响应面法优化超声波辅助提取小米多酚

《响应面法优化超声波辅助提取小米多酚》论文发表期刊：《食品工程》；发表周期：2020年04期

《响应面法优化超声波辅助提取小米多酚》论文作者信息：张春颖，女，1996年出生，2019年毕业于运城学院食品质量与安全专业，学士。

　　小米(Setariaitatica)，又称粟，是禾本科狗尾草属植物粟或谷子的种仁，是我国北方地区主要杂粮作物之一，居五谷之首。近年来多酚已经成为国内外学者研究的热点之一，有研究表明，小米中酚类化合物含量较高，种类较多，包括黄酮类、酚酸类、花色苷类等。酚类化合物可以清除体内自由基，具有较强的抗氧化活性以及预防与氧化应激有关的疾病等作用。

　　小米品种不同，多酚的种类及含量也不同。本文以沁州黄小米为原料，采用超声波辅助有机溶剂提取法，利用超声波的空化效应，使小米多酚与溶剂充分混合，在单因素试验的基础上，采用响应面法优化提取工艺，以期得到沁州黄小米多酚的最佳提取工艺，为沁州黄小米资源的进一步开发利用提供理论参考。

　　1材料与方法

　　1.1材料与试剂

　　沁州黄小米，山西省长治市武乡县。

　　没食子酸，国药集团化学试剂有限公司;Folin试剂、石油醚、无水乙醇、无水碳酸钠，均匀分析纯。

　　1.2器与设备

　　UV-5500紫外分光光度计，上海元析仪器有限公司;TDL6M型低速离心机，湖南湘立科学仪器有限公司;HH-4数显恒温水浴锅，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司;FA1604型电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司;KQ-300GDV超声波清洗器，上海梅特勒-托利多仪器有限公司。

　　1.3试验方法

　　1.3.1原料预处理

　　小米除杂后，用粉碎机粉碎，过筛(50目)，然后用石油醚按料液比1：2脱脂处理72h，干燥箱干燥，备用。

　　1.3.2单因素试验

　　固定料液比1：10，超声时间40min，超声温度40℃，研究乙醇体积分数(50%、60%、70%、80%，90%)对多酚得率的影响。

　　固定料液比1：10，超声温度40℃，乙醇体积分数70%，研究超声时间(20min，30min，40min，50min，60min)对多酚得率的影响。固定料液比1：10，超声时间40min，乙醇体积分数70%，研究超声温度(20℃、30℃、40℃、50℃、60℃)对多酚得率的影响。

　　固定超声温度40℃，超声时间40min，乙醇体积分数70%，研究料液比(1：6，1：8.1：10.1：12.1：14)对率的影响。

　　13.3响应面试验

　　根据单因素试验结果，利用DesignExper10.0软件Box-Benhnken中心组合试验设计，以小米多酚得率为判定指标，3个较为显著的因素为自变量设计因素水平表，见表1

　　13.4多酚含量测定

　　依次取0.1mg/ml没食子酸溶液0.0mL.0.5ml，1.0ml，1.5ml，2.0mL，2.5mL于50mL.容量瓶中，加入3mLFolin试剂，25ml蒸馏水，静置5min，加入9mlL10%的碳酸钠溶液后定容至刻度。避光反应30min，以蒸馏水为空白对照，在760nm处测定吸光值。重复3次测得出平均值，绘制多酚标准曲线。

　　准确量取5mlL样液，按照上述方法测定吸光度值。根据标准曲线计算多酚含量。

　　2结果与分析

　　2.1酚标准曲线

　　以没食子酸质量浓度为横坐标，吸光度值为纵坐标，绘制标准曲线，见图1，标准曲线方程为：y=0.0974-0.0121，相关系数R20.9937

　　2.2单因素试验结果

　　2.2.1乙醇体积分数对多酚得率的影响

　　乙酚体积分数对多酚得率影响结果见图2。

　　由图2可以看出，随着乙醇体积分数升高，多酚得率先升高后下降。乙醇体积分数不同，提取溶剂的极性不同，导致溶出的有效成分不同，乙醇体积分数为70%时，小米多酚得率最高。因此，选择乙醇体积分数70%较为适宜。

　　2.2.2超声时间对多酚得率的影响

　　超声时间对多酚得率的影响结果见图3。

　　由图3中可以看出，多酚得率随着提取时间的增加而升高，当提取时间超过40min，多酚得率逐渐下降。原因是提取时间过短，提取不充分，导致得率偏低;提取时间越长，超声波产生的高速震动空化效应会破坏样液中的多酚类物质，使得率下降，并且提取时间过长，会使其他物质溶出较多，不利于后续纯化。因此选择超声时间40min较适宜。

　　2.2.3超声温度对多酚得率的影响

　　超声温度对多酚得率的影响结果见图4。

　　由图4可以看出，随着提取温度升高，多酚得率先增加后下降，当温度为40℃时，多酚得率最高。温度升高可以提高物质的溶解度，然而温度过高可能导致小米中多酚物质被热分解，破坏已经提取出的多酚结构，使多酚得率下降。因此，选择超声提取温度40℃为宜。

　　2.2.4料液比对多酚得率的影响

　　料液比对多酚得率影响结果见图5。

　　由图5可知，随着提取溶剂体积的增加，多酚得率先升高后趁于平稳。当料液比超过1∶10后，得率呈现稳定趋势。料液比达到一定程度时，多酚基本溶出，继续增加料液比会造成原材料浪费和经　济损失。因此，选择料液比1∶10为宜。

　　2.3响应面试验结果

　　2.3.1回归模型的建立及方差分析

　　根据单因素试验结果，从中选取了3个对得率影响显著的因素进行3水平3因素响应面试验，试验结果见表2。以多酚得率为响应值，得到二次回归模型为：Y=73.83+3.29A+0.68B-2.17C+1.70AB-3.84AC-0.36BC-11.91A2-7.78B2-7.58C2，其中A为乙醇体积分数，B为超声时间，C为超声温度。

　　对模型进行方差分析，结果见表3。该模型极显著(P<0.0001)，失拟项不显著(P=0.1227)，说明该模型具有统计学意义，能较好的预测小米多酚的得率。其决定系数RAdj2=0.9586，说明该模型相关性较好。一次项A(乙醇体积分数)，交互作用项AC，二次项A2、B2、C2对多酚得率影响极显著(P<0.01)，一次项C(超声温度)对多酚得率影响显著(P<0.05)，其余因素影响不显著。各个因素对多酚得率影响的主次顺序为乙醇体积分数>超声温度>超声时间。

　　2.3.2等高线图及响应曲面图分析

　　图6、图7~8见下页分别为各个因素交互作用

　　与响应值之间的等高线及响应曲面图。由等高线图可以看出，AC交互作用的等高线最接近椭圆，响应曲面最陡，所以AC交互作用对得率的影响最显著;BC交互作用的等高线接近圆形，相应曲面较平，说明BC交互作用对得率的影响较小。

　　2.3.3提取工艺优化及验证试验

　　结合回归方程和响应面结果分析，超声波辅助法提取小米多酚的最优工艺条件为：乙醇体积分数71.727%，超声时间40.671min，超声温度38.117℃，此时得率为74.34mg/100g。考虑到实际操作，将工艺条件调整为乙醇体积分数72%，超声时间41min，超声温度38℃，进行3次平行试验，多酚得率平均值为74.13mg/100g，与理论值基本吻合，说明该模型能较好的预测小米多酚得率。

　　3结论

　　通过单因素和响应面优化试验，得出超声波辅助提取沁州黄小米多酚的最佳工艺条件为：乙醇体积分数72%，超声时间41min，超声温度38℃，在此工艺条件下多酚得率预测值为74.34mg/100g，验证试验结果为74.34mg/100g，接近预测值。说明该模型可以有效预测沁州黄小米多酚的超声波提取工艺参数，为沁州黄小米多酚的提取及综合利用提供一定的理论参考。

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