陳健旋

(1. 漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院　食品與生物工程系，福建漳州　363000；2. 農(nóng)產(chǎn)品深加工及安全福建省高校應(yīng)用技術(shù)工程中心，福建漳州　363000)

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響應(yīng)面優(yōu)化香蕉葉多酚的提取工藝研究

陳健旋1，2

(1. 漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品與生物工程系，福建漳州363000；2. 農(nóng)產(chǎn)品深加工及安全福建省高校應(yīng)用技術(shù)工程中心，福建漳州363000)

以香蕉葉為原料，利用響應(yīng)面法對(duì)香蕉葉多酚的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)Design Expert 8.05b軟件中的Box-Behnken試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)與響應(yīng)面優(yōu)化，建立了香蕉葉多酚提取率與各工藝參數(shù)的二次多項(xiàng)式模型。結(jié)果表明，最佳的香蕉葉多酚提取工藝為：提取溫度76 ℃、乙醇濃度50 %、液料比21 mL/g、提取時(shí)間100 min，香蕉葉多酚的提取率為44.76 mg/g，與模型方程的最優(yōu)化預(yù)測(cè)值相比，相對(duì)誤差為1.28 %，說明該模型的準(zhǔn)確、有效。該研究為香蕉葉多酚的綜合開發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)。

香蕉葉；多酚；提取；優(yōu)化

香蕉(MusananaLour.)是蕓香科常綠喬木，是熱帶和亞熱帶的重要水果。香蕉鮮果可直接食用或進(jìn)行加工，其莖葉、果皮等也都具有多種天然的活性物質(zhì)[1-2]。天寶香蕉是漳州的傳統(tǒng)名果，隨著香蕉產(chǎn)量的增加，占香蕉生產(chǎn)約75 %的莖、葉等副產(chǎn)物也逐年遞增。香蕉葉有不小的應(yīng)用價(jià)值，香蕉葉中含“類黃酮”(多酚的一種)之類的物質(zhì)，具有抗菌、抗氧化、抗發(fā)炎和抗衰老等生理生化功能，是開發(fā)天然食品添加劑的優(yōu)良原料[3-4]。然而目前大量的香蕉葉無法進(jìn)一步利用，只能曬干燒掉或置之于環(huán)境中當(dāng)作垃圾處理，造成了極大的浪費(fèi)。為擴(kuò)大香蕉資源的利用率，本文根據(jù)Design-Expert 8.05b軟件中Box-Behnken對(duì)香蕉葉多酚的提取進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定了最佳的提取工藝，為香蕉葉多酚的綜合開發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與試劑

LGJ10-C型冷凍干燥機(jī)，北京四環(huán)科學(xué)儀器廠；UV-1800PC-DS2型紫外可見分光光度計(jì)，上海美譜達(dá)儀器有限公司。

香蕉葉，采于漳州市天寶鎮(zhèn)；食用酒精(乙醇)，食品醫(yī)藥級(jí)，河南浩宇食品添加劑有限公司；沒食子酸，分析純，天津市瑞金物化學(xué)品有限公司，其它試劑均為分析純。

1.2試驗(yàn)方法1.2.1多酚含量的測(cè)定

以沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品作為對(duì)照，采用福林-酚法[5]，按文獻(xiàn)方法進(jìn)行測(cè)試。香蕉葉多酚的提取率由下式獲得。

式中：V為提取液體積/mL；b為多酚濃度/(mg/L)；m為香蕉葉質(zhì)量/g。

1.2.2香蕉葉多酚的提取工藝

將采摘的香蕉葉用蒸餾水浸泡洗凈，晾干，并進(jìn)行冰凍和真空冷凍干燥，粉碎，得粉末并過篩備用。在100 mL燒瓶中加入一定量的香蕉葉粉末，置于水浴反應(yīng)裝置中，按設(shè)定的操作條件進(jìn)行提取，提取結(jié)束后，過濾去渣，稀釋，定容，按1.2.1方法計(jì)算得多酚的提取率。

1.2.3香蕉葉多酚的單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1)提取溫度的影響在乙醇濃度為60 %、液料比為25 mL/g和提取時(shí)間為80 min時(shí)，考察提取溫度對(duì)多酚提取率的影響。

2)乙醇濃度的影響在提取溫度為80 ℃、液料比為25 mL/g、提取時(shí)間為80 min時(shí)，考察乙醇濃度對(duì)多酚提取率的影響。

3)液料比的影響在提取溫度為80 ℃、乙醇濃度為60 %和提取時(shí)間80 min時(shí)，考察液料比對(duì)多酚提取率的影響。

4)提取時(shí)間的影響在提取溫度80 ℃、乙醇濃度60 %和液料比25 mL/g的時(shí)，考察提取時(shí)間對(duì)多酚提取率的影響。

1.2.4香蕉葉多酚的提取工藝優(yōu)化

根據(jù)Design-Expert 8.05b軟件中的Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，選擇提取溫度(A)、乙醇濃度(B)、液料比(C)、提取時(shí)間(D)進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化，自變量編碼及水平見表1。

表1　響應(yīng)面分析因素及編碼水平

2　結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1提取溫度對(duì)多酚提取率的影響

從圖1A中可知，提取溫度達(dá)到80 ℃時(shí)，香蕉葉多酚提取率達(dá)到峰值，這是因?yàn)樘崛囟鹊纳叽龠M(jìn)了分子的熱運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)了多酚類物質(zhì)的溶出，當(dāng)提取溫度過高時(shí)，多酚類物質(zhì)在較高溫度下容易發(fā)生氧化與降解[6]。因此，提取溫度選擇為80 ℃。

(A：提取溫度；B：乙醇濃度；C：液料比；D：提取時(shí)間)圖1　不同單因素對(duì)多酚提取率的影響

2.1.2乙醇濃度對(duì)多酚提取率的影響

從圖1B中可知，乙醇濃度達(dá)到60 %時(shí)，香蕉葉多酚提取率達(dá)到峰值，這是因?yàn)橐掖际欠菢O性溶劑，乙醇濃度的增加，溶劑的非極性增強(qiáng)，香蕉葉顆粒內(nèi)部的脂溶性多酚更容易溶出，提取率增大，而當(dāng)溶劑極性過小時(shí)，脂溶性雜質(zhì)溶出加劇，與多酚類物質(zhì)的溶出競(jìng)爭(zhēng)增強(qiáng)[7]，因此乙醇濃度選擇為60 %。

2.1.3液料比對(duì)多酚提取率的影響

從圖1C中可知，液料比達(dá)到25 mL/g時(shí)，香蕉葉多酚提取率達(dá)到峰值，這是因?yàn)橐毫媳容^小時(shí)，溶劑較少，溶劑與香蕉葉顆粒無法達(dá)到完全接觸，隨著液料比的增大，溶劑與香蕉葉顆粒之間多酚的濃度差增加，多酚溶出率增大，當(dāng)液料比過大時(shí)，香蕉葉顆粒內(nèi)部的各種有效成份均會(huì)更多地溶出，而與多酚類物質(zhì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)[8]。因此液料比選擇為25 mL/g。

2.1.4提取時(shí)間對(duì)多酚提取率的影響

從圖1D中可知，提取時(shí)間達(dá)到80 min時(shí)，香蕉葉多酚提取率達(dá)到峰值，這是因?yàn)樘崛r(shí)間較短時(shí)，多酚還沒有完全溶出，而提取時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，多酚類物質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中容易發(fā)生氧化與降解[9]。因此提取時(shí)間選擇為80 min。

2.2香蕉葉多酚提取工藝的響應(yīng)法優(yōu)化

2.2.1回歸模型及檢驗(yàn)

按Design-Expert 8.05b軟件中的Box-Benhnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表2，并進(jìn)行響應(yīng)面分析，其結(jié)果如表3。

表2　試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表3　響應(yīng)模型方差分析

注：*P<0.05，顯著；**P<0.01，極顯著。

對(duì)表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行響應(yīng)面分析，得到香蕉葉多酚提取率(Y)與工藝條件提取溫度(A)、乙醇濃度(B)、液料比(C)、提取時(shí)間(D)的四元二次回歸模型：Y=43.26-2.63A-1.25B-1.03C+0.31D+3.46AB+2.01AC+1.57AD+1.95BC-1.76BD-1.76CD-4.30A2- 3.67B2-3.89C2-1.06D2。

2.2.2響應(yīng)面分析

圖2　提取溫度和乙醇濃度對(duì)多酚提取率的影響

香蕉葉多酚回歸模型的響應(yīng)面圖及等高線如圖2 ～ 3所示(其它交互作用影響較不顯著的圖略去)。圖中表示的是提取溫度、乙醇濃度、液料比和提取時(shí)間四因素中任意兩個(gè)因素為零水平時(shí)，另兩個(gè)因素交互作用對(duì)多酚提取率的影響，交互作用影響的顯著性可通過響應(yīng)面曲線坡度和等高線的形狀來判斷。從圖5 ～ 6中可知，提取溫度與乙醇濃度的等高線偏離圓形最厲害，且響應(yīng)面曲線最陡，說明提取溫度與乙醇濃度的交互作用對(duì)香蕉葉多酚的提取率影響最顯著；而提取溫度與液料比的等高線偏離圓形厲害程度次之，響應(yīng)面曲線陡度次之，說明提取溫度與液料比的交互作用對(duì)香蕉葉多酚的影響程度次之，同理可得，影響香蕉葉多酚提取工藝的主次因素為提取溫度 > 乙醇濃度 > 液料比 > 提取時(shí)間。

圖3　提取溫度和液料比對(duì)多酚提取率的影響

2.2.3驗(yàn)證試驗(yàn)

利用Design-Expert 8.05b進(jìn)行優(yōu)化得到的香蕉葉多酚提取的最佳工藝為：提取溫度76.62 ℃、乙醇濃度50.69 %、液料比21.18 mL/g、提取時(shí)間100.00 min，在該條件下香蕉葉多酚的提取率為45.34 mg/g。考慮到實(shí)際操作的便利性，將條件修正為提取溫度76 ℃、乙醇濃度50 %、液料比21 mL/g、提取時(shí)間100 min。根據(jù)修正后的最佳工藝條件對(duì)香蕉葉多酚進(jìn)行三次平行實(shí)驗(yàn)進(jìn)行提取，并對(duì)所測(cè)得香蕉葉多酚進(jìn)行平均，得到提取率為44.76 mg/g，與模型方程的最優(yōu)化預(yù)測(cè)值相比，相對(duì)誤差為1.28 %，說明該模型的準(zhǔn)確、有效。說明利用響應(yīng)面法對(duì)香蕉葉多酚的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化準(zhǔn)確、可靠，對(duì)香蕉葉多酚的開發(fā)與利用具有一定的實(shí)際意義。

3　結(jié)語

以香蕉葉為原料，對(duì)香蕉葉中的多酚進(jìn)行提取，利用Design-Expert 8.05b軟件對(duì)香蕉葉多酚的提取工藝進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化，建立了二次多項(xiàng)式回歸模型，經(jīng)驗(yàn)證，該回歸模型準(zhǔn)確、可靠。最佳的提取工藝為：提取溫度76 ℃、乙醇濃度50 %、液料比21 mL/g、提取時(shí)間100 min，并進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)(n=3)，香蕉葉多酚平均提取率為44.76 mg/g，與模擬方程所得的預(yù)測(cè)值相比，其相對(duì)誤差為1.28 %，說明該模型準(zhǔn)確、有效，說明利用響應(yīng)面法對(duì)香蕉葉多酚的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化準(zhǔn)確、可靠，對(duì)香蕉葉多酚的開發(fā)與利用具有一定的實(shí)際意義。

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Optimization of Extraction of Polyphenols from Banana Leaves Using Response Surface Methodology

CHEN Jianxuan1，2

(1. Zhangzhou institute of technology, Department of Food and Biology Engineering, Zhangzhou 363000, China;2. Applied Technology Engineering Center of Fujian University for Further Processing and Safety of Agricultural Products，Zhangzhou 363000, China)

The response surface methodology was used to optimize the extraction of polyphenols from Banana leaves. Box-Behnken design in the soft of Design Expert 8.05b was used to explore the optimal processing conditions to extract polyphenols from Banana leaves. A second order quadratic equation for polyphenols extraction was obtained. The results show the optimal extraction conditions as follows: extraction temperature 76℃, ethanol concentration 50%, liquid-to-material ratio 21 mL/g and time 100 min. The yield of Polyphenols can be up to 44.76 mg/g, the relative error is 1.28% compared to the predictive value which indicates the feasible model fitted well with the experimental data. The results provide a new scientific basis for the comprehensive development and utilization of polyphenols extraction from Banana leaves.

banana leaves; polyphenols; extraction; optimization

2016-03-18

福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目(JB14182)；漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研計(jì)劃資助項(xiàng)目(ZZY1505)。

陳健旋(1964—)，女，福建漳州人，副教授，主要從事食品生物技術(shù)研究。

TS209；TQ91

A

1009-0312(2016)05-0071-06