117 [9] 果目前, 采用响应曲面法优化芒果叶中总黄酮的超声提取工艺的研究报道较少, 采用超声波提取法不仅弥补传统方法中存在的缺点, 且超声波产生的各种效应能够在不改变有效成分结构基础上, 缩 [12-13] 短提取时间节约溶剂提高提取率本试验采用超声波提取法提取广东粤西芒果叶中总黄酮类

Size: px

Start display at page:

Download "117 [9] 果目前, 采用响应曲面法优化芒果叶中总黄酮的超声提取工艺的研究报道较少, 采用超声波提取法不仅弥补传统方法中存在的缺点, 且超声波产生的各种效应能够在不改变有效成分结构基础上, 缩 [12-13] 短提取时间节约溶剂提高提取率本试验采用超声波提取法提取广东粤西芒果叶中总黄酮类"

因准圆平
7 years ago
Views:

1 广东农业科学年第 2 期响应曲面法优化芒果叶中总黄酮的超声提取工艺宋浩铭1 容庭1 2 刘志昌1 2 李书宏1 2 何伟灵1 彭广辉1 2 王刚广州五丰动物保健品有限公司广东广州广东省农科院动物科学研究所 / 畜禽育种国家重点实验室 / 广东省动物育种与营养公共实验室 / 广东省畜禽育种与营养研究重点实验室广东广州摘要以广东茂名产芒果叶为研究对象优化芒果叶中总黄酮的超声提取工艺在单因素试验基础上选择提取温度超声功率和提取时间为自变量以芒果叶中总黄酮提取率为响应值采用响应曲面法分析优选最佳提取工艺结果表明芒果叶中总黄酮提取的最佳工艺条件为提取温度为 6 超声波功率为 90 W 提取时间为 min 在此条件下验证试验得到芒果叶中总黄酮的提取率为 6 ±0.04 % 优化选择提取工艺稳定可行关键词芒果叶总黄酮超声提取响应曲面法中图分类号 R284.2 文献标识码 A 文章编号 X Optimization of ultrasonic extraction technology of total flavonoids from Mangifera indica L. leaves by response surface method SONG Hao-ming1 RONG Ting1 2 LIU Zhi-chang1 2 LI Shu-hong1 2 HE Wei-ling1 PENG Guang-hui1 2 WANG Gang Guangzhou Wufeng Animal Health Products Co. Ltd. Guangzhou China 2.Institute of Animal Science Guangdong Academy of Agricultural Sciences/State Key Laboratory of Livestock and Poultry Breeding/ Guangdong Public Laboratory of Animal Breeding and Nutrition/ Guangdong Key Laboratory of Animal Breeding and Nutrition Guangzhou China Abstract The experiment was conducted to optimize the ultrasound-assisted extraction conditions of total flavonoids in Mangifera indica L. leaves collected from Maoming City Guangdong Province. The extraction temperature ultrasound power and extraction time were chosen as causal factors to optimize the yield of total flavonoids by response surface method RSM. The optimal extraction conditions were as follows: extraction time min extraction temperature 6 and ultrasound power 90 W. Under the optimized conditions the extraction rate of flavonoids was 6%. These results indicated that the optimized conditions obtained from RSM were stable and practicable. Key words Mangifera indica L. leaves; total flavonoids; ultrasound assisted extraction; response surface method. 我国芒果树主要分布在海南广西广东云南台湾和福建是热带亚热带名果树之一芒果叶中含繁多复杂的化学成份 1 具有重要的生理活性及保健功能 2- 开发和研究价值极大其中黄酮类化合物颇为丰富研究证实黄酮类化合物具有抗氧化抗肿瘤形成抑制肿瘤生长及治疗心血管疾病等特殊功效已成为新药研发的热点黄酮类化合物传统的提取方法有煎煮法回流提取法索氏提取法等方法但存在耗时耗料提取收稿日期基金项目广东省省属科研机构改革创新领域项目 2014B 作者简介 : 宋浩铭男研究实习员 mingbohaokira@163.com 通讯作者王刚男硕士高级兽医师 wgwg2004@yahoo.com.cn 率低有效成分易破坏等诸多缺点目前黄酮类化合物提取较为理想的方法有微波辅助提取法 6-9 和超声波提取法但微波辅助提取法提取处理过程处于密封系统短时间内无法确定较适宜的提取温度及物料受高温加热处理势必影响提取效

2 117 [9] 果目前, 采用响应曲面法优化芒果叶中总黄酮的超声提取工艺的研究报道较少, 采用超声波提取法不仅弥补传统方法中存在的缺点, 且超声波产生的各种效应能够在不改变有效成分结构基础上, 缩 [12-13] 短提取时间节约溶剂提高提取率本试验采用超声波提取法提取广东粤西芒果叶中总黄酮类化合物, 运用响应曲面法分析各种提取因素, 优化各提取条件, 得出最佳工艺参数, 为芒果叶中总黄酮类化合物的提取提供参考 1 材料与方法 1.1 试验材料芒果叶采自广东茂名, 经挑选清洗,6 烘干备用 ; 芦丁标准品 ( 纯度 98%), 购于国药集团化学试剂公司 ; 乙醇 ( 纯度 99.7%), 购于天津市大茂化学试剂厂电热恒温鼓风干燥箱 (DHG- 9140A 型 ) 高速中药粉碎机 (DF-20 型 ) 数控超声波清洗器 (KQ3200DE 型 ) 循环水式真空泵 (SHZ-0(Ⅲ) 型 ) 可见分光光度计 (UV-170 型 ) 电子天平 (AB-13S 型 ) 电子天平 (AL207 型 ) 旋转蒸发器(RE-2A 型 ) 1.2 试验方法芦丁标准曲线的制作采用 NaNO 2 -Al (NO 3 ) 3 -NaOH 显色法, 以芦丁标准品为标准物, 在 0~700 nm 波长范围进行标准物全波长扫描, 得出在 10 nm 波长处有最大吸收值, 故 [14-1] 选用此波长测定芒果叶总黄酮的含量 ; 以芦丁样品浓度吸光值作图, 做线性回归, 得芦丁浓度 C 和吸光值 A 的标准曲线线性回归方程 : A=11.1C (R 2 =0.9962), 式中,A 为吸光度,C 为芦丁浓度 (mg/ml) 芒果叶中总黄酮的提取与测定将干燥的芒果叶粉碎, 过孔径 0.10~0.12 筛, 备用称取 3 g 粉末, 置于 20 ml 圆底烧瓶, 加入不同体积和浓度的乙醇, 在不同超声功率温度下超声提取一定时间提取 1 次后, 先常压蒸馏, 大约蒸出 1/3 [14] 溶剂 ; 再减压蒸馏至近干, 即得提取物产品移置 2 ml 容量瓶中, 用体积分数 % 乙醇定容, 摇匀, 放置 1 min, 参照 NaNO 2 -Al(NO 3 ) 3 -NaOH 显色法, 在 10 nm 处测定其吸光值, 并根据标准曲线线性回归方程计算总黄酮量, 计算提取率计算公式为 : 总黄酮质量= 100 芒果叶重量芒果叶中总黄酮提取单因素试验选取乙醇体积分数 (0% % 70% 80% 90%) 料液比 ( ) 提取温度 ( ) 超声功率 ( W) 和提取时间 ( min) 个单因素进行试验 [16-17] 响应曲面法试验设计以芒果叶总黄酮提取率 (Y) 为响应值, 选取提取温度 (A) 超声功率 (B) 及提取时间 (C)3 个因素在单因素试验基础上, 用 Box-Behnken 响应面设计, 采用三因素三水平响应面分析法, 试验因素与水平设计见表 1 表 1 响应曲面试验因素水平因素水平 A( 提取温度, ) 0 70 B( 超声功率,W) C( 提取时间,min) 30 4 试验数据利用 Design Expert8.0.6 软件中 Boxbehnken 进行处理与显著性分析 2 结果与分析 2.1 单因素试验结果乙醇体积分数对芒果叶中总黄酮提取率的影响准确称取份芒果叶粉末各 3 g, 在固定超声功率 10 W 提取温度提取时间 30 min 条件下, 测定不同乙醇体积分数对芒果叶中总黄酮提取率的影响由图 1 可知, 芒果叶中总黄酮提取率随着乙醇体积分数增加先升高后逐渐下降当乙醇体积分数为 % 时, 总黄酮提取率最大 ; 当乙醇体乙醇体积分数 (%) 图 1 乙醇体积分数对芒果叶中总黄酮提取率的影响

3 118 积分数 > % 时, 提取率随乙醇体积分数增加而逐渐下降, 原因在于乙醇体积分数过高, 叶绿素等脂溶性物质溶出增多, 干扰因素随之增大, 提取率有所降低因此, 选择乙醇体积分数为 0%~70% 为宜,% 最适料液比对芒果叶中总黄酮提取率的影响准确称取 6 份芒果叶粉末各 3 g, 加入不同剂量 ( ml) 体积分数 % 乙醇, 在相同条件下 ( 超声功率 10 W 提取温度提取时间 30 min), 测定不同料液比对芒果叶中总黄酮提取率的影响由图 2 可知, 在料液比为 ~ 时, 提取率随着料液比增大而快速增大 ; 但料液比大于 , 提取率明显下降因此, 选择料液比为最适随之快速下降因此, 总黄酮提取率最适的提取温度为超声功率对芒果叶中总黄酮提取率的影响准确称取份芒果叶粉末各 3 g, 加入 40 ml 体积分数 % 乙醇, 在提取温度提取时间 30 min 条件下, 测定不同超声功率比对芒果叶中总黄酮提取率的影响由图 4 可知, 随着超声功率的增加, 总黄酮提取率快速增加, 当超声功率达到 90 W 时, 提取率最大 ; 而当超声功率 > 90W, 总黄酮提取率随之下降从理论上讲, 超声功率越大越利于黄酮的提取, 原因是超声功率增大会增加细胞的破碎率, 黄酮溶出率增加, 但同时超声功率过大不利于黄酮类化合物的产生, 使更多脂溶性物质溶入提取液, 导致总黄酮提取率下降因此, 总黄酮提取率最适的超声功率为 90 W 料液比 (g/ml) 4. 图 2 料液比对芒果叶中总黄酮提取率的影响超声波功率 (W) 提取温度对芒果叶中总黄酮提取率的影响准确称取份芒果叶粉末各 3 g, 加入 40 ml 体积分数 % 乙醇, 在超声功率 10 W 提取时间 30 min 条件下, 测定不同提取温度比对芒果叶总黄酮提取率的影响由图 3 可知, 随着提取温度的升高, 总黄酮提取率随之增加, 提取温度为, 提取率最高但当提取温度大于, 总黄酮提取率图 4 超声功率对芒果叶中总黄酮提取率的影响 2.1. 提取时间对芒果叶中总黄酮提取率的影响准确称取份芒果叶粉末各 3 g, 加入 40 ml 体积分数 % 乙醇, 在超声功率 90 W 提取温度条件下, 测定不同提取时间比对芒果叶总黄酮提取率的影响由图可知, 提取时间为 1~ 温度 ( ) 提取时间 (min) 图 3 提取温度对芒果叶中总黄酮提取率的影响图提取时间对芒果叶中总黄酮提取率的影响

4 119 min 时, 总黄酮提取率随时间的增加快速增加 ; 当提取时间大于 4 min, 随提取时间增加提取率先缓慢下降后趋于平稳因此, 选择提取时间为 4 ~ min 为宜 2.2 响应曲面试验结果与方差分析响应曲面试验设计方案与结果见表 2 利用 Design- Expert8.0.6 软件对试验数据进行二次多元回归拟合, 得到芒果叶总黄酮提取率 (Y) 对温度 (A) 超声功率 (B) 及提取时间 (C) 的二次多元回归方程 :Y= A B+0.020C+0.037AB AC+0.012BC- 0.22A B C 2 模型方差分析结果见表 3 由表 3 可知, 模型 P 值 =0.0006, 表明该模型高度显著, 芒果叶总黄酮的提取率差异高度显著模型失拟项的差异不显著回归模型的相关系数 R 2 =0.93, 其调整确定系数 R 2 Adj=0.8979, 表明该模型拟合度良好, 试验误差小, 可用该模型来解释 9.3% 响应值的变化因此, 用该模型来分析和预测芒果叶中总黄酮的超声提取效果是可行的表 2 响应曲面试验设计方案与结果组别 A ( 提取温度, ) B ( 超声功率,W) C( 提取时间,min) 提取率 (%) 表 3 响应曲面回归模型方差分析方差来源平方和自由度均方 F P 显著性模型 Models P<0.01 A.000E E B 7.200E E C 3.200E E AB.62E E AC 6.20E E BC 6.20E E A < P< B P<0.01 C P<0.0 残差 E-003 失拟项 E 纯误差 3.720E E-004 总和

5 120 由表 3 可知二次项 A 2 B2 及 C2 对芒果叶总黄酮提取率的影响是显著的一次项 A B C 及交互项 AB AC BC 对芒果叶中总黄酮提取率的影响不显著因此各因素对芒果叶中总黄酮提取率的影响主次顺序为 B 超声功率 >C 提取时间 >A 提取温度 2.3 响应曲面的分析与优化利用 Design Expert8.0.6 软件对表 3 数据进行二次多元回归拟合得到二次回归方程的响应曲面和等高线图图 1~ 图 3 图 1~ 图 3 直观反映了各单因素对响应值的影响响应曲面图可反映各单因素的交互作用对响应值的影响等高线的形状可反映交互作用的强弱由图 1A 可知当超声功率一定时芒果叶中总黄酮提取率随着温度的升高先增大后减小当温度一定时总黄酮提取率随着超声功率的增大而增大随后逐渐下降从图 1B 可以看出等高线沿超声功率方向峰值移动其密度大于沿温度方向表明超声功率对效应值的贡献较大所得结论均与方差分析结果相一致由图 2A 可知在一定的提取时间芒果叶中总黄酮提取率随着提取温度增大而增大随后逐渐下降随着提取时间的由小变大总黄酮提取率变化不明显由图 2B 等高线可知等高线沿提取时间方向或温度方向峰值移动其密度均相似较稀疏表明两者交互作用对芒果叶总黄酮提取率的影响不明显从图 3A 可以看出在一定提取的时间芒果叶中总黄酮提取率随着提取温度增大而增大随后逐渐下降随着提取时间的由小变大总黄酮提取率超声功率 W A 超声功率 W 0 图 B 温度与超声功率对芒果叶中总黄酮提取率影响的响应曲面图 A 和等高线图 B 时间 min 时间 min 图 A 4 30 B 温度与提取时间对芒果叶中总黄酮提取率影响的响应曲面图 A 和等高线图 B

6 121 变化不明显从图 3B 可以看出, 沿超声功率方向峰值移动, 其等高线密度略大于沿提取时间方向, 但两都等高线密度较稀疏, 表明两者交互作用对总黄酮提取率的影响不明显 A 4 B 30 时间 (min) 超声功率 (W) 30 超声功率 (W) 图 3 超声功率与提取时间对芒果叶中总黄酮提取率影响的响应曲面图 (A) 和等高线图 (B) 时间 (min) 条件优化预测与验证通过软件求解回归方程, 得出最佳提取工艺条件为 : 提取温度为 6.49 超声波功率为 89.6 W 提取时间为.19 min, 预测提取率为 2% 考虑到实际的可操作性, 将优化工艺条件修正为 : 温度为 6 超声功率为 90 W 时间为 min, 在此条件下进行次平行实验, 验证试验结果显示芒果叶中总黄酮的提取率为 6±0.04%, 提取工艺稳定可行 3 结论与讨论总黄酮类化合物的传统提取方法有煎煮法回流提取法索氏提取法浸渍法渗漉法水蒸汽蒸馏法等, 多存在耗时耗料提取率低有效成分易破坏等诸多缺点超声提取法作为一种新型的提取方法, 可大大缩短提取时间节约溶剂, 提高 [12-13] 提取率超声提取法多用于植物有效成分提 [18-20] 取, 如张青等均采用超声提取法分别提取芒果叶中的芒果苷芒果叶中的多糖和小花棘豆总黄酮目前国内有关超声提取芒果叶中总黄酮类化合 [16,17,21] 物的报道较少, 仅见 3 篇文献报道 ; 而关于运用响应曲面法分析优选芒果叶中总黄酮的超声提取工艺未见有报道本实验采用超声提取法和响应曲面法分析优化芒果叶中总黄酮化合物的提取工艺, 实验方法均与张青等采用的提取与分析方 [18] 法相同, 其结果均高于采用传统提取方法得到的总黄酮化合物提取率, 这在谢三都等的试验中得 [9] 到验证本实验采用单因素和响应曲面设计试验对芒果叶中总黄酮化合物超声提取工艺进行优化, 结果发现超声功率对芒果叶中总黄酮化合物提取的影响最大, 因此, 今后采用超声提取总黄酮化合物实验设计优选因素时可最先考虑超声功率响应曲面分析法应用范围较广, 见于工业农业医药卫生环境科学等领域优化实验设计中大多数采用正交试验, 但正交试验中仍存在不足, 如考虑到各因素间交互作用, 正交试验次数会大大增加工作量大模型误差大优选得到最佳工艺较难等 ; 而响应曲面法可填补正交试验的不足, 具 [22] 有卓越的先进性响应曲面实验设计中选用的因素与水平越多, 得到试验数据越可靠, 最佳工艺组合越易筛选得到张青等试验中采用四因素四水 [18] 平的响应曲面分析法, 得出部分组合的交互作用影响差异显著, 而本试验采用三因素三水平的响应曲面分析法, 虽得到组合的交互作用影响差异均不显著, 所选出来的最佳单因素组合, 经验证实验表明, 提取得到的总黄酮提取率与预测值较为相近因此, 响应曲面优化试验设计中所选择因素越多, 得到的工艺条件参数越可靠实验数据越真实参考文献 : [1] 胡彦君, 刘燊, 王定勇. 芒果叶的化学成分研究 [J]. 亚太传统医药,2010,6(2): [2] 吕红, 吴雅红, 周培蕾, 等. 芒果甙的药理研究进展

7 122 [J]. 西北林学院学报,2004,19(4): [3] Jacqueline C. Barreto. Maria T. S. Trevisan. Williame. Hull. et al. Characterization and quantitation of polyphenolic compounds in Bark,Kernel,leaves,and peel of Mango(Mangifera indica L.)[J]. Agric. Food Chem,2008(6): [4] Giuliana D Noratto. Michele C Bertoldi. Kimberley Krenek. Anticarcinogenic effects of polyphenolics form Mango(Mangifera indica) varieties[j]. J.Agric. Food Chem,2010,8, [] 邓家刚, 郑作文, 曾春晖. 芒果苷的药效学实验研究 [J]. 中医药学刊,2002,20(6):37. [6] 李怡彬, 郑明初, 郑宝东. 竹叶黄酮微波提取工艺的研究 [J]. 农产品加工学刊,2006(1):-0. [7] 扶教龙, 何静, 李良智, 等. 微波辅助法提取柑橘皮中黄酮工艺研究 [J]. 食品工业,2011,(11):7-10. [8] 许晓鑫, 黄咸洲, 王芳. 微波辅助提取芒果叶总黄酮的工艺研究 [J]. 南方农业学报,2012,43(12): [9] 谢三都, 郑生煊, 罗晓清. 芒果叶黄酮类化合物提取工艺及抑菌效果的研究 [J]. 热带作物学报,2012, 33(12): [10] 黄锁义, 黎海妮, 唐玉莲, 等. 超声波提取芒果叶总黄酮 [J]. 中国现代应用药学杂志,2006,23(6): [11] 邱贺缓, 林慕喜, 王燕纯. 超声波辅助提取芒果叶总黄酮的工艺研究 [J]. 广东农业科学,2011(3): 86-87,92. [12] 吴素仪, 丘泰球, 范晓丹. 超声波在中草药有效成分提取应用中的研究进展 [J]. 江苏中医药,2008,40 (7): [13] 万水昌, 王志祥, 乐龙, 等. 超声提取技术在中药及天然产物提取中的应用 [J]. 西北药学杂志,2008, 23(1):-62. [14] 刘文丽, 于鲁海, 马燕. 紫外分光光度法在黄酮类化合物含量测定中的应用 [J]. 新疆中医药,2006,24 (3):8-86. [1] 王宁, 李远志, 徐莉珍, 等. 超声波法提取柿叶总黄酮的工艺研究 [J]. 现代食品科技,2008,24(7): [16] Zhang Q G,Zhang Z Q,Yue X F,et al. Response surface optimization of ultrasound-assisted oil extraction from autoclaved almond powder[j]. Food Chem,2009,116(2): [17] 崔恩惠, 方亮, 吴文龙, 等. 响应曲面法优化超声辅助提取黑莓种子油工艺 [J]. 食品科学,2012,33 (4): [18] 张青, 王志祥, 宋立丹, 等. 响应曲面法优化超声提取芒果叶中芒果苷的工艺研究 [J]. 西北药学杂志, 2014,3(29): [19] 林燕如, 陈宜菲, 陈樱. 正交试验优化芒果叶多糖的提取工艺 [J]. 韩山师范学院学报,2014,3(2): 6-. [20] 王帅, 陈根元, 蒋慧, 等. 花棘豆总黄酮体内抗氧化作用的研究 [J]. 中国畜牧兽医,2012,10(39): [21] 唐玉莲, 黎海妮, 刘海花, 等. 芒果叶中总黄酮的提取及含量测定 [J]. 右江民族医学院学报,2006,28 (1):8-10. [22] 徐颖, 李明利, 赵选民, 等. 响应曲面回归分析法一种新的回归分析法在材料研究中的应用 [J]. 稀有金属材料与工程,2001,30(6): ( 责任编辑白雪娜 )

第期黄雪莲等响应面优化绿色木霉菌培养基材料与方法菌种仪器与试剂菌种的活化单因素试验响应面优化试验优化工艺的验证数据处理结果与分析

第期黄雪莲等响应面优化绿色木霉菌培养基材料与方法菌种仪器与试剂菌种的活化单因素试验响应面优化试验优化工艺的验证数据处理结果与分析第卷第期年月食品与生物技术学报响应面优化绿色木霉菌培养基黄雪莲于新仲恺农业工程学院轻工食品学院广东广州利用响应面分析法对绿色木霉菌的培养基进行优化通过测量不同营养条件下绿色木霉菌落生长直径研究其生物学特性在单因素实验的基础上选定葡萄糖添加量丙氨酸添加量和磷酸二氢钾添加量个因素进行中心组合实验建立二次回归方程并应用响应面分析法进行优化结果表明绿色木霉菌最佳培养基为葡萄糖