响应面法优化五倍子单宁酸的超声波提取工艺
摘要：采用超声波法提取五倍子单宁酸，根据中心组合（Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ）试验设计原理，以响应面分析法优化提取工艺条件。结果表明，五倍子单宁酸的最佳提取工艺条件为乙醇体积分数４８％、料液比1∶２３（m/V，g/ｍＬ）、提取温度５9 ℃和提取时间２９ ｍｉｎ，在此条件下单宁酸提取率达７．３２％。
关键词：五倍子；单宁酸；超声波提取；响应面分析单宁酸又称鞣酸，是一种水溶性多酚化合物，具有抗氧化、抗菌、抗病毒、抗肿瘤等活性［１，２］，被广泛用于医药、食品、日用化工等行业［３］。中国五倍子（Ｃｈｉｎｅｓｅ ｇａｌｌｎｕｔ）资源丰富，是常用的中药材，具有敛肺、涩肠、止血、解毒之功效［４］，含有丰富的单宁酸，其质量和产量均比较高，是我国生产单宁酸的主要原料之一。本研究采用超声波提取五倍子单宁酸，采用响应面分析法优化提取工艺，为五倍子单宁酸的进一步开发利用提供参考。
１材料与方法 １．１材料与仪器 五倍子（市售）；单宁酸标准品（购自国药集团化学试剂有限公司）；无水乙醇、钨酸钠、磷钼酸、碳酸钠、磷酸等均为分析纯。ＫＱ５２００ＤＢ型数控超声波清洗机（昆山市超声仪器有限公司）；Ｃａｒｙ ５０紫外-可见分光光度计（美国瓦里安公司）；ＴＤＬ－５台式离心机（上海安亭科学仪器厂）等。 １．２试验方法 １．２．１五倍子单宁酸的提取五倍子经干燥至恒重，去虫尸、粉碎后过６０目筛。准确称取５．０００ ０ ｇ五倍子干粉末于锥形瓶中，按各种设定条件（乙醇体积分数、料液比、提取温度和时间）进行超声提取，待超声波清洗机停止后，取出锥形瓶将提取液移入离心管，３ ０００ ｒ／ｍｉｎ离心３０ ｍｉｎ，真空抽滤，收集滤液定容至１００ ｍＬ即为待测样品溶液。 １．２．２单宁酸含量的测定采用Ｆｏｌｉｎ－Ｄｅｎｉｓ法测定单宁酸含量［５］，以单宁酸为标准品，得到吸光度（Ａ）与单宁酸质量浓度（Ｃ）的回归方程：Ａ＝０．１４１Ｃ＋０．０９５，Ｒ２＝０．９９９ ３。精确吸取１．２．１所得的待测样品液２．００ ｍＬ，测定６５０ ｎｍ处吸光度值，得到单宁酸的质量浓度，按下式计算五倍子单宁酸提取率： １．３响应面法试验 根据中心组合（Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ）试验设计原理［６］，选取乙醇体积分数、料液比、提取温度和提取时间４个对单宁酸提取率影响显著的因素，采用４因素３水平的响应面进行试验设计，试验因素及水平见表１。 ２结果与分析 ２．１响应值分析 以单宁酸提取率为响应值www.LWlm.Com（Ｙ），响应面试验结果见表２。对其进行方差分析（表３），回归方程的Ｆ值为７．７５０，Ｐ＜０．０１，说明所拟合的二次回归方程合适；相关系数Ｒ２＝０．９００ ４，说明响应值的变化有９０．０４％来源于所选变量乙醇体积分数、料液比、提取温度和提取时间。同时，表３表明Ｘ２、Ｘ３Ｘ３、Ｘ４２是极显著的（Ｐ＜０．０１），Ｘ３、Ｘ４、Ｘ１Ｘ３、Ｘ２２是显著的（Ｐ＜０．０５），Ｘ１、Ｘ１２、Ｘ１Ｘ２、Ｘ１Ｘ４、Ｘ２Ｘ３、Ｘ２Ｘ４、Ｘ３Ｘ４是不显著的（Ｐ＞０．０５），表明试验因素对响应值的影响不是简单的线性关系。 采用ＳＡＳ的Ｐｒｏｃ Ｒｅｇ程序的逐步排除法（ｓｔｅｐｗｉｓｅ）剔除显著水平较高的回归方程项，得到的回归方程为：Ｙ＝７．１０７－０．２７６Ｘ１＋０．８２７Ｘ２－０．４９５Ｘ３－０．４３３Ｘ４－０．４３８Ｘ１２－０．８４５Ｘ１Ｘ３－０．７４５Ｘ２２－１．３６５Ｘ３２－１．４５３Ｘ４２，此回归方程的Ｆ值为１２．４８，相关系数Ｒ２＝０．８６９，且方程是高度显著的。其中一次项Ｘ１和二次项Ｘ１２为显著项，其余一次项、二次项以及交互项Ｘ１Ｘ３为高度显著项。方程可以较好地描述各因素与响应值之间的真实关系，可以利用该回归方程确定最佳提取工艺条件。 对回归方程取一阶偏导并等于零，再求解方程组得Ｘ１＝－０．１９９ ２８８ ２４５、 Ｘ２＝０．５５５ １２５、 Ｘ３＝ －０．１１９ ６７０ ９６７、Ｘ４＝－０．１４８ ７９６，由此得到最佳提取工艺条件为：乙醇体积分数４８．０１％，料液比1∶２２．７８ （m/V，g∶ｍＬ），提取温度５８．80 ℃和提取时间２８．５１ ｍｉｎ，预测值为７．４３％。 ２．２响应面图和等高线图 由响应面回归分析拟合绘制响应面图和等高线图，以研究自变量的交互作用对因变量的影响（图１～图６）。 分析图１～图６可知，图２中的等高线为椭圆形，证明乙醇体积分数（Ｘ１）与提取温度（Ｘ３）的交互作用显著，这与２．1分析的结果吻合；料液比（Ｘ２）和提取温度（Ｘ３）对单宁酸提取率较为显著，表现为曲线较陡峭（图４）。因此采用超声波辅助提取五倍子单宁酸过程中，要严格控制好料液比、提取温度和提取时间；若提取温度改变时，则应适当调节乙醇体积分数。 ２．３验证试验 在最佳工艺提取条件，即乙醇体积分数４８．０１％（取４８％），料液比1∶２２．７８（取1∶２３），提取温度５８．80 ℃（取５9 ℃）和提取时间２８．５１ ｍｉｎ（取２９ ｍｉｎ），进行验证试验，重复３次取平均值，实际测得单宁酸提取率为７．３２％，与预测值７．４３％的相对误差为１．５％。因此采用响应面法得到的提取条件参数可靠，且具有实用价值。 ３结论 采用中心组合试验设计对影响超声波提取五倍子单宁酸的关键因素及其相互作用进行探讨，优化出超声波提取五倍子单宁酸的最佳工艺参数为：乙醇体积分数４８％，料液比1∶２３，提取温度５9 ℃和提取时间２９ ｍｉｎ。在该条件下实际测得单宁酸提取率为７．３２％。超声波法提取五倍子单宁酸，具有提取时间短、条件温和等优点，是一种非常有效的方法，用于单宁酸的提取，具有极大的发展潜力。 参考文献： ［１］ 于秋艳，宗成文，赵金伟，等． 长白山牛皮杜鹃组培苗与野生苗药用成分含量分析［Ｊ］．湖北农业科学，２０１０，４９（１１）：２８９２－２８９４． ［２］ 秦亮，郭延生，胡俊杰，等． 正交试验法优选甘肃沙枣总鞣质的最佳提取工艺［Ｊ］． 湖北农业科学，２０１０，４９（６）：１４４７－１４４９． ［３］ 翟文俊，岳红． 微波辅助提取石榴皮中单宁的研究［Ｊ］． 食品科技，２００９，３４（６）：２０３－２０５． ［４］ 张霞，孙宝忠，哈斯格根，等． 五倍子抑菌物质的提取及其抑菌作用的研究［Ｊ］． 食品工业科技，２０１０，３１（７）：２９０－２９４． ［５］ 李鹏，张海生，牛国霞． 柿叶单宁提取技术研究［Ｊ］． 食品工业科技，２００９（９）：２２０－２２２． ［６］ 吴有炜． 试验设计与数据处理［Ｍ］． 苏州：苏州大学出版社，２００２．