星點(diǎn)設(shè)計(jì)-效應(yīng)面法優(yōu)化枳雀內(nèi)果皮檸檬苦素提取工藝

哲倫是陜西省南部的一個(gè)天然品種。果皮很厚，光滑又厚。果實(shí)幾乎是球形的，中間的立柱充滿了果實(shí)的底部，果實(shí)頂部是圓形的，上面有印著圈。有研究表明,柑橘類產(chǎn)生苦味的主要原因之一是其含有類檸檬苦素質(zhì)目前,提取檸檬苦素類的方法主要有傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑提取法本文用異丙苯磺酸鈉為水溶助劑,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有機(jī)溶劑,以異丙苯磺酸鈉濃度、用量、浸提時(shí)間3個(gè)因素為響應(yīng)因子,以檸檬苦素得率(mg/g)為響應(yīng)值,優(yōu)化枳雀內(nèi)果皮中檸檬苦素的提取工藝參數(shù)。1材料和方法1.1實(shí)驗(yàn)儀器和儀器枳雀產(chǎn)地陜西;檸檬苦素標(biāo)準(zhǔn)品上海源葉生物科技有限公司;乙醇、異丙苯磺酸鈉、醋酸、高氯酸國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;對(duì)二甲氨基苯甲醛上海阿拉丁生化科技股份有限公司。QE-100克高速萬能粉碎機(jī)浙江屹立工貿(mào)有限公司;LGJ-18S冷凍干燥機(jī)北京松源華興科技發(fā)展有限公司;AX124ZH電子天平奧豪斯儀器有限公司;WE-1水浴恒溫振蕩器天津市歐諾儀器儀表有限公司;TDL-5-A離心機(jī)上海安亭科學(xué)儀器廠;752E紫外分光光度計(jì)天津冠澤科技有限公司。1.2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1檸檬苦素的測定指示劑的制備:按冰醋酸∶高氯酸(V∶V)為5∶4的比例制得酸母液備用,按每30mL酸母液加入1.11g對(duì)二甲氨基苯甲醛的比例制得指示劑,指示劑現(xiàn)用現(xiàn)配準(zhǔn)確吸取0.2mg/mL的檸檬苦素對(duì)照品溶液0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0mL,分別置于4mL容量瓶中,用2mol/L的異丙苯磺酸鈉溶液定容至4.0mL,在40℃靜置6h,分別取各濃度標(biāo)準(zhǔn)液2.0mL,快速加入顯色劑和酸母液各3.0mL,搖勻,靜置30min,以第一試管做空白,在最大吸收波長470nm處測定吸光度1.2.2樣品中檸檬苦素含量測定枳雀內(nèi)果皮在-40℃,真空度4Pa條件下凍干30h并粉碎后,過40目篩,干燥保存,備用。精密稱取2.0g枳雀內(nèi)果皮粉末,在不同條件下用水溶助劑溶液提取,所得提取液定容于100mL容量瓶中,取2.0mL按照1.2.1所示方法進(jìn)行操作,將所測樣品吸光度值帶入上述標(biāo)準(zhǔn)曲線方程,求得提取液中的檸檬苦素濃度(mg/mL),進(jìn)而計(jì)算出樣品中檸檬苦素得率(mg/g)。檸檬苦素得率(mg/g)=樣品溶液中檸檬苦素濃度×樣品溶液體積/樣品質(zhì)量1.2.3水溶助劑用量對(duì)檸檬苦素提取量的影響精密稱取2.0g枳雀內(nèi)果皮粉末,固定溫度為40℃,水溶助劑濃度2.0mol/L,水溶助劑用量30mL/g,提取時(shí)間6h,分別考察不同水溶助劑濃度(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mol/L)、水溶助劑用量(15、20、25、30、35mL/g)、提取時(shí)間(3.0、4.5、6.0、7.5、9.0h)對(duì)檸檬苦素提取量的影響,每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,以確定各因素的恰當(dāng)范圍。1.2.4建立有限元模型根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,選取水溶助劑用量(X用Design-Expert8.0軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)行多元線性回歸和二項(xiàng)式擬合,多元線性擬合模型:Y=A以效應(yīng)值為縱坐標(biāo),固定3個(gè)自變量之一為中值,其他兩個(gè)自變量為橫坐標(biāo),利用Design-Expert8.0軟件繪制三維效應(yīng)面圖及等高線圖。由圖中的效應(yīng)值選取最佳自變量值范圍,分析得出回歸模型最大值,并用效應(yīng)面法得出的最佳工藝條件提取枳雀內(nèi)果皮中檸檬苦素,經(jīng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),最終得到優(yōu)化的提取工藝條件。1.3數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析使用Excel軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行ANOVA方差分析。2結(jié)果與分析2.1單因素實(shí)驗(yàn)2.1.1水溶助劑用量對(duì)檸檬苦素得率的影響由圖1可知,隨著水溶助劑用量增加,枳雀內(nèi)果皮粉末與提取液的接觸面的濃度變大,水溶助劑溶液用量的增加有助于檸檬苦素的浸出,但當(dāng)溶劑用量到30mL/g之后,檸檬苦素得率穩(wěn)定,說明當(dāng)水溶助劑用量為30mL/g時(shí),檸檬苦素已基本提取完全,此時(shí)繼續(xù)增加溶劑用量,不僅會(huì)造成單位提取液中檸檬苦素含量降低,而且浪費(fèi)溶劑和能源,也給后續(xù)的濃縮提純工作帶來困難2.1.2檸檬苦素得單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果由圖2可知,隨著水溶助劑濃度的增加,檸檬苦素得率先增加后略有減少,可能是水溶助劑濃度升高,提取物中非目標(biāo)成分增加,可能會(huì)影響檸檬苦素純度2.1.3提取時(shí)間對(duì)檸檬苦素提取量的影響由圖3可知,隨著提取時(shí)間增長,檸檬苦素提取量增加,但7.5h以后檸檬苦素提取量穩(wěn)定,提取時(shí)間延長不會(huì)引起檸檬苦素提取量的變化,故選擇7.5h為適宜提取時(shí)間。2.2星點(diǎn)實(shí)驗(yàn)2.2.1星點(diǎn)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果2.2.2星點(diǎn)設(shè)計(jì)回歸方差分析以水溶助劑用量(X結(jié)果顯示,所得枳雀內(nèi)果皮檸檬苦素得率的非線性二次方程為:Y=-59.93483+1.58862XDesign-Expert8.0軟件對(duì)表2的星點(diǎn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸方差分析如表3所示。由表3可知:二項(xiàng)方程的R2.2.3響應(yīng)面交互作用分析根據(jù)二項(xiàng)式方程,以效應(yīng)值為縱坐標(biāo),固定3個(gè)自變量之一為中值,其他兩個(gè)自變量為橫坐標(biāo),應(yīng)用Design-Expert8.0軟件繪制三維效應(yīng)面圖,結(jié)果見圖4~圖6。由圖4~圖6可以直觀的看出各因素交互作用對(duì)枳雀內(nèi)果皮檸檬苦素提取量的影響,若曲線越陡峭,表明響應(yīng)值對(duì)于操作條件的改變?cè)矫舾?此因素的交互作用對(duì)提取檸檬苦素的影響越大;反之曲面坡度越平緩,操作條件的改變對(duì)響應(yīng)值的影響越小。AB、BC、AC的交互作用對(duì)枳雀內(nèi)果皮檸檬苦素提取量不具有顯著性影響。通過軟件分析,得出回歸模型的最大值點(diǎn),即枳雀內(nèi)果皮檸檬苦素的最佳提取工藝條件為:異丙苯磺酸鈉溶液濃度2.26mol/L,用量27.72mL/g,浸提7.2h,枳雀內(nèi)果皮檸檬苦素預(yù)測得率為4.37mg/g。2.2.4模擬驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)但考慮到實(shí)際操作及工業(yè)生產(chǎn)的局限性,對(duì)最佳工藝條件做如下修正:在2.3mol/L的異丙苯磺酸鈉溶液,用量27.7mL/g,浸提7.0h。依此工藝條件進(jìn)行五組重復(fù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,枳雀內(nèi)果皮中檸檬苦素平均提取量為4.32mg/g,與擬合方程預(yù)測值4.37mg/g偏差較小。說明用星點(diǎn)設(shè)計(jì)-效應(yīng)面法優(yōu)化得到的模型參數(shù)準(zhǔn)確可靠,所選工藝條件重復(fù)性好,工藝優(yōu)化條件可行。依照孫崇德3最佳提取條件的確定本研究采用水溶助劑提取法從枳雀內(nèi)果皮中提取檸檬苦素,應(yīng)用星點(diǎn)設(shè)計(jì)—效應(yīng)面法優(yōu)化了枳雀內(nèi)果皮中檸檬苦素的提取工藝。通過回歸分析和驗(yàn)證,枳雀內(nèi)果皮檸檬苦素的最佳提取條件為:水溶助劑異丙苯磺酸鈉濃度2.3mol/L,用量27.7mL/g,提取時(shí)間7.0h。在此條件下,枳雀內(nèi)果皮檸檬苦