响应面法优化超声波辅助提取玛咖总黄酮的工艺研究

新疆农业科学２０１２，４９（８）：１４１４一１４２０

ｘｉｎｊｉａｎｇＡ西ｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ

ｄｏｉ：１０．６０４８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—４３３０．２０１２．０８．００７

响应面法优化超声波辅助提取

玛咖总黄酮的工艺研究

周晓明、，闰鹏，马凯，卢春生

（新疆农业科学院园艺作物研究所，鸟鲁木齐８３００９１）

摘要：【目的】优化玛咖总黄酮的超声波辅助提取工艺。【方法】采用Ｂｏｘ—Ｂｅｈｎｋｅｎ试验设计及响应面分析法对玛咖总黄酮的超声波提取工艺进行优化，建立回归模型。【结果】得到回归方程：ｌ，＝２．０８０＋ｏ．０７４五一

ｏ．０９９恐一０．０５７玛一ｏ．６９７ｘ１。一ｏ．２０９五。一０．３３６蜀２＋ｏ．００５ｘＩ疋＋Ｏ．０５ｘＩ墨＋Ｏ．１６９恐玛；最佳提取工艺为乙醇浓度７０．３％、料液比１：２７、超声时间２８．４ｍｉｎ，此工艺条件下玛咖总黄酮的提取率为２．１１３％，与模型预测值吻合。【结论】响应面回归方程与试验结果拟合性好，可用于实际预测，为玛咖总黄酮的提取提供了参考。

关键词：玛咖；黄酮；响应面；超声波辅助提取

中图分类号：Ｓ５８文献标识码：Ａ文章编号：１００１—４３３０｛２０１２）０８一１４１４一０７

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０引言

【研究意义】玛咖为药食兼用性植物，具有多种对人体有益的重要生理活性成分。科研揭示的玛咖收稿日期：２０１２一０５一０７

基金项目：新疆维吾尔自治区科技支撑计划项目“玛咖（ＭＡＣＡ）栽培关键技术开发”（２００９３１１０８）

作者简介：周晓明（１９８３一），男，新疆哈密人，硕士，研究方向为新疆特色果品加工及其生物技术，（Ｅ—ｍａｉｌ）—ｎ８３９３＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ通讯作者：卢春生（１９５７一），男，新疆阿克苏人，研究员，研究方向为新疆特色果树栽培、加工与推广，（Ｅ—ｍａｉｌ）ｌｕｃｈｓｈｘｊ＠１６３．ｃｏｍ万方数据

８期周晓明等：响应面法优化超声波辅助提取玛咖总黄酮的工艺研究１４１５功效价值得到国际医药及营养保健品公司的广泛关注，越来越多的玛咖产品纷纷推出。黄酮类化合物作为玛咖重要的一类活性物质，对其进行高效的分离提取，可以为玛咖保健产品的开发提供有效的借鉴。通过研究得到一种快速高效的玛咖黄酮类化合物的提取方法，可以为玛咖有效成分的提取提供借鉴，同时对指导玛咖保健产品的研究与开发具有重要的意义。【前人研究进展】玛咖（Ｍａｃａ）为十字花科独行菜属（Ｌｅｐｉｄｉｕｍｍｅｙｅｎｉ）植物，原产于海拔３５００ｍ以上的秘鲁安第斯高寒山区，具有悠久的栽培历史。研究表明玛咖具有抗氧化、抗疲劳、改善性功能、减少前列腺增生、增加骨密度、抑制癌细胞、缓解更年期综合症等多种功效［１“】。玛咖中的功效成分主要为其富含的多糖、生物碱等活性物质【５。７｜。玛咖也被誉为全球十大畅销营养食品之一，被联合国粮农组织（ＦＡＯ）等国际组织所推荐，是世界公认的天然男性活力营养素［８’９Ｊ。黄酮类化合物又称生物黄酮或植物黄酮，是植物经光合作用产生的一大类低分子量物质，是目前备受关注的天然活性产物之一。黄酮类化合物具有广泛的生物学功能，包括抑制脂质过氧化、降血脂、抑制血小板凝聚、抑制毛细管通透性增加和变脆的作用，在生物体内有预防心血管疾病、防癌抗癌、调节免疫、抗衰老、抗菌杀菌、吸收紫外线辐射、止咳、祛痰、泻下、解痉、提高记忆力、抗过敏、活血化瘀、利胆及肝脏保护等［１¨＂１诸多药理作用及功效。【本研究切入点】黄酮类化合物的辅助提取主要有微波法【１４３与超声法¨纠等。响应面分析¨钊也被广泛运用于各类工艺优化，能以较少的试验次数得到有效的工艺优化参数并分析各因素的交互作用。【拟解决的关键问题】试验采用响应面（Ｂｏｘ—Ｂｅｈｎｋｅｎ设计）优化超声波辅助提取玛咖总黄酮的工艺，以期得到一种简单高效的提取工艺，旨在为玛咖的深入研究及产业化发展提供借鉴。

１

１．１材料与方法材料

玛咖２０１１年采摘自新疆农业科学院园艺作物研究所实验田。取回的玛咖切片，晾干，粉碎机粉碎成细粉。

芦丁对照品（批号：Ｆ２００９１２０４）购自国药集团化学试剂有限公司，其他试剂均为国产分析纯。

１．２仪器与设备

７５４Ｎ型紫外分光光度计：上海精密科学仪器有限公司。

ＳＫ７２１０ＨＰ超声波清洗器：上海科导超声仪器有限公司，工作频率５３

ＡＬ２０４一ＩＣ电子天平：瑞士梅特勒一托利多公司。

１．３方法

１．３．１ｋＨｚ。黄酮的测定

参照《中华人民共和国药典２０１０版》中山楂叶总黄酮的测定。

对照溶液的制备：精密称取在１２０℃干燥至恒重的芦丁对照品２５ｍｇ，置５０ｍＬ量瓶中，加乙醇适量，超声处理使溶解，放冷，加乙醇至刻度，摇匀。精密量取２０ｍＬ，置５０ｍＬ量瓶中，加水至刻度，摇匀，即得（每１ｍＬ中含无水芦丁０．２ｍｇ）。

标准曲线的绘制：精密量取对照品溶液１、２、３、４、５和６ｍＬ，分别置２５ｍＬ量瓶中，各加水至６ｍＬ，加５％亚硝酸钠溶液１ｍＬ，摇匀，放置６ｍｉｎ，加１０％的硝酸铝溶液１ｍＬ，摇匀，放置６ｍｉｎ，加氢氧化钠试液１０ｍＬ，再加水至刻度，摇匀，放置１５ｍｉｎ，以相应试剂为空白，立即照紫外一可见分光光度法在５００ｎｍ的波长处测定吸光度，以吸光度为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线。得到回归方程为】，＝９．７００９Ｘ＋Ｏ．００７７（Ｒ２＝０．９９９２）。

１．３．２单因素试验

１．３．２．１乙醇浓度

准确称取玛咖粉５．０００ｇ，固定料液比为１：３０，超声时间为３０ｍｉｎ，在４０％、５０％、６０％、７０％、８０％和９０％乙醇浓度条件下总黄酮的提取率。

万方数据

１４１６新疆农业科学４９卷１．３．２．２料液比

准确称取玛咖粉５．ｏｏＯｇ，乙醇浓度采用以上选出的结果，超声时间３０ｍｉｎ，在料液比（ｇ／ｍＬ）为１：５、１：１０、１：２０、１：３０、１：４０、１：５０的条件下总黄酮的提取率。

１．３．２．３．超声时间对总黄酮提取的影响

准确称取玛咖粉５．０００ｇ，乙醇浓度与料液比采用以上试验选出的结果，在超声时间１０、２０、３０、４０、５０和６０ｍｉｎ条件下玛咖总黄酮的提取率。

１．３．３响应面优化试验设计一

依据Ｂｏｘ—Ｂｅｈｎｋｅｎ中心组合试验设计原理，通过回归试验优化提取条件。以乙醇浓度、料液比、超声时间为试验的三因素，选择单因素试验中提取率高的条件作为响应面的０水平，玛咖总黄酮得率作为响应值，应用ＤｅｓｉｇＩｌ—Ｅｘｐｅｒｔ８．Ｏ进行实验设计及回归分析。

２结果与分析

２．１

２．１．１单因素试验结果乙醇浓度

研究表明，随着乙醇浓度的增高，玛咖中总黄酮化合物的提取率逐渐增大。当乙醇浓度达到７０％时，总黄酮的提取率最高。再增大乙醇浓度时，总黄酮的提取率逐渐下降。说明过高的乙醇浓度，并不适合玛咖黄酮类化合物的提取。选择乙醇浓度６０％、７０％、８０％作为响应面优化水平。图ｌ

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２．１．２料液比Ｅｆ］ｆｅｃｔｏｆｅｔｈａｎｏｌ乙醇浓度对玛咖总黄酮提取率的影响ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ蛐ｅｘｔｒａｃｔｉ蚰ｒａｔｅｏｆｎａＶ蚴ｏｉｄｓｆｒｏｍＭａｃａ

选择乙醇浓度７０％、超声时间３０ｍｉｎ，进行料液比单因素试验，结果表明，料液比在增加到１：３０的过程中，玛咖总黄酮的提取率逐渐增大，ｌ：３０时达到最高。随着料液比再增大，黄酮提取率开始下降。因此，选取料液比１：２０、１：３０、ｌ：４０作为响应面的优化水平。图２

２．１．３超声时间

选择乙醇浓度７０％、料液比１：３０，进行超声时间的单因素试验，结果表明，超声时间３０ｍｉｎ时，玛咖总黄酮的提取率达到最大。随着超声时问的增加，总黄酮的提取率出现较大幅度的下降。说明超声时问过长，加之其带来的热效应，可能导致一些黄酮类化合物的分解。因而选择超声时间２０、３０和４０ｍｉｎ作为响应面的优化水平。图３

２．２玛咖总黄酮提取的晌应面优化分析

列出响应面法优化玛咖中总黄酮提取工艺的结果。总计１５个试验中ｌ—１２为析因试验，检验各因子水平间差异及因子间交互作用；１３—１５为中心试验，估计试验误差。表１

万方数据

８期

周晓明等：响应面法优化超声波辅助提取玛咖总黄酮的工艺研究

２

１４１７

２∞ｐｏｏ

１

ｌ

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图２料液比对玛咖总黄酮提取率的影响

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超声时间（ｔ１１ｉｎ）ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ

图３超声时间对玛咖总黄酮提取率的影响

Ｆｉｇ．３

ＥｆｆｅｃｔｏｆｌｌｌｔｒａｓｏＩｌｉｃｔｉｍｅ

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ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ阳ｔｅｏｆｎａｖｏｎｏｉｄｓｆｒｏｍＭａｃａ

表ｌ响应面分析方法及结果

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Ｃ０ｄｅｌ２３４５６７８９１０１１１２１３１４１５

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ＦａｃｔｏｒｓａｎｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆＡｃｅ

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一１

ｒａｔｉｏＵｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｉｍｅＹｉｅｌｄ１．１４１１．３５２Ｏ．９８６１．２１８１．０９９１．０７０Ｏ．９２３１．０９９１．９０８１．３１７１．４１５１．５００２．０９９２．０９１２．０４９

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ｌ（７０）

一１（１：２０）１（１：４０）

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—１（８０）

１—１１—１１ＯＯＯＯＯ０Ｏ

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１（４０）

１—Ｉ—１１ｌＯＯＯ

采用Ｄｅｓｉｇｎ—Ｅｘｐｅｒ８．０软件进行响应面分析，得到以总黄酮提取率为响应值的回归方程：ｌ，＝２．０８０

＋Ｏ．０７４Ｘｌ—Ｏ．０９９Ｘ２—０．０５７玛一０．６９７Ｘ１２—０．２０９邑２一Ｏ．３３６Ｘ３２＋０．００５Ｘ１恐＋Ｏ．０５Ｘ１ｘ；＋０．１６９互恐。

万方数据

１４１８

新疆农业科学４９卷

模型的方差分析结果表明，因变量和全体自变量之间的线性关系极显著（Ｒ＝２．４２９／２．４５１＝

０．９９１

ｏ），说明模型能解释９９．１０％的响应值变化。模型的Ｆ值为６２．５０（Ｐ＜０．００１），说明回归模型极

显著。失拟项Ｐ＝ｏ．９７ｌ＞０．０５，表明失拟项差异不显著，方程对试验有较好的拟合性。显著性检验表明，乙醇浓度的二次项ｘ，２、超声时间的二次项ｘ，２对总黄酮提取率有极显著影响；料液比五、料液比与超声时间的交互项邑骂、料液比的二次项墨２对总黄酮提取率有非常显著影响；乙醇浓度墨对总黄酮提取率的影响显著；其他因素的影响均不显著（Ｐ＞０．０５）。表２

表２‘响应面回归模型方差分析

Ｔａｂｌｅ２

方差来源！！！竖！

模型Ｍ０ｄｅｌ

爿－爿，爿，

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Ｖａｒｉａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒ平方和

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Ｏ．０１０Ｏ．１１４１．７９２Ｏ．１６ｌ０．４１６４．３１８×１０—３６．７２４×１０—３７．１０８×１０—４

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Ｏ．Ｏｏｏ１Ｏ．０２４５Ｏ．００７９Ｏ．０５７０Ｏ．８７８６Ｏ．１８０９Ｏ．００３６＜Ｏ．Ｏｏｏ１Ｏ．００１７Ｏ．０００２

Ｆ值显著性

！！翌垡！型型！！

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ｏｆ＾ｔＯ．０９７ｌ

注：’Ｐ＜Ｏ．０５；’’Ｐ＜Ｏ．Ｏｌ；…Ｐ＜Ｏ．００１

为考察交互项对提取率的影响，其他因素固定在零水平，选取两个交互的因素对玛咖总黄酮提取率

进行响应面图分析，结果表明，曲面上相同提取率对应的因素值在底面上形成的曲线为等高线，等高线的形状反映了交互作用的强弱。当等高线接近于圆形时，两因素的交互作用弱；当等高线呈现椭圆形时，两因素的交互作用强。存在极值的条件应该在等高线图的圆心处。从三组图可以看出，料液比与超声时间的交互作用最显著。料液比对总黄酮提取率的影响最显著，表现为其曲线较陡。三组图的曲面中心顶点均接近于各因素的零水平，说明提取率的最优工艺应在各因素的零水平左右。

通过响应面优化，得到试验的最佳提取条件为：乙醇浓度７０．２９％、料液比ｌ：２７．０７、超声时间为

２８。３９

ｍｉｎ，预测总黄酮提取率达到２．１００７１％。为了方便试验，将试验条件简化为：乙醇浓度７０．３％、

料液比１：２７、超声时间２８．４ｍｉｎ。利用简化后的试验条件进行３次重复试验，得到玛咖总黄酮的平均提取率为２．１１３％，优化效果显著，说明通过响应面优化得回归方程具有一定的实践指导意义。图４

３

讨论

在植物玛咖中，也存在着儿茶素等¨¨黄酮类化合物，但对于这方面的研究还较少。目前，从植物组

织中提取黄酮类化合物已有较多研究，提取方法主要有热水浸提、有机溶剂提取、超声辅助提取、微波辅助提取等。其中超声辅助提取作为一种高效的提取方法，近些年得到了广泛的应用。响应面分析作为一种试验方法被广泛运用于各类工艺优化，能以较少的试验次数得到有效的工艺优化参数并分析各因素的交互作用，在研究中取得了较好的效果。

玛咖黄酮类化合物不稳定，对光、热等条件较为敏感，容易氧化分解，由于提取条件的不同，在提取

中也有较大损失。研究采用超声辅助提取的方法，整个提取过程避光，较好的避免了黄酮化合物在提取中的损耗。超声过程中会产生一定热量，选取合适的超声时间，在超声时间与提取效率之问寻找平衡点万方数据