响应面法优化石榴籽多酚的提取工艺研究.pdf

试验研究响应面法优化石榴籽多酚的提取工艺研究河北果树 HEBEI FRUITS 2023(3)赵娟娟1.2(1河北省果蔬发酵技术创新中心衡水0 530 0 0;2 衡水学院生命科学学院)摘要：以石榴籽为原料，利用超声辅助萃取方法对石榴籽多酚的提取工艺进行研究。依据单因素试验结果，利用响应面法进行优化。结果表明：石榴籽多酚最佳提取工艺条件为石榴籽和提取液（7 0%乙醇）比例1.0：30.5、超声功率30 0 W、温度42.7、时间15.5min，石榴籽多酚的得率为4.7 8%关键词：石榴籽；多酚；提取工艺中图分类号：S665.4石榴种植范围广泛，其副产物石榴籽占果实总质量的12.54%。目前，石榴籽基本处于废弃状态，未能充分二次利用，造成了大量的资源浪费和环境污染。据研究，石榴籽中含有较多的多酚成分,多酚是一类强抗氧化剂，有助于改善关节弹力和皮肤弹性，强化动脉、静脉和毛细血管，帮助改善大脑功能。在食品、医药及化妆品等方面都具有潜在的开发价值。以超声波辅助法提取石榴籽中的多酚，既增加了石榴的附加价值，又可变废为宝，解决环境污染问题。1材料与方法1.1试验材料石榴（购于衡水超市)，将石榴籽剥离、去汁、干燥、粉碎，过筛备用。1.2主要试剂乙醇、无水碳酸钠、没食子酸、福林酚试剂,均为分析纯，购于天津市大茂化学试剂厂。1.3主要仪器LD-500小型粉碎机，长沙市长宏制药机械厂；LVO-1B(6050)真空干燥箱，上海龙跃仪器设备有限公司；XH-300A祥鹄电脑微波超声波组合合成/萃取仪，北京祥鹄科技有限公司；UV-5500紫外可见分光光度计，上海元析仪器有限公司。1.4试验方法1.4.1多酚标准曲线的制作溶液0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 mL，分别装于25mL容量瓶中，用蒸馏水定容。分别吸取不同浓度的标准溶液1mL，加入1.2 5mL福林酚试剂，暗处理6min，迅速加入3.7 5mL15%碳酸钠溶液，蒸馏水定容到2 0 mL，暗反应9 0 min，7 6 0 n m 下测定吸光度。1.4.2单因素试验以不同料液比（1：2 5、1：301:35、1：40、1：45）、超声功率（10 0、2 0 0、30 0、40 0500W）、提取温度（30、40、50、6 0、7 0）、提取时间(5、10、15、2 0、2 5mi n)4个因素进行单因素试验。1.4.3响应面试验设计依据 Box-Behnken Design20文献标识码：AD0I编码:10.19 440/ki.1006-9402.2023.03.008因素水平A:料液比B:超声功率/WC:温度/-11:2501:3011:352丝结果与分析2.1标准曲线的确定日由图1可知，得到回归方程是：Y=215.57X+0.0616,R=0.9948，具有良好的线性关系。1.00.80.60.40.20.00.000吸取没食子酸的标准图1石榴籽多酚标准曲线2.2单因素试验结果2.2.1料液比的确定由图2 可知,得率整体呈上升趋势，随着料液比增大，石榴籽多酚提取越多，当料液比大于1：30 时，大部分石榴籽多酚被提取，但趋势上升缓慢，因此，将最佳料液比定为1：30。收稿日期：2 0 2 2-12-0 7基金项目：河北省果蔬发酵技术创新中心项目(2 0 2 2 XJZX46)作者简介：赵娟娟,女，硕士研究生，讲师，研究方向为天然产物提取及应用研究。E-mail:实验原理，运用DexignExpert设计响应面试验。以料液比、超声功率、提取温度、提取时间四因素三水平共计2 9 个试验点组合试验甲。试验因素与水平见表1。表1因素与水平表D时间/min2003030040400500.002没食子酸浓度/mg/mL)1015200.004河北果树 HEBEI FRUITS 2023(3)3.43.0%/率湿军2.62.21.820图2不同料液比率对多酚得率的影响2.2.2超声波功率的确定随着超声功率增大，会加快石榴籽多酚的浸出，但高于30 0 W时，多酚得率下降。因此确定提取的超声波功率是30 0 W。5.0%/率湿军4.03.02.01.00图3不同超声功率对多酚得率的影响2.2.3提取温度的确定由图4可知，在温度升高过程中，多酚的渗透速度变快，得率呈现出上升趋势；当温度处于40，得率上达到峰值；如果温度过高，该物质的结构产生破坏。所以，确定石榴籽多酚提取温度为40。组合号A:料液比B:超声功率/WC:温度/1020304-15-16070809010111012113014-1150试验研究5.54.5%/率湿军3.02.51.52530料液比100200超声功率/WD:时间Y:得率/%组合号A:料液比B:超声功率/WC:温度/D:时间Y:得率/%1000000-1-1011000-10101001010000-13530040400表2响应面设计方案及结果-13.7204.8704.8903.3903.7604.6104.7213.6713.9504.1904.9304.2114.0313.87-145500506002.4420图4不同提取温度对多酚得率的影响2.2.4提取时间的确定?由图5可知，当提取时间增加，提取更充分；高于15min后，得率降低，其原因可能在于，多酚易被氧化。提取时间过长时，对多酚结构会有一定影响,因此,确定提取时间为15 min。6.05.0%/率湿乐4.03.02.01.00.00图5不同提取时间对多酚得率的影响2.3响应面的试验结果2.3.1响应面试验通过响应面Box-Behnken Design模型进行回归分析。结果见表2。16017-118119020121122023024-125-126127028029030500-1000-1-1010-11-140温度/1015时间/min0101001000-1-1-10506020000-11-101-10000-170254.723.823.813.753.913.683.913.813.614.143.672.873.713.648030 21 试验研究2.3.2方差分析应用 Design-Expert 软件对试验数据处理，结果如表3。根据方差分析，得到回归方程：Y=4.62+0.071A+0.31B+0.39C+0.18D+2.500E-003AB+0.023AC-7.500E-003AD-0.018BC+0.018BD-0.26CD-0.41A*-0.098B2-0.67C-0.66D。该模型的重复相关系数R2=0.9353，矫正系数AdjR=0.8706，说明实验的实际数值与理论预测数拟合程度比较好，模型R方差来源自由度模型8.350A0.034B1.570C1.050D0.230AB1.000104AC2.025103AD2.250104BC4.90010-3BD4.90010-3CD0.270A21.100B21.000C22.930D2.830残差0.580失拟误差0.540纯误差0.039总差8.930R2=0.935 3AdjR2=0.870 6注：*p0.01为极显著；*p0.05,则表明实验误差较小。因素B超声功率的P0.01,说明因变量和自变量之间有显著的线性关系。二次项AC、D 的P都小于0.0 1,表明采用超声波辅助法提取石榴籽中的多酚，料液比、提取温度和提取时间这3个因素对石榴籽多酚的得率均有极显著的影响。表3拟合二次项模型的方差分析平方和均方140.60010.03411.57011.05010.23011.00010-412.02510312.25010414.90010314.90010310.27011.10011.00012.93012.930140.041100.05449.830103282.3.4碗确定最优值和回归模型的验证试验sign-Expert软件分析,根据设计的响应面进行试验,得出料液比30.49 2、超声功率30 0 W、温度42.6 51、时间15.50 7 min时石榴籽多酚的得率最优，此时石榴籽的多酚得率为4.8 8 8%。考虑到实际试验，所以取料液比为30.5、超声功率30 0 W、温度42.7、时间15.5min进行验证，提5取得率为4.7 8%，与预测值相近。%/本影4日504540C:温度/35F值14.450.8338.0625.375.532.421030.055.451030.120.126.4226.7424.2171.0768.455.483结论通过超声波辅助法从石榴籽中提取多酚物质，采35取单因素试验和响应面法优化的方法，最终得到石榴籽多酚提取的最佳工艺条件为：石榴籽和7 0%乙醇提A:料液比取液比例（料液比)为1.0：30.5、超声功率30 0 W、超声波提取温度为42.7、提取时间为（下转第2 5页）P值0.000 10.376 80.000 10.00020.033 80.961 40.82790.942 20.73560.735 60.023 80.000 10.00020.0001绿豆 燕麦 胡萝卜 PSA玉米;菌丝生长最适碳源是木糖醇；最适氮源为硝酸钾、酵母浸粉、蛋白陈；培养基的pH值为4 11时层出镰孢菌菌丝都能生长,表明该菌对pH适应范围比较广，在偏酸和偏碱性的条件中均能适应；菌丝生长的适宜温度为2 0 2 5，但以2 5时菌丝生长最快，该菌在温度较低和较高的条件下均不能很好的生长；该病原菌对光照的要求不严格。韩冰研究层出镰孢菌最适温度为2 5，最适pH值为7,最适碳氮源为麦芽糖、硫酸铵，在PSA培养基上菌丝生长最快。徐秀德等报道层出镰孢菌引起玉米鞘腐病并进行生物学特性研究，结果表明病菌生长最适温度为2 8，pH值为5 6,碳源以蔗糖、葡萄糖为佳，牛肉膏、酵母膏可以作为病菌生长的良好氮源，适宜病菌生长的培养基为PDA、PSA、玉米粉和燕麦片培养基。前人的研究结果与本试验有所不同,可能是寄主作物的不同所导致的结果上有所差异。目前，板栗内腐病在生产上发生较严重，本试验只对该病致病菌之一层出镰孢菌进行了生物学特性研究，对该病原菌的致病性和有效药剂筛选将进一步深入研究，为病害防治提供理论依据。参考文献1程远渡,易有金,周金伟,等。板栗病害防治研究进展 安徽农业科学,2 0 13,41(19)：8 17 0-8 17 4,2】闫格.板栗低温贮藏条件的研究D长沙：湖南农业大学,2 0 17.35张馨方,郭燕李颖,等.板栗内腐病研究进展 中国植保导刊,2 0 18,38(11):2 5-38.45张馨方，郭燕，李颖，等,板栗内腐病防治措施 北方果树,2 0 18(5):4.5韩冰.茄子层出镰孢菌花腐病病原学及其防治基础研究D.沈阳：沈阳农业大学，2 0 17.6 徐秀德,姜钰，王丽娟,等。玉米新病害一鞘腐病研究初报.中国农业科学，2 0 0 8（10)：30 8 3-30 8 7.7李李盼亮。我国蔬菜根部病原镰孢菌鉴定和新病害发现D.北京：中国农业科学院，2 0 17.（上接第2 2 页）15.5min，石榴籽的多酚得率为4.7 8%，与模型预测值相差很少，工艺的重复性好。参考文献1马梅芳，张丹丹，张波.石榴籽化学成分及药理作用研究进展.食品与药品，2 0 2 0,2 2(0 5)：434-437.2韩高伟，高子怡，赵二劳。石榴籽中提取多酚的研究进展.化学工程与装备，2 0 19(0 4)：2 44-2 45.3李白存。石榴籽多酚类物质的功能及提取工艺.化学与生物工程,2 0 15,32(0 5)：11-13.4邓娜，乔沈，高芯，等。响应面试验优化石榴皮多酚提取工艺及石榴不同部位多酚的抗氧化活性分析.食品科学,2 0 16,37(0 6):39-43.25