荷叶黄酮的提取工艺及其数学模型研究

1902008,V01．29,No．12 食品科孛 ※工艺技术 荷叶黄酮的提取工艺及其数学模型研究 吕静1，陈红惠2，彭光华1一，张声华1 (1．华中农业大学食品科学技术学院，湖北武汉430070； 2．文山师范高等专科学校，云南文山 663000) 摘要：以荷叶黄酮提取率为指标，采用三元二次回归正交旋转组合试验法优选荷叶黄酮的提取工艺。经过仿真寻 优，得出提取荷叶黄酮三个因素的最佳范围为：浸提温度71—74"C、浸提时间1．6—1．9h、料液LEl：39～l：44(W／V)。并 研究了各因素的交互作用效应，为荷叶黄酮的提取提供了技术依据。 关键词：荷叶；黄酮；提取工艺；数学模型 StudyonExtractionTechnologyofFlavonoidsfromLotusLeavesandItsMathematicalModel LUJin91，CHENHong—hui2，PENGGuang-hual一，ZHANGSheng—hual (1．CoUegeofFoodScienceandTechnology，HuazhongAgriculturalUniversi哆，Wuhan430070，China； 2．WenshanTeacher’sCoHege，Wenshan663000，China) Abstract：Thequadraticregressionrotationalcombinationdesignwiththreefactorswasusedtooptimizetheextractionprocess offlavonoidsfromlotusleaveswithexWacdonrateastheevaluationindex．Throughthecombinationoptimizationofdifferentfactors withcomputer，theoptimalrangesofthreefactorsaffectingflavonoidsextractionfromlotusleavesareconfirmedasfollows： temperature71"Ct074"C，timel．6t01．9h，andratioofmatenaltoliquidl：39t01：44．TheinteractiveeffectsdifferentfactorsWere alsostudied．Theresultswouldprovidetechnicalbasisforflavonoidsextractionfromlotusleaves． Keywords：lotusleaf；flavonoids；extractiontechnology；mathematicalmodel 中图分类号：TS201．1 文献标识码：A 文章编号：1002—6630(2008)12．0190—04 荷叶为睡莲科植物(NelumboflUXiferaGaerth)的叶 片，在我国资源十分丰富，荷叶有降脂减肥【l】、抗氧化【2】、 抗衰老【引、抑制脂肪肝、抑菌、抗病毒和抗炎抗敏【t】等作 用。近代研究 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，荷叶具有上述生物活性与荷叶含有 多种生物活性成分有密切的关系，如荷叶碱、原荷叶 碱、亚类罂粟碱、N．去甲基荷叶碱及丰富的莲甙、槲皮 素及异槲皮素等黄酮类化合物【5_刚。其中荷叶黄酮具有抗 氧化、抗衰老、清热、降血脂、降胆固醇及治疗心脑血 管疾病等功能⋯，而且荷叶中黄酮含量高达10％18)。因 此，从荷叶中提取黄酮成为近年来研究荷叶的热点。目 前有关荷叶黄酮的提取工艺研究主要集中在提取溶剂、 提取温度、提取时间及物理辅助提取等因素对荷叶黄酮 提取率的影响，采用正交试验 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 获取较优的提取工艺 条件。但荷叶黄酮的提取工艺受许多因素的影响，各因 素间还存在着交互作用，仅仅依靠二次正交设计来分析 荷叶黄酮的提取工艺各因素及其交互作用存在一定的限 制，不能真正获得连续区域内的最优方案。二次旋转正 交设计因其精度一致和需要试验次数较少等优点被广泛 应用于生产和研究中，本实验采用三元二次回归旋转正 交组合设计建立荷叶黄酮提取工艺数学模型，研究提取 时间、提取温度和料液比之间的关系，以期为优化荷叶 黄酮的提取工艺提供一定的技术依据。 1 材料与 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 1．1 材料、试剂与仪器 荷叶粉(含水量为6％)湖北五金国际贸易有限公司。 芦丁( 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 品)、95％乙醇、无水乙醇、甲醇、丙酮、 碳酸钠、氢氧化钠、吐温80均为分析纯。 722型分光光度计上海欣茂有限公司。 1．2 方法 1．2．1 荷叶总黄酮的测定 1．2．1．1 芦丁标准曲线的制备 分别准确吸取0．2mg／ml的芦丁对照液0．5、1．0、1 收稿日期：2007．10．23 作者简介：吕静(1982．)，女，硕士研究生，研究方向为食品科学。E-maihlvjing@webmall．hzau．edu．cn }通讯作者：彭光华(1968．)，男，副教授，博士，研究方向为天然产物化学。E-mail：guangh@mail．hzau．edu．cn 万方数据 ※工艺技术 食品科学 2008,V01．29,No．12．191 5、2．0、2．5、3．Oml，于lOml具塞刻度管中，用30％乙醇稀 释至5ml，加入5％亚硝酸钠0．3ml，摇匀，静置5min；再加 入10％硝酸铝0．3ml，摇匀，静置6min。然后分别加入4％ 氢氧化钠4ml，用30％乙醇补充至10ml，静置lOmin，以试 剂为空白，在510nm处测定吸光度，以浓度(C)与吸光度 (A)绘制标准曲线。 根据结果用最dx-乘法作线性回归，得芦丁浓度(y) 与吸光度(x)的关系曲线的回归方程式：y=O．0854x一0． 0002，相关系数r=-0．9996，所以本检测方法中芦丁浓度与 吸光度有良好的相关性。 1．2．1．2 荷叶中总黄酮含量的测定 取0．2ml的荷叶提取液，于lOml的容量瓶中，加入 30％的乙醇补充至5ml。按照1．2．1的方法显色后，以未加 显色剂的待测液为空白，在波长510nm处测定吸光度。由 标准曲线所得的回归方程计算出提取液中黄酮的浓度并 计算原料中的总黄酮含量。计算公式如下： e-IAN嘲 式中，Y为黄酮类物质的质量浓度(mg]m1)；V为原提 取液体积(m1)；W为提取用荷叶的质量(rag)；a为稀释倍 数。 1．2．2 单因素试验 分别考查提取溶剂冰、甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙 酯、5％Na2CO3、5％NaOH、1％吐温80)，溶剂浓度 (40％、50％、60％、70％、80％、90％)，时间(0．5、1、1． 5、2．0、2．5、3．0h)，温度(40、50、60、70、80、90。C)和 料液}=L(I：IO、1：15、1：20、1：25、1：30、1：35、1：40)对黄酮 提取率的影响。 1．2．3 提取的最佳工艺条件研究 采用70％乙醇为提取溶剂，以影响荷叶总黄酮提取 率的温度(X1)、时间(xz)及料液比(X，)为三个试验因素， 以荷叶总黄酮的提取率(Y)为目标，做三因素二次回归正 交旋转组合设计，共计23个试验点，来确定荷叶黄酮提 取的最优工艺组合。三因素二次回归正交旋转试验设计【，】 如表1所示。 表1 7嘣乙醇提取三因素二次回归旋转试验设计 Table1 Codeofquadraticregressionrotationalcombination designwiththreefactorsforflavonoidswith70％ethanol 1．3 数据处理 采用SAS软件进行分析。 2 结果与分析 2．1 荷叶总黄酮提取的单因素试验 2．1．1 溶剂种类的筛选 在提取温度为60℃，荷叶与提取溶剂质量之比为1： 30的条件下，水浴加热回流提取2．0h，不同溶剂(水、甲 醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、5％Na：C03、5％NaOH、 1％吐温80)提取的总黄酮得率分别为28．33、54．80、71．03、 75．08、31．50、49．88、50．31、62．95mg／g。其中丙酮的提取 效果最好，乙醇和1％吐温80次之，水的提取效果最 差。由于丙酮有一定的毒性。故选择乙醇溶液做溶剂较 为合适。 2．1．2 乙醇浓度对总黄酮得率的影响 在提取温度为60℃，荷叶与提取溶剂质量之比为1： 30的条件下，水浴加热回流提取2．0h，考察乙醇浓度对黄 酮得率的影响。结果表明，随着乙醇浓度的增加，得率 亦逐渐增大，当乙醇浓度达到70％时，总黄酮得率达到最 大，而后乙醇浓度再增加，一些醇溶性杂质溶出性增 加，导致黄酮类化合物提取率降低。 2．1．3 提取温度对总黄酮得率的影响 在提取温度为60℃，溶剂为70％乙醇溶液，荷叶与 溶剂质量之比为1：30的条件下，水浴加热回流提取2． Oh，结果表明随着提取温度的升高，荷叶总黄酮的得率 随之升高，当温度升高到70℃后，总黄酮的得率反而随 温度升高而降低。这是由于温度升高，分子运动速度加 快，渗透，扩散，溶解速度加快，同时，高温可以引起 细胞膜结构的变化，使黄酮化合物从荷叶的外层细胞转 移至溶剂中，但过高的温度可能引起黄酮化合物结构的 破坏。 2．1．4 提取时间对总黄酮得率的影响 在提取温度为70"C，溶剂为70％乙醇，荷叶与溶剂 质量之比为1：30的条件下，水浴加热回流提取2．0h，结 果表明每次提取时间以2．0h为宜。时间过短，黄酮类物质 还未充分溶出，但当时间超过2．0h时，黄酮类物质的溶出 量变化不大。这表明提取达到一定时间，提取液内有效 成分浓度达到平衡。 2．1．5 料液比对总黄酮得率的影响 在提取温度为70℃，溶剂为70％乙醇溶液，荷叶与 溶剂质量之比为1：30的条件下，水浴加热回流提取2． 0h，随着料液比的增加，总黄酮得率不断增大，当料液 比达到一定程度时，再增大料液比，提取率趋于稳定， 即一定比例的溶剂已将有效成分基本溶出。综合考虑得 率，溶剂用量和能源消耗等因素，选用1：30为进一步优化 的范围。 2．2 荷叶黄酮提取率数学模型的建立 万方数据 1922008,V01．29,No．12 艮晶科学 ※工艺技术 荷叶黄酮提取率见表2。按三元二次回归旋转组合设 计试验数据处理输入微机进行运算分析，建立提取率Y与 调控因子Xt问的回归方程式为： Y=72．10—0．40X1—0．27X2+4．43X3—2．58XlX2× 2．36X1X3+0．62X2X3—0．31XlL-O．84X2耳-0．92)(32(1) 通过SAS软件分析得到失拟项为0．144<0．05，表明存 在未知因素影响，但所选三个因素均对荷叶黄酮提取率 存在显著影响，其中料液比影响极显著。 2．3 提取率数学模型解析 2．3．1 主因素效应分析 为了分析各主因素对荷叶黄酮提取率的单独影响， 由模型(1)可通过“降维法”把其他两个因素固定在零水 平，可得以下3个偏子回归模型： yl=72．10—0．40xl一0．31x2 (2) y2=72．10—0．27x2—0．84x； (3) y3=72．10十4．14x3+0．92砖 ㈤ 对其分别求导，可得： dyddxl=一O．40—0．31x, (5) dyYdx2=一0．27—0．84x2 (6) dy3／dx3=4．14+0．92x3 (7) 令dyddxa=O(i=l，2，3)可求出yi极大值时各种因素单 独最适量：xl=一1．29、X2=--0．32、x3=--4．5。由方程式 (2)～(4)可知，主因素对提取率影响大小顺序为料液比∞) >浸提温度(x-)>浸提时间(融)。由主效应模型得出各因素 不同水平下提取率(表3)可知：(1)随料液比的增加而荷叶 黄酮提取率增高，但在l水平时有较大增幅，之后幅度变 小，但变化幅度大；(2)随温度增加而荷叶黄酮提取率增 高，到一l水平时最高，随后开始减少，且下降幅度小： (3)随时间的提高而荷叶黄酮提取率上升，到0水平时为最 高，随后开始降低，且变化幅度较小。 表3各因素效应分析 Table3Effectanalysisofsinglefactor 2．3．2 因素间交互效应分析 固定该模型任何三因素为0水平时可得另两个因素交 互效应模型： y==72．10-0．40xl-0．27xa-2．58x胞-0．31x卜0．84x孑 (8) y13=72．10-0．40xl+4．14x3-2．36xlx3—0．307x30．92x孑f9) Ⅷ=72．10-0．27x2+4．14x3+0．62x2x3—0．84x舢．92好00) 表4 提取温度(x，)与料液比(xa)交互效应下的提取率 Table4 IntemctioneffectsoftemperaturefXl)andsolid—liquidratio(X3) onaverageextractionrate 由表4和图2可知，浸提时间X-(min)与料液比X，(v／ w)交互效应为提取率随料液比的增加而增大，且变化幅 度较大；其提取率随温度的增加先增加后降低，到一l水 平时最高，之后降低；在低温条件下，随料液比的增加 而增大，且变化幅度较大；在中等温度条件下，随料液 比的增加而增大，变化幅度较小；当温度较高时，随着 随料液比的提高而提取率下降，到O水平时为最低，随后 开始提高，且变化幅度较小。通过对两因素不同水平的 分析可以得到，当在浸提温度x，(℃)和料液比x，为(-2， 2)时为两因素最佳提取率组合。根据图1、3同理可分析其 他条件下的提取率。 肿∞邡硒舶粥刀粥肼m N崩舶M"甜n"蚪：2佗。加"""加n O O O r T 0 O O O O O O O O O r 1 O O O 0 O 0 O O O O O T O O O O O O 0 O 0 O 0 O 0 m n挖”H”M"坞饽加M控" 万方数据 ※工艺技术 食品科学 2008,V01．29,No．12‘193 2．4 提取率模型优化 根据所建立的数学模型通过计算机进行模拟实验， 共可以得到124种组合方案的提取率理论值。提取率分布 在40％～100％之间，其中提取率在40％～60％组合方案13 套；60％～70％组合方案41套；70％～80％组合方案51 套；80％～100％组合方案14套。提取率在60％～70％组合 方案分布最多，通过计算机模拟寻优，在提取率最高的 80％～100％组合方案14套中，可得最高提取率为98．38％， 对应组合方案为(一2，1，2)，真实值是料液比1：50、浸提 时间2．5h、浸提温度60℃。 本实验优化的荷叶黄酮最大提取率是计算机模拟的 结果，是在特定条件下的理想最大值，若考虑到非控制 因素的变化影响，实现这套方案频率是不高的，在选用 其他地区出产的荷叶也不一定适用。为了将荷叶黄酮的 提取率方案建立在可靠的基础上，现将在提取率组合方 案中出现频率较高的分段70％～80％筛选出来，如表5。 从实验中筛选出的组合方案，既考虑方案的稳定性，又 考虑方案使黄酮提取率达到符合实际的最大值，因而在 频率较高的分段70％～80％提取率当中选出xt、X2、X3三 个因素。 在提取率70％～80％当中通过计算机模拟寻优得出荷 叶黄酮提取率最大为79．61％，对应组合方案为(一1，0，1)， 浸提温度65℃、浸提时间2h、料液比1：45。表5中最佳方 案就是荷叶黄酮提取率最优的优化区域范围。 表5 提取率70％～80％的方案Xi频率分布 Table5 ProbabilitydistributionofXiin70％～80％extractionrate 3 结 论 本实验根据三元二次回归旋转正交组合设计，建立荷 叶黄酮提取率的回归模型，通过计算机模拟优化，选出提 取率最优的最佳组合方案。本实验中经过计算机模拟优化 分析后，确定出对荷叶黄酮提取有影响的三个因素的最佳 范围是浸提温度71～74℃、浸提时间1．6～1．9h、料液比1： 39～1：44。对于不同地域出产的荷叶，黄酮提取率的多少 应视具体情况而定。所以在提取荷叶黄酮时影响因素的 范围有待于进一步的研究确定。 参考文献： 【1】 关章顺，昊俊．荷叶胶囊对人体血脂异常的调脂作用研究【J】心血 管康复医学杂志，2003，12(4)：294．296． f2】 纪丽莲，范怡梅．荷叶提取物抗氧化活性的研究[J】．淮阴工学院学报， 2001，lO(1)：12—14． 【3】 肖华山，黄代青．荷叶对体外氧自由基的清除作用及其对果蝇寿命 的影响【J】．中国老年学杂志，1996．16(12)：374． 【4】 纪丽莲．荷叶中抑菌成分的提取及其抑菌活性的研究[J】．食品科学， 1998，19(8)：64—66． 【5】 胡榴燕．荷叶的功能成分提取测定及药用研究进展【J】．浙江中医杂 志，2006，41(11)：678．679． 【6] AWATIFAE，CATHARINAB，ALEXANDERLG，cta1．Twoveryun- usualmacrocyclicflavonoidsfromthewaterlilyNymphaealotus[J]． Phytoehemistry，2003，63：727—73． 忉 李彩侠，张斌彬，吴亚卿．荷叶中黄酮类化合物的提取工艺研究【J】．上 海理工大学学报，2006，28(1)：5-8． 【8】 刘蒿．荷叶黄酮提取工艺及其药理作用的研究【D】．北京：中国科学 院研究生院。2006：25—26． 【9】 赵思明．食品科学与工程中的计算机应用【M】．北京：化学工业出版 社，2005：38—46． 万方数据