CN107474031B - 一种利用响应面法优化提取莲蓬原花青素的方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用响应面法优化提取莲蓬原花青素的方法及应用，属于原花青素提取技术领域。利用响应面法对甘油溶液的浓度、提取温度、提取时间3个影响原花青素提取的因素进行优化，获得最佳提取工艺，所述方法包括：以莲蓬粉末为原料，按照100‑200mL/g液料比加入体积浓度为73.8％的甘油溶液，在77.8℃水浴中提取97.8min，离心收集上清液，即得原花青素提取液。本发明利用甘油作为提取剂，避免有毒试剂带来的安全隐患；由于甘油是某些食品、化妆品中的组成成分，因此甘油提取物能够直接添加于这些产品中，有利于产业化的应用；本发明操作简单，节约成本，提高了生产效率，具有较好的经济效益和社会效益。

Description

一种利用响应面法优化提取莲蓬原花青素的方法及应用
技术领域
本发明涉及原花青素提取技术领域，具体涉及一种利用响应面法优化提取莲蓬原花青素的方法及应用。
背景技术
原花青素(简称PC)是一种植物次生代谢产物，是植物中一类重要的黄酮物质。研究表明，原花青素具有良好的抗氧化、抗肿瘤、抗衰老以及对心脑血管的保护能力。研究表明，原花青素可能对人类健康具有非常积极的作用。因此，原花青素在食品中的应用方面具有良好的前景。
对原花青素的研究越来越深入，其中对原花青素提取方法的研究是一大重点。原花青素传统的提取方法是有机溶剂提取法，传统的有机溶剂提取法有回流、渗漉及恒温水浴等方法。甲醇、丙酮、乙醇和乙酸乙酯是提取葡萄籽原花青素常用的有机溶剂，它们对原花青素有很好的溶解性，它们的极性大小顺序为甲醇＞乙醇＞丙酮＞乙酸乙酯。随着科学理论的不断发展，有更多、更有效的提取方法涌现，为了达到更好的提取效果，也可以将几种方法配合使用。
如专利文献CN 105130943 A公开了一种原花青素的提取方法，包括：(1)以灰灰菜籽为原料，将灰灰菜籽粉碎后，用体积比为50-55％的乙醇溶液浸提，浸提的条件为70℃下浸提2h，获得提取液，将提取液减压蒸馏去除乙醇，获得浓缩的提取液；(2)将步骤(1)浓缩的提取液中加入去离子水稀释，获得稀释液，将稀释液用AB-8大孔树脂吸附，去离子水清洗至清洗液无色后，用体积比为40％的乙醇溶液洗脱，并收集洗脱液；(3)将步骤(2)的洗脱液冻干，获得所述原花青素。乙醇是常用的提取溶剂，但是乙醇价格较高并且回收不便，在应用上存在着诸多不足。
在我国，莲的栽培已经有2000多年的历史，并且目前在江西、湖南、福建、江苏、浙江等地被广泛种植。莲蓬是莲的花托部分，又称莲房。在加工莲时，莲蓬常被作为废弃物，造成浪费及环境污染。莲蓬是原花青素物质良好的来源，莲蓬中的原花青素物质种类多、含量高，是一种价廉物美的原花青素天然来源。
因此，为了合理高效地提取莲蓬中的原花青素，亟需提供一种操作简单、成本较低、提取率高、安全绿色的提取方法。
响应面法是通过构造一个具有明确表达式的多项式来表达函数，将体系的响应量作为一个或多个因素的函数，运用图形技术将这种函数关系显示出来，通过回归分析得到响应量和影响因素的回归关系，从而求得最佳提取工艺的一种数学方法。与正交法相比，用少量的试验组就可以得出结果，并且所得到的最佳条件不是设定的值而是在设定条件的范围之内。
因此，如何有效利用响应面法优化莲蓬原花青素的提取工艺是本发明需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简单、成本低廉、安全绿色，同时又能合理高效地从莲蓬中提取原花青素的方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用响应面法优化提取莲蓬原花青素的方法，利用响应面法对甘油溶液的浓度、提取温度、提取时间3个影响原花青素提取的因素进行优化，获得最佳提取工艺，所述方法包括：以莲蓬粉末为原料，按照100-200mL/g液料比加入体积浓度为73.8％的甘油溶液，在77.8℃水浴中提取97.8min，离心收集上清液，即得原花青素提取液。
本发明采用甘油作为原花青素的提取剂，由于甘油是一种天然、无毒且廉价的生物溶剂，不仅有助于节约成本，而且避免其他有毒试剂带来的安全隐患。本发明研究证明，甘油能够有效提取莲蓬中的原花青素。
本发明利用响应面法对影响原花青素提取的因素进行优化，在单因素试验中发现，甘油溶液的浓度、提取温度、提取时间为3个主要影响因素，采用Box-Behnken法优化出最佳提取工艺，在上述的提取工艺条件下，能够高效地提取出莲蓬中的原花青素。
所述莲蓬粉末由新鲜莲蓬在70-80℃下烘干至恒重后，粉碎至40-80目制得。粉末浸泡于提取剂中有助于原花青素的溶出。
作为优选，所述液料比为150mL/g。
所述甘油溶液为甘油与水的混合物。甘油和水皆是天然物质，用甘油溶液提取原花青素后，无需进一步去除溶剂，收集得到的上清液即可直接用于生产。
浸提完成后，利用离心进行固液分离，所述离心的转速为11000-12000rpm，时间为20-30min。
作为优选，将新鲜莲蓬洗净，在70℃温度下烘24h至恒重后，粉碎至80目，按150g/mL液料比加入体积浓度为73.8％的甘油溶液，在77.8℃水浴中浸提97.8min后，以11000转/min进行离心，30min后收集上清液，得到原花青素提取液。
本发明还提供了由上述方法制得的原花青素提取液作为添加剂在制备食品或化妆品中的应用。
在食品和化妆品领域，甘油和水是常用的添加剂，因此由本发明提取工艺制得的原花青素提取液无需除溶剂等后处理，直接可以用于食品或化妆品的生产中。
本发明具备的有益效果：
(1)本发明利用甘油进行莲蓬原花青素的提取，甘油是一种天然、无毒且廉价的生物溶剂，有助于节约成本，减少有毒试剂带来的安全隐患。甘油是某些食品、化妆品中的组成成分，因此甘油提取物能够直接添加于这些产品中，有利于产业化的应用。此外，甘油对莲蓬原花青素物质的提取率高，能够提取得到较多的原花青素物质。
(2)与正交法相比，本发明采用Box-Behnken Designs(BBD)中心组合设计模型的响应面分析法，用3个变化因子、3个水平及少量的实验组(仅17组实验)就可以得出优化结果，获得最佳产率，在提高了提取效率的同时，降低了能耗和污染物的排放，具有产业化生产的实际意义。
(3)本发明操作简单，节约成本，提高了生产效率，促进了食品安全，具有较好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为实施例1中提取时间变化对原花青素得率影响图。
图2为实施例1中提取温度变化对原花青素得率影响图。
图3为实施例1中甘油浓度变化对原花青素得率影响图。
图4为实施例1中提取时间与提取温度对原花青素得率影响的响应面三维图。
图5为实施例1中提取时间与提取温度对原花青素得率影响的响应面二维图。
图6为实施例1中提取时间与甘油浓度对原花青素得率影响的响应面三维图。
图7为实施例1中提取时间与甘油浓度对原花青素得率影响的响应面二维图。
图8为实施例1中提取温度与甘油浓度对原花青素得率影响的响应面三维图。
图9为实施例1中提取温度与甘油浓度对原花青素得率影响的响应面二维图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
莲蓬购自浙江农贸市场；烘干装置为电热鼓风干燥器(上海实验仪器厂有限公司)；粉碎装置为手提式高速万能粉碎机(温岭市林大机械有限公司)；恒温水浴装置为SHY-2水浴恒温振荡器(江苏金坛市佳美仪器有限公司)；离心机为TGL-16M台式高速冷冻离心机(湖南湘仪离心机仪器有限公司)；分光光度仪为UV-5800PC紫外可见分光光度计(上海元析仪器有限公司)。
实施例1
一种利用响应面法优化莲蓬原花青素的甘油提取方法，包括以下步骤：
(1)样品制备：
将新鲜莲蓬洗净，在70℃温度下烘24h至恒重后，粉碎至40-80目，按100-200mL/g液料比加入体积浓度为50-90％的甘油溶液，在40-80℃水浴下提取0.5-2h后，以11000转/min进行离心，30min后收集上清液，得到对应于不同提取条件的甘油提取液。
(2)香草醛法测定提取液中原花青素含量
①标准曲线制作：
准确称取10mg儿茶素，配制成浓度为0.5mg/mL的溶液，分别稀释得到0.4、0.3、0.2、0.1mg/mL的儿茶素标准溶液。
以蒸馏水作对照，取0.3mL标准溶液，分别向其中加入2.5mL浓度为30mg/mL的香草醛试剂和2.5mL体积分数为30％的硫酸溶液，振荡摇匀后，于暗处静置20min，然后在500nm波长下测定吸光值，以儿茶素溶液浓度mg/mL为横坐标，吸光值为纵坐标，绘制标准曲线。
②样品中原花青素含量的测定：
取样品0.3mL，其余操作均与所述步骤①制作标准曲线相同，在500nm波长下比色，所得数值在标准曲线上计算出相应的原花青素含量。
(3)实验设计与统计分析：
①单因素试验：
依次改变液料比、提取时间、提取温度、甘油浓度进行单因素试验，用香草醛法测定所得莲蓬原花青素提取物中原花青素含量，并按下式计算原花青素得率，每次处理重复三次：
原花青素得率(％)＝(样液中原花青素含量×样液体积)/莲蓬粉末质量×100％。
如图1-3所示，提取时间、提取温度、甘油浓度对原花青素提取效果影响较显著。
②响应面法优化设计：
根据单因素试验结果，固定液料比150mL/g，选取原花青素提取效果影响较显著的提取时间、提取温度、甘油浓度这3个因素，利用Design Expert 8.0软件根据Box-Behnken设计原则进行实验设计，如表1、表2所示。
表1实验因素与水平设定
Figure BDA0001356132780000041
表2Box-Behnken实验设计与结果
Figure BDA0001356132780000051
以提取时间X1、提取温度X2、甘油浓度X3为自变量，以原花青素得率为响应值y，建立多元二次回归方程：
y＝+6.05+0.11X1+0.32X2+0.18X3-0.023X1X2+0.043X1X3-0.070X2X3-0.15X1 2-0.038X2 2-0.23X3 2
各因子与响应值之间线性关系显著性，由F值检验来判定，P值越小，则说明变量的显著性越高。由方差分析表(表3)可知，其因变量和全体自变量之间的线性关系显著(R2＝0.9842)，模型显著水平小于0.05，所以该回归方程模型是显著的。
表3实验数据的方差分析结果
Figure BDA0001356132780000052
Figure BDA0001356132780000061
(4)实验结果分析与优化：
利用Design Expert 8.0软件根据多元二次回归方程进行绘图分析，得到回归方程的响应面及其等高线图(如图4-9)。
由Design Expert 8.0软件得到甘油提取莲蓬原花青素的最佳提取条件为：提取时间97.8min，提取温度77.8℃，甘油浓度73.8％，在此条件下，原花青素的理论得率为4.81％。
实施例2
一种利用响应面法优化莲蓬原花青素的甘油提取方法，包括以下步骤：
将新鲜莲蓬洗净，在70℃温度下烘24h至恒重后，粉碎至80目，按150mL/g液料比加入体积浓度为73.8％的甘油溶液，在77.8℃水浴下提取97.8min后，以11000转/min进行离心，30min后收集上清液，经检测原花青素的试剂得率为4.88±0.21％，相对误差为1.46％与预测值4.81％接近。
应用例
本发明提取原花青素的最终目的是将其用于日常的生产中，从而发挥其生物功能作用。作为提取剂的甘油是许多食品和化妆品中的重要组成成分，以市面上常见的鳕鱼肝油和洗面奶为例，鳕鱼甘油的配方包括鳕鱼甘油、维生素E、明胶、甘油和水；洗面奶的配方包括水、硬脂酸、甘油以及一些表面活性剂。因此，上述实施例中制得的提取液可以直接添加于食品或化妆品中的，不仅减少了传统乙醇提取法的除溶剂步骤，大大节约了生产成本，而且符合绿色节能的生产趋势，避免了多余的排放物。后续仍需更多实验来验证将提取液直接用于生产的效果及安全性。

Claims (1)

1.原花青素提取液作为添加剂在制备食品或化妆品中的应用，其特征在于，所述原花青素提取液的提取方法包括：将新鲜莲蓬洗净，在70℃温度下烘24h至恒重后，粉碎至80目，按150mL/g液料比加入体积浓度为73.8％的甘油溶液，在77.8℃水浴中浸提97.8min后，以11000转/min进行离心，30min后收集上清液，得到原花青素提取液。
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