响应曲面试验设计优化桑椹绿原酸的超声水提工艺

响应曲面试验设计优化桑椹绿原酸的超声水提工艺
袁玲;李建华;喻婷
【摘要】The response surface experiment design was used for optimizing ultrasonic extraction technology of chlorogenic acid to provide a reference for mulberry exploitation and utilization.The results showed that the optimum extraction condition for chlorogenic acid were ultrasonic power 384 W,ration of liquid to material 70:1,extracting 15 min,the verification extraction rate of chlorogenic acid from drying mulberry was 15.84 mg/g with relative error of 4.98% compared with the predicted extraction rate 16.67 mg/g.%为获得较多的桑椹绿原酸，为桑椹的开发利用提供参考依据，采用响应曲面试验设计优化桑椹绿原酸超声水提工艺。

结果表明：在超声功率为
384W，液料比为70∶1，提取15 min 的工艺条件下，其绿原酸的提取值为15．84 mg／g，与预测值（16．67 mg／g）相差4．98％。

【期刊名称】《贵州农业科学》
【年(卷),期】2014(000)006
【总页数】3页(P168-170)
【关键词】桑椹;绿原酸;响应曲面试验设计;超声波提取
【作者】袁玲;李建华;喻婷
【作者单位】特色果蔬质量安全控制湖北省重点实验室，湖北工程学院，湖北孝感 432000;特色果蔬质量安全控制湖北省重点实验室，湖北工程学院，湖北孝感
432000;特色果蔬质量安全控制湖北省重点实验室，湖北工程学院，湖北孝感432000
【正文语种】中文
【中图分类】S38;Q949.95
桑椹（Mulberry）是一种富含酚酸类物质的浆果，在我国资源丰富，具有很好的
保健与医疗作用［1］。

其含有的绿原酸（Chlorogenic acid，CA）是多种中药
的有效成分，具有显著的清热解毒、抗菌消炎作用，同时还具有清除自由基，抗病毒、抗肿瘤和兴奋中枢神经系统等多种活性［2］。

在我国170种具抗菌消炎作用的中成药成分中都含有绿原酸。

金银花［3］、菊花［4］、杜仲、牛蒡子、山楂
等均含有一定量的绿原酸。

桑椹多酚的提取［5－7］已有不少报道，但还没有桑
椹绿原酸的提取工艺研究。

鲜桑椹不易储存，从中提取绿原酸是提高该果实经济附加值的途径之一。

绿原酸为极性有机酸，其邻二羟基结构不稳定，受热、见光容易氧化分解，碱性条件下易水解。

在热水中溶解度较大。

因此，可利用这些性质将其从植物中提取出来，但要注意其在高温、强光或长时间加热条件下的分解。

超声波是一种弹性机械震动波，超声的空化、机械、热效应都可以粉碎植物，增加有效成分的提取率。

同时，减少萃取时间，降低活性物质降解。

响应面试验设计［8］相比均匀设计、正交设计具有精度高、预测性强的优点，能够通过多元拟合，形成多元函数表达式，用以阐述自变量和因变量之间的数学关系，从而找到最佳参数组合。

故笔者采用超声波提取法，以水为溶剂探讨提取桑椹中绿原酸的工艺，为综合利用桑椹资源提供参考。

1 材料与方法
1.1 材料与仪器
1.1.1 试材野生桑椹，采自湖北省孝感市朋兴乡。

1.1.2 仪器与试剂 752N紫外可见分光光度计（上海精密科学仪器有限公司），DL －480B智能超声波清洁器（上海之信仪器有限公司），SHZ－ⅡD型循环水真空泵（上海亚荣生化仪器厂），202－2型干燥箱（上海市实验仪器总厂），PL203
型电子天平（梅特勒－托利多仪器上海有限公司）。

蒸馏水、盐酸等均为分析纯。

1.2 试验设计与提取方法
1.2.1 响应面设计在前期单因素试验的基础上（另文发表），用Design－Expert
软件中的中心组合设计（Central Composite Design，CCD）模块中的二次回归正交旋转组合设计，考查超声功率（A）、液料比（B）和提取时间（C）对桑椹绿原酸提取的影响，设计3因素5水平（表1），共计20次的试验（full CCD设计），其中，析因部分试验次数为8次，星点数为6次，中心点重复次数为6次，其试验设计见表2。

1.2.2 桑椹绿原酸的提取将桑椹在45℃烘干，粉碎过50目筛，准确称取1.00g
粉末，按照中心组合设计实验中设置的不同提取条件分别进行浸提，离心收集各个提取条件下得到的提取液，备用。

每个处理重复3次。

表1 响应面提取桑椹绿原酸的因素及水平Table 1 Factors and levels of response surface experiment design for extracting chlorogenic acid from mulberry因素Factor水平Level 48 116 216 316 384 B液料比／（mL／g）Ration of liquid to material 20 30 45 60 70 C时间／－1.68 －1 0 1 1.68 A功率／W Power min Time 5 12 23 33 40
1.3 桑椹绿原酸提取量的测定
紫外分光光度法［9－10］。

由于绿原酸含有生色团，所以在324nm左右有最大吸收峰，可利用此性质进行检测。

用移液器精确量取每份提取液0.5 mL置于
10mL容量瓶，加0.2mol／L盐酸至刻度，摇匀，45min内测324nm处吸光度
值。

根据公式计算样品中绿原酸的含量。

C＝A×稀释倍数×1000／（100×526）
R＝C×V
式中，C为提取液浓度，（mg／mL）；R为每g桑椹粉末提取的绿原酸，（mg ／g）；V为提取液的体积，mL。

1.4 数据处理
用Design Expert 8.0软件进行多元回归及方差分析。

2 结果与分析
2.1 绿原酸提取量与各提取因素间的回归关系
利用Design－Expert软件对表中的结果进行回归分析，得到回归方程：
经过响应曲面法拟合计算得出该回归方程的决定系数R2为0.989 3，表明该回归
方程拟合度较高；校正系数RAdj＝0.959 2，表明在绿原酸含量总的变异中，有95.92%是由独立变量引起的。

模型项P＝0.000 6，说明R与回归方程中各因素关系极显著；失拟项为0.52，说明所得方程与试剂拟合中非正常误差所占比例小。

如果以P≤0.05作为显著性标准，则在该回归方程中，B、C、AB、AC、BC、A2、B2、C2、ABC、AB2、B2 C、B3、B4是显著项，其中BC、A2、B2、C2、ABC、B2C、B4是极显著项。

2.2 因素间交互作用下的绿原酸含量
为研究试验因素之间的交互作用强度以及确定各因素的最佳水平范围，利用Design Expert 8.0.0软件对试验数据进行多元回归拟合，所得到的回归方程的响
应面分别见图1～图3。

表2 桑椹绿原酸提取的响应曲面试验设计及各处理的绿原酸提取量Table 2 Response surface experiment design for extracting chlorogenic acid from
mulberry and the content试验号No.A功率／W Power B液料比／（mL／g）Ration of liquid to material C时间／min Time R绿原酸／（mg／g）Chlorogenic acid 1 216 45 40 12.99 2 116 30 12 10.81 3 216 70 23 12.80 4 216 20 23 6.21 5 316 60 12 12.22 6 216 45 23 14.56 7 216 45 5 6.23 8 116 60 33 10.88 9 216 45 23 14.42 10 216 45 23 14.37 11 216 45 23 13.67 12 216 45 23 15.28 13 116 30 33 10.51 14 316 30 12 13.37 15 216 45 23 13.96 16 48 45 23 11.36 17 384 45 23 10.44 18 316 30 33 11.16 19 316 60 33
72.74 20 116 60 12 64.65
2.2.1 超声功率与液料比由图1可知，响应面比较陡峭，表明超声波功率和液料比之间的交互作用较强，从单因素的角度看，在提取时间为26.5min时，超声波功
率处在300～384W时，绿原酸的提取量较高，液料比在30∶1～65∶1的两端时，绿原酸的提取量也较高，且变化较大；从两因素的交互作用看，液料比的影响较为显著，超声波功率和液料比在各自的最高值时绿原酸的提取量较高。

图1 不同超声功率及液料比绿原酸的提取量Fig.1 Chlorogenic acid content under different ultrasonic power and liquid－material ratio
图2 不同超声功率及超声时间下绿原酸的提取量Fig.2 Chlorogenic acid content under different ultrasonic power and extraction time
2.2.2 超声功率及超声时间从图2可以看出，曲面平缓，超声功率与超声时间的交互作用弱，在液料比44∶1时，随着超声功率和超声时间的增加，桑椹绿原酸的
提取量变化不大。

2.2.3 液料比及超声时间从图3可以看出，曲面相对平缓，提取时间与液料比间的交互作用较弱，在超声波功率为234W时，随着液料比的增加，桑椹绿原酸的提
取量在增加。

随着提取时间的增加，桑椹绿原酸的提取量在减少。

图3 不同液料比及超声时间绿原酸的提取量Fig.3 Chlorogenic acid content
under different liquidmaterial ratio and extraction time
2.3 参数优化与验证
R的物理意义是每克烘干桑椹提取绿原酸的毫克数，在Design Expert 8.0软件的优化模块中，将优化标准设置为最大值50，求解得R的最优值是16.67mg／g，预测的最佳试验条件为功率384W，液料比70∶1（mL／g），提取时间15min。

为检验优化条件的准确性，按照上述优化的工艺参数，重复试验4次，得平均值
为15.84mg／g，与预测值相差4.98%，试验值与预测值基本吻合。

3 结论与讨论
试验通过响应曲面优化获得的桑椹绿原酸超声辅助水提工艺为超声功率384W，
液料比70∶1（mL／g），提取15min，验证试验表明，在该条件下的绿原酸
提取量为 15.84mg／g，与预测值（16.67mg／g）相差4.98%，二者基本吻合，该工艺条件稳定可靠、绿色环保，对利用水提取法提取桑椹绿原酸具有重要的指导意义。

绿原酸是多种药材和中成药的药效成分，被作为定性定量的指标，忍冬科植物金银花、山银花是绿原酸的主要药用来源，金银花［11］中绿原酸含量为1%～8.9%，山银花为1.98～5.16%［12］。

本试验中桑椹绿原酸的提取达1%～1.6%。

桑树
是我国的乡土树种，分布广泛，桑椹在药典中多以辅药形式出现，其药用价值有待进一步丰富。

开发利用桑椹绿原酸也具有较广阔的前景。

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