长处测定吸光值。

1.3.2 云南核桃分心木中多酚的提取与测定

云南核桃分心木干燥后破碎，过60目筛，所得粉末在4 ℃下保存备用。精确称取1 g云南核桃分心木粉末，以乙醇作为浸提溶剂，在一定的液料比、乙醇浓度、超声时间和超声功率下超声辅助提取多酚，抽滤收集云南核桃分心木多酚提取液备用。使用Folin-Phenol法[9]测定多酚提取率，取1 mL提取液于50 mL容量瓶中，所用方法与标准曲线方法相同，测定云南核桃分心木提取液总多酚的含量，结果以没食子酸计。多酚提取量计算公式为

（1）

式中：W为多酚提取量，mg GAE/g DW；C为样品液总酚浓度，μg·mL-1；V为提取液体积，mL；N为稀释倍数；m为样品的质量，g。

1.3.3 单因素试验

准确称取1 g云南核桃分心木，使用乙醇对云南核桃分心木中的多酚成分进行浸提，设定超声波温度为40 ℃、超声波频率为25 Hz。以液料比（mL∶g）70∶1、乙醇浓度40%，超声时间60 min和超声功率300 W为基础条件，分别对液料比（mL∶g）（40∶1、50∶1、60∶1、70∶1、80∶1、

90 ∶1和100∶1）、乙醇浓度（20%、30%、40%、50%、60%和70%）、超声时间（20 min、40 min、60 min、80 min、100 min和120 min）、超声功率（150 W、200 W、250 W、300 W、350 W和400 W）等4个因素进行单因素试验，并根据1.3.2中的方法对提取液进行多酚含量的测定。

1.3.4 云南核桃分心木多酚提取工艺响应面优化

为更好地拟合响应曲面，根据Central Composite试验设计原理，进行单因素实验后，对云南核桃分心木多酚提取量进行4因素5水平试验设计，运用Design-Expert 12.0.3.0软件优化工艺条件，分别用A、B、C、D代表液料比、乙醇浓度、超声时间和超声功率，自变量分别编码为-α、-1、0、1、+α，编码水平如表1所示。

2 结果与分析

2.1 没食子酸标准曲线

以没食子酸质量浓度（X）为横坐标，以吸光值（Y）为纵坐标绘制出没食子酸标准曲线。所得回归方程为Y=0.105 4X+0.019 6，R2=0.999 6，標准曲线如图1所示。

2.2 单因素试验结果分析

2.2.1 液料比对提取量的影响

由图2可知，当液料比（mL∶g）在40∶1～

90∶1时，提取量随着乙醇溶剂用量的增大而增加，当液料比（mL∶g）高于90∶1时，多酚提取量趋于平缓，其多酚提取量约平衡在26.23 mg GAE/g DW。

因此，液料比（mL∶g）为90∶1时适用于多酚的提取。

2.2.2 乙醇浓度对提取量的影响

由图3可知，多酚提取量在乙醇浓度为40%时最大，此时云南核桃分心木多酚提取量为

25.36 mg GAE/g DW，当继续增加乙醇浓度，从40%提高至70%时，多酚提取量呈明显的下降趋势，这可能与云南核桃分心木多酚的极性大小有关。因此，选择40%的乙醇浓度作为最佳的提取参数。

2.2.3 超声时间对提取量的影响

由图4可知，当超声时间为80 min时，云南核桃分心木多酚提取量明显高于其他时间段，此时的提取量达到最大值为25.83 mg GAE/g DW。但随着提取时间的继续延长，云南核桃分心木多酚提取量反而降低。因此，选择80 min作为最佳的提取参数。

2.2.4 超声功率对提取量的影响

由图5可知，当超声功率为300 W时，云南核桃分心木多酚提取量达到最高，其提取量为

25.85 mg GAE/g DW。当超声功率继续提高至400 W时，云南核桃分心木多酚提取量反而呈下降趋势，因此选择300 W作为最佳的提取参数。

2.3 响应面优化提取工艺结果分析

2.3.1 响应面模型的建立及分析

由表2可知，在单因素试验的基础上，采用Central Composite试验设计，利用Design Expert 12.0.3.0软件对数据进行二次多项式回归拟合，得到二次回归模型为

Y=26.88+1.22A+0.66B+0.38C+0.082D+0.25AB+

0.12AC+0.083AD+0.040BC-0.089BD+0.051CD-0.86A2-1.20B2-0.73C2-0.78D2

由表3可知，回归模型具有较高的显著性（模型P＜0.000 1），其中失拟项P=0.798 5＞0.05。模型中的校正决定系数R2adj=0.958 6，R2=0.979 3。根据F值可知，本试验中试验因素对多酚提取量的影响次序为液料比（A）＞乙醇浓度（B）＞超声时间（C）＞超声功率（D）。

2.3.2 响应面优化分析

利用响应值的大小，通过响应面的三维曲面图综合分析4个因素之间的交互作用对云南核桃分心木多酚提取量的影响。由图6可知，液料比、乙醇浓度对多酚提取量影响极显著，且等高线图呈现清晰的卵圆形曲线，说明液料比、乙醇浓度、超声时间、超声功率四个因素有交互作用，一定程度影响了多酚提取量的大小。

2.3.3 最佳提取条件的确定及回归模型验证

通过响应面模型，确定了最佳工艺参数，即液料比（mL∶g）84.95∶1、乙醇浓度43.64%、超声时间90.29 min、超声功率307.29 W，在该条件下多酚提取量可达27.44 mg GAE/g DW，因设备参数设置范围有限，对理论工艺参数进行适宜调整，即液料比（mL∶g）85∶1、乙醇浓度43.5%、超声时间90.30 min、超声功率307 W，在调整后的提取条件下，经3次平行试验进行验证，结果显示提取的多酚为27.22 mg GAE/g DW。

3 结论

利用Central Composite响应面设计优化多酚提取工艺参数，结果显示各因素对提取量影响次序分别为液料比（A）＞乙醇浓度（B）＞超声时间（C）＞超声功率（D），最优工艺参数为液料比（mL∶g）85∶1、乙醇浓度43.5%、超声时间90.30 min、超声功率307 W，在此工艺参数下提取量可达27.22 mg GAE/g DW，相比李瑞等[10]方法提取的22.35 mg GAE/g DW多酚含量，提取量增加22%。本实验为云南核桃分心木多酚的深入研究奠定了基础，有助于提高云南核桃副产物的利用率，减少资源浪费。

参考文献

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