响应面法优化索氏提取甘蔗梢多酚和黄酮的工艺条件_杨赐珠.pdf

第 39 卷第 2 期福建师范大学学报(自然科学版)Vol.39，No.2(2023 年 3 月)Journal of Fujian Normal University(Natural Science Edition)Mar.2023DOI:10.12046/j.issn.1000-5277.2023.02.014文章编号:1000-5277(2023)02-0104-09响应面法优化索氏提取甘蔗梢多酚和黄酮的工艺条件杨赐珠1，2，许萍1，2，黄静榕1，钟洁1，2，李欢1，2，林港华1，2，余雪冰1，林荣华1，2，何文锦1，2(1.福建师范大学生命科学学院，福建 福州350117;2.福建师范大学南方海洋研究院，福建 福州350117)摘要:采用索氏提取法对甘蔗梢多酚和黄酮的最佳提取工艺进行了研究 在单因素实验基础上，结合响应面分析法考察料液比、乙醇体积分数和提取时间，对蔗梢多酚和黄酮提取量的影响，并优化蔗梢多酚和黄酮的提取工艺参数 依据模型拟合回归分析最终获得索氏提取法制备蔗梢多酚和黄酮的最佳提取工艺为:料液比 1 40、乙醇体积分数 60%，提取时间 2.4 h，在此条件下多酚含量可达 7.95 mgg1，黄酮提取量可达 0.905 mgg1 验证试验表明，模型的预测准确率达 98%研究结果能够为甘蔗梢的综合开发与利用提供基础理论依据关键词:甘蔗梢;多酚;黄酮;索氏提取;响应面分析法中图分类号:Q819;S38;284.2文献标志码:A收稿日期:2022-12-24基金项目:国家现代农业产业技术体系项目(CAA-170501);福建师范大学生命科学学院“溪源江学者”扶持计划项目通信作者:何文锦(1972)，女，副教授，研究方向为蔗汁与糖蜜综合利用 biohwj fjnueducnOptimization of the Soxhlet Extraction ProcessParameters of Polyphenols and Flavonoids fromSugarcane Tips by esponse Surface MethodYANG Cizhu1，2，XU Ping1，2，HUANG Jingrong1，ZHONG Jie1，2，LI Huan1，2，LIN Ganghua1，2，YU Xuebing1，LIN onghua1，2，HE Wenjin1，2(1.College of Life Sciences，Fujian Normal University，Fuzhou 350117，China;2.Southern Institute of Oceanography，Fujian Normal University，Fuzhou 350117，China)Abstract:The best extraction technology of polyphenols and flavonoids from sugarcane tipswas studied by using Soxhlet extraction method On the basis of single factor experiment，combinedwith response surface analysis，the effects of solid-liquid ratio，ethanol concentration and extractiontime on the extraction amount of sugarcane tip polyphenols and flavonoids were investigated，and theextraction parameters of polyphenols and flavonoids were optimized According to the model fittingregression analysis，the optimal extraction process for preparing sugarcane tip polyphenols and fla-vonoids by Soxhlet extraction method was obtained as follows:solid-liquid ratio 1 40，ethanol con-centration 60%，and extraction time 2.4 h Under these conditions，the extraction yield of polyphe-nols could reach 7.95 mgg1and the extraction yield of flavonoids could reach 0.905 mgg1The validation test showed that the prediction accuracy of the model reached 98%The results canprovide basic theoretical basis for the comprehensive development and utilization of sugarcane tipsKey words:sugarcane tip;polyphenols;flavonoids;Soxhlet extraction;response surfacemethod甘蔗(Saccharum officinarum L)是重要的糖料作物，属于亚热带和热带地区的多年生草本植物第 2 期杨赐珠，等:响应面法优化索氏提取甘蔗梢多酚和黄酮的工艺条件甘蔗梢约占甘蔗总质量 10%，是甘蔗生产中的副产物之一12 甘蔗梢粉碎后用适当的溶剂能提取出黄酮和多酚等天然活性物质，粗提物可添加到畜禽或水产饲料中，经过提纯也可添加到保健品或日化用品中3 蔗梢中的多酚对于抗氧化、清除自由基能够起到至关重要作用4，还可用于抗菌、抗糖尿病、降低胆固醇、生鲜保藏和抗肥胖等5 甘蔗中的多酚种类多样、功能丰富，在保健品、食品、化妆品、药品等领域有着很高的经济价值67 蔗梢黄酮化学结构中的 2-苯基色原酮，在清除活性氧和抗氧化方面具有很强的能力，这有助于阻止 DNA 被自由基所氧化，阻止正常的细胞中 DNA 发生突变最终变成癌细胞等综合现象8 不仅如此，甘蔗中的黄酮除了具有抗肿瘤、清除自由基、提高免疫力、调节人体代谢、保肝抗炎等药理作用外，还有降低血脂、保护细胞损伤、提高骨骼密度等生理保健功能，甚至能够调节血糖、血压和抗动脉粥样硬化911 本试验采取索氏提取法结合单因素试验和响应面实验设计，以期获得蔗梢多酚和黄酮的最佳提取工艺条件 从糖料产业废弃物蔗梢提取多酚、黄酮等天然活性成分，用于日用化妆品、农牧渔业饲料添 既减损增效，又提高了甘蔗的副产物综合利用率;既延伸了甘蔗产业链，又提升了产品附加价值1材料与方法1.1材料与试剂甘蔗梢采自福建农林大学甘蔗田福农 41 号品种 去除甘蔗梢外面的杂质和叶子等，切成 5 mm 左右的小段后再用粉碎机将其粉碎，烘干至恒重过 60 目筛，得到蔗梢粉末主要试剂设备:没食子酸标准品(上海阿拉丁生化有限公司)，芦丁标准品(上海阿拉丁生化有限公司)、索氏提取器 98-1-B(天津泰斯特有限公司)，旋转蒸发仪 B-100(瑞士 BUCHI 公司)1.2 实验方法1.2.1蔗梢粉末预处理准确称取 10.0 g 蔗梢粉末置于滤纸筒，放入索氏提取器中，按单因素实验设计进行提取 用旋转蒸发仪将提取液进行浓缩，用相应浓度的乙醇溶液将浓缩液定容至 100 mL，经稀释后进行黄酮和多酚提取量测定1.2.2单因素实验设计在料液比 蔗梢(g)乙醇(mL)为 1 40、提取时间为 2.5 h 的条件下，考察乙醇体积分数为40%、50%、60%、70%、80%时，对提取蔗梢多酚和黄酮提取量的影响在乙醇体积分数为 60%、提取时间为 2.5 h 的条件下，考察料液比为 1 20、1 30、1 40、1 50、1 60 时，对提取蔗梢多酚和黄酮提取量的影响在料液比为 1 40、乙醇体积分数为 60%的条件下，考察提取时间为 2、2.5、3、3.5、4 h 时，对提取蔗梢多酚和黄酮提取量的影响1.2.3黄酮提取量测定配制质量浓度为 0.1 mgmL1的芦丁标准溶液 分别吸取芦丁标准溶液 0、5.0、10.0、15.0、20.0、25.0 mL 于 A-F 的 50 mL 棕色容量瓶中，再分别加入 5%亚硝酸钠溶液 2 mL，振荡摇匀，静置6 min;每个容量瓶中分别加入 10%硝酸铝溶液 2 mL，振荡摇匀，静置 6 min;分别向每个容量瓶中加入 4%氢氧化钠溶液 20 mL，分别用 60%乙醇定容，摇匀静置 15 min 以相应对照品溶液为空白，在波长 500 nm 处，依次测定吸光值 以质量浓度(gL1)为横坐标，吸光值 A 为纵坐标，绘制标准曲线 Y=14.4 X+0.001(2=0.998)将25 mL 稀释的蔗梢提取液替代芦丁标准溶液，进行反应，测定吸光值，代入标准曲线，求得黄酮浓度，代入式(1)计算出蔗梢粉末黄酮提取量黄酮含量(以芦丁计)(mgg1)=黄酮 V KW，(1)式中，黄酮为标准曲线中计算的提取液黄酮浓度(mgmL1);V 为提取液加入试剂显色定容的体积(mL);K 为稀释倍数;W 为称取甘蔗梢粉的质量(g)501福 建 师 范 大 学 学 报(自 然 科 学 版)2023 年1.2.4多酚提取量测定配制质量浓度为 1 mgmL1的标准没食子酸标准溶液 分别稀释到质量浓度为 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mgmL1的没食子酸标准工作液 各吸取1.0 mL 于 A-E 的10 mL 具塞刻度试管内，以1 mL高纯水作为空白对照 向这 5 个试管中分别加入 10%福林酚试剂 5.0 mL，摇匀 静置 5 min，分别加入 7.5%Na2CO3溶液 4.0 mL，摇匀静置1 h 后，在波长为765 nm 处，依次测定各中溶液吸光值 以浓度 (gL1)为横坐标、吸光值 A 为纵坐标，绘制没食子酸标准曲线 Y=10.78 X+0.005(2=0.999 2)将 1 mL 稀释的蔗梢提取液替代没食子酸标准工作液，进行反应，测定吸光值，代入式(2)计算出蔗梢粉末的多酚提取量多酚提取量(以没食子酸计)(mgg1)=多酚 V KW，(2)注:多酚为标准曲线中计算的提取液多酚质量浓度(mgmL1);V为提取液加入试剂显色定容的体积(mL);K 为稀释倍数;W 为称取甘蔗梢粉的质量(g)1.2.5响应面条件优化在单因素实验的基础上，以料液比、乙醇提取体积分数、提取时间 3 个因子为自变量(分别以A、B、C 表示)，以蔗梢多酚提取量和黄酮提取量为响应值，设计 3 因素 3 水平的响应面实验(见表1)采用 Design-Expert12 软件对实验结果进行分析，确定甘蔗多酚和黄酮的最佳提取条件，并进行验证实验表 1响应面因素与水平设计表Tab.1Factors and levels of response surface analysis水平因素A 料液比B 乙醇体积分数/%C 提取时间/h11 30502.001 40602.511 50703.01.3数据处理数据采用 Excel 进行统计、处理和分析，以及图表的制作 采用 SPSS19.0 软件对实验数据进行单因素方差分析以及差异显著性分析 P 0.05 有显著性差异，P0.01 有极显著性差异，每个数值结果以字母 ae 表示2结果与分析2.1提取甘蔗梢多酚和黄酮单因素条件优化2.1.1乙醇体积分数对甘蔗梢多酚和黄酮提取的影响当提取甘蔗梢多酚和黄酮的乙醇体积分数从 40%增加到 60%时，多酚和黄酮的提取量均显著升高 当乙醇体积分数为 60%时，多酚提取量达到最大值 7.562 mgg1，而黄酮提取量也达最大值0.875 mg g1 在乙醇体