CN110483362A - 一种响应面法优化从香蕉中提取5-羟色胺的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种响应面法优化从香蕉中提取5‑羟色胺的工艺方法，该方法包括下述步骤：前处理：将七成熟香蕉去皮后将果肉切片，用0.4%硫酸氢钠、0.3%柠檬酸、0.4%氯化钠混合溶液护色，晾干表面水分再经干燥、粉碎、过筛得到香蕉粉末；提取：将香蕉粉末与体积分数为72%的乙醇溶液按料液比1 g:20 mL混合，在32℃下超声提取33min，离心分离后上清液即为5‑羟色胺粗提液。本发明通过单因素实验与响应面法优化，最终确定香蕉果肉干粉5‑羟色胺最佳的提取工艺条件，工艺简单可行，提取成本较低，提取收率高。

Description

一种响应面法优化从香蕉中提取5-羟色胺的工艺方法
技术领域
本发明涉及天然产物有效成分提取及深加工领域，具体说是一种响应面法优化从香蕉中提取5-羟色胺的工艺方法，它是超声辅助乙醇溶剂提取香蕉果肉干粉中的5-羟色胺，通过单因素实验与响应面法优化，最终确定香蕉果肉干粉5-羟色胺最佳的提取工艺条件。
背景技术
5-羟色胺是一种吲哚衍生物，普遍存在于动植物组织中，最早是从血清中发现的，又名血清素，其在大脑皮质及神经突触内水平很高，是一种抑制性神经递质，它能调节情绪、精力，增强记忆力，产生愉悦的情绪。5-羟色胺是肠道每个主要相关功能的重要介质，可以影响肠内炎症的发展和严重程度；5-羟色胺衍生物可以调节人体免疫力，具有较强的抗氧化性和清除DPPH自由基活性以及抑制肿瘤作用，而5-羟色胺系统功能紊乱可能是导致抑郁症的直接原因之一。
5-羟色胺在自然界和哺乳动物组织中都普遍存在，研究人员发现在动物的血液和肠道组织、蝎子等动物的毒液、鱼的唾液腺等组织中存在5-羟色胺，在沙棘、桃子、香蕉、红花籽、加纳籽、番茄、菠萝等植物中也发现有不同水平含量的5-羟色胺。
香蕉为芭蕉科（Musaceae）芭蕉属植物，香蕉营养丰富，它的功效也很多，可以清肠胃，治便秘，并有清热润肺、止烦渴、填精髓、解酒毒等功效。香蕉含有丰富的5-羟色胺，这种化学成分能给人带来欢乐、平静及瞌睡的信号，因此，香蕉又被称为“快乐食品”，具有极高的有效成分提取及综合利用价值。开发研究香蕉果肉中5-羟色胺的提取分离技术与工艺，将推动香蕉深加工产业的废物再利用，促进香蕉产业的多元化和多样性，从而产生巨大的社会效益和经济效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种响应面法优化从香蕉中提取5-羟色胺的工艺方法，该工艺方法简单可行，提取成本较低，提取收率高。
本发明提供的一种响应面法优化提取香蕉5-羟色胺的工艺方法，该方法包括下述步骤：
前处理：将七成熟香蕉去皮后将果肉切片，用0.4%硫酸氢钠、0.3%柠檬酸、0.4%氯化钠混合溶液护色，晾干表面水分再经干燥、粉碎、过筛得到香蕉粉末；
提取：将香蕉粉末与体积分数为72%的乙醇溶液按料液比1 g:20 mL混合，在32℃下超声提取33min，离心分离后上清液即为5-羟色胺粗提液；
上述提取香蕉5-羟色胺的最佳工艺参数按下述方法得出：提取过程中，首先确定乙醇体积分数、料液比、超声时间和超声温度等四个因素，在其中三因素条件固定的情况下，对5-羟色胺提取收率的单因素最大值，然后在单因素实验结果的基础上，考虑到因素间的交互影响，选择其中乙醇体积分数、超声时间和超声温度等三因素作为自变量，以5-羟色胺提取收率为响应值，进行三因素三水平的Box-Behnken中心组合试验设计，通过响应面法对5-羟色胺提取最佳工艺参数进行优化实验；最后利用Design Expert 8.0.6软件对优化实验结果进行多元回归分析，得到香蕉果肉干粉5-羟色胺提取收率Y对乙醇体积分数A、超声时间B、超声温度C的二元多项回归方程：
Y=33.56+2.96A−0.58B+2.20C+0.81AB+1.17AC−0.71BC−5.67A2−0.38B2−7.19C2。
在前处理步骤中，护色温度为60℃，护色的时间为30min。
在前处理步骤中，干燥的温度60℃，干燥的时间为10h。
在前处理步骤中，过筛为过40目筛。
在提取步骤中，测定提取收率的方法：
将粗提液转移至10mL容量瓶，以体积分数为72%的乙醇溶液定容，采用埃尔利希试剂分光光度法，在最大吸收波长584mn处测定吸光值，通过下式计算5-羟色胺的提取收率：
提取收率（以5-羟色胺对照品计，mg /g）=c×V×n /m；
式中：c为标准曲线回归方程求得的样品溶液中5-羟色胺的浓度g/L；
V为样品溶液定容体积mL；
n为稀释倍数；
m为香蕉果肉干粉的质量g。
埃尔利希试剂分光光度法制作5-羟色胺标准曲线的步骤为：准确称取0.0050g的5-羟色胺对照品，用甲醇配制成2.84mmol/L的5-羟色胺标准溶液；分别移取0.00、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.70、0.80、0.90、1.00mL 5-羟色胺标准溶液于11个10mL容量瓶，用0.1mol/LHCl溶液稀释至4mL，再各加入显色剂埃尔利希试剂5mL，于50℃水浴显色30min，取出冷却至室温，用0.1mol/LHCl溶液定容，以试剂空白为对照，在500～640nm波长范围内经扫描获得的484nm处测定吸光度；以最小二乘回归法求出标准曲线的回归方程y=0.5578x+0.023，线性相关系数的平方为0.9993。
在料液比为1 g:20 mL的条件下，提取香蕉5-羟色胺的最佳工艺参数为：乙醇体积分数72%、超声时间33min、超声温度32℃。
本发明具有的优点：香蕉是茂名的特色水果之一，种植量大且四季皆有，加工或食用后会产生大量香蕉皮废料，从香蕉皮中提取血清素，可以变废为宝，充分利用资源。
附图说明
图1 是本发明中乙醇溶剂浓度对5-羟色胺提取收率的影响曲线图。
图2 是本发明中超声时间对5-羟色胺提取收率的影响曲线图。
图3 是本发明中超声温度对5-羟色胺提取收率的影响曲线图。
图4 是本发明中料液比对5-羟色胺提取收率的影响曲线图。
具体实施方式
实施例：
将七成熟香蕉去皮后将果肉切片，用0.4%硫酸氢钠、0.3%柠檬酸、0.4%氯化钠(均为质量浓度)混合溶液60℃下护色30min，晾干表面水分再经60℃干燥10h、粉碎、过40目筛得到香蕉粉末。
将香蕉粉末与体积分数为72%的乙醇溶液按料液比1 g:20 mL混合，在32℃下超声提取33min，离心分离后上清液即为5-羟色胺粗提液。
将粗提液转移至10mL容量瓶，以体积分数为72%的乙醇溶液定容，采用埃尔利希试剂分光光度法，在最大吸收波长584mn处测定吸光值，通过下式计算5-羟色胺的提取收率：
提取收率（以5-羟色胺对照品计，mg /g）=c×V×n /m；
式中：c为标准曲线回归方程求得的样品溶液中5-羟色胺的浓度g/L；
V为样品溶液定容体积mL；
n为稀释倍数；
m为香蕉果肉干粉的质量g。
此工艺条件下，香蕉5-羟色胺的提取收率为32.9867mg/g。
埃尔利希试剂分光光度法制作5-羟色胺标准曲线的步骤为：准确称取0.0050g的5-羟色胺对照品，用甲醇配制成2.84mmol/L的5-羟色胺标准溶液；分别移取0.00、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.70、0.80、0.90、1.00mL 5-羟色胺标准溶液于11个10mL容量瓶，用0.1mol/LHCl溶液稀释至4mL，再各加入显色剂埃尔利希试剂5mL，于50℃水浴显色30min，取出冷却至室温，用0.1mol/LHCl溶液定容，以试剂空白为对照，在500～640nm波长范围内经扫描获得的484nm处测定吸光度；以最小二乘回归法求出标准曲线的回归方程y=0.5578x+0.023，线性相关系数的平方为0.9993。
1、单因素实验结果：
（1）乙醇体积分数对5-羟色胺提取收率的影响：
选用乙醇为溶剂，设定超声时间30min、超声温度40℃、料液比1g:20mL，选取乙醇体积分数为50%、60%、70%、80%和90%的萃取溶剂，分别进行香蕉果肉干粉中5-羟色胺的溶剂提取试验，考察乙醇体积分数对5-羟色胺提取收率的影响。实验结果表明，乙醇溶剂浓度为70%时，5-羟色胺的提取收率最大，为28.33mg/g，见图1。
（2）超声时间对香蕉5-羟色胺提取收率的影响：
设定超声温度40℃、乙醇体积分数70%、料液比1g:20mL，选取超声时间为20、30、40、50、60min，分别进行香蕉果肉干粉中5-羟色胺的超声辅助溶剂提取试验，考察超声作用时间对5-羟色胺提取收率的影响。实验结果表明，超声操作时间为40min时，5-羟色胺的提取收率最大，为29.04mg/g，见图2。
（3）超声温度对香蕉5-羟色胺提取收率的影响：
设定超声时间40min、乙醇体积分数70%、料液比1g:20mL，选取超声温度为10、20、30、40、50℃，分别进行香蕉果肉干粉中5-羟色胺超声辅助溶剂提取试验，考察超声温度对5-羟色胺提取收率的影响。实验结果表明，超声操作温度为30℃时，5-羟色胺的提取收率最大，为32.99mg/g，见图3。
（4）料液比对香蕉5-羟色胺提取收率的影响：
设定超声时间40min、超声温度30℃、乙醇体积分数70%，选取香蕉果肉干粉与萃取剂料液比为1:10、1:15、1:20、1:25、1:30（g:mL），分别进行香蕉果肉干粉中5-羟色胺的超声辅助溶剂提取试验，考察料液比对5-羟色胺提取收率的影响。实验结果表明，料液比为1g:20mL时，5-羟色胺的提取收率达到29.04 mg/g，此后再增加料液比，5-羟色胺的提取收率无明显变化，见图4。
2、响应面分析法优化香蕉果肉干粉5-羟色胺的提取工艺：
根据单因素试验结果，考虑到因素间的交互影响，选择乙醇体积分率、超声时间、超声温度等三个对5-羟色胺提取收率影响较大的因素为因变量，以5-羟色胺提取收率为响应值，进行三因素三水平的Box-Behnken中心组合试验设计，共确定17个试验点，实验结果见表1。
表1 超声辅助溶剂提取香蕉果肉干粉5-羟色胺的响应面试验设计
利用Design Expert 8.0.6软件对实验结果进行多元回归分析，得到香蕉果肉干粉5-羟色胺提取收率（Y）对乙醇体积分率（A）、超声时间（B）、超声温度（C）的二元多项回归方程：
Y=33.56+2.96A−0.58B+2.20C+0.81AB+1.17AC−0.71BC−5.67A2−0.38B2−7.19C2。
使用该模型可以预测香蕉果肉干粉5-羟色胺的提取收率。在料液比为1g:20mL的条件下，确定香蕉果肉干粉提取5-羟色胺的最佳工艺参数为：乙醇体积分数72%、超声时间33min、超声温度32℃；在此工艺条件下，香蕉5-羟色胺提取收率为32.9867mg/g，与预测值的相对误差为3.95%，说明响应面法优化提取工艺条件真实可靠，该模型可较好的预测超声辅助提取香蕉5-羟色胺的提取收率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换，本发明的保护范围由所附权利要求限定。

Claims (6)

1.一种响应面法优化从香蕉中提取5-羟色胺的工艺方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
前处理：将七成熟香蕉去皮后将果肉切片，用0.4%硫酸氢钠、0.3%柠檬酸、0.4%氯化钠混合溶液护色，晾干表面水分再经干燥、粉碎、过筛得到香蕉粉末；
提取：将香蕉粉末与体积分数为72%的乙醇溶液按料液比1 g:20 mL混合，在32℃下超声提取33min，离心分离后上清液即为5-羟色胺粗提液；
上述提取香蕉5-羟色胺的最佳工艺参数按下述方法得出：提取过程中，首先确定乙醇体积分数、料液比、超声时间和超声温度等四个因素，在其中三因素条件固定的情况下，对5-羟色胺提取收率的单因素最大值，然后在单因素实验结果的基础上，考虑到因素间的交互影响，选择其中乙醇体积分数、超声时间和超声温度等三因素作为自变量，以5-羟色胺提取收率为响应值，进行三因素三水平的Box-Behnken中心组合试验设计，通过响应面法对5-羟色胺提取最佳工艺参数进行优化实验；最后利用Design Expert 8.0.6软件对优化实验结果进行多元回归分析，得到香蕉果肉干粉5-羟色胺提取收率Y对乙醇体积分数A、超声时间B、超声温度C的二元多项回归方程：
Y=33.56+2.96A−0.58B+2.20C+0.81AB+1.17AC−0.71BC−5.67A2−0.38B2−7.19C2。
2.根据权利要求1所述的一种响应面法优化从香蕉中提取5-羟色胺的工艺方法，其特征在于，在前处理步骤中，护色温度为60℃，护色的时间为30min。
3.根据权利要求1所述的一种响应面法优化从香蕉中提取5-羟色胺的工艺方法，其特征在于，在前处理步骤中，干燥的温度60℃，干燥的时间为10h。
4.根据权利要求1所述的一种响应面法优化从香蕉中提取5-羟色胺的工艺方法，其特征在于，在前处理步骤中，过筛为过40目筛。
5.根据权利要求1所述的一种响应面法优化从香蕉中提取5-羟色胺的工艺方法，其特征在于，在提取步骤中，测定提取收率的方法：
将粗提液转移至10mL容量瓶，以体积分数为72%的乙醇溶液定容，采用埃尔利希试剂分光光度法，在最大吸收波长584mn处测定吸光值，通过下式计算5-羟色胺的提取收率：
提取收率（以5-羟色胺对照品计，mg /g）=c×V×n /m；
式中：c为标准曲线回归方程求得的样品溶液中5-羟色胺的浓度g/L；
V为样品溶液定容体积mL；
n为稀释倍数；
m为香蕉果肉干粉的质量g。
6.根据权利要求5所述的一种响应面法优化从香蕉中提取5-羟色胺的工艺方法，其特征在于，埃尔利希试剂分光光度法制作5-羟色胺标准曲线的步骤为：准确称取0.0050g的5-羟色胺对照品，用甲醇配制成2.84mmol/L的5-羟色胺标准溶液；分别移取0.00、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.70、0.80、0.90、1.00mL 5-羟色胺标准溶液于11个10mL容量瓶，用0.1mol/LHCl溶液稀释至4mL，再各加入显色剂埃尔利希试剂5mL，于50℃水浴显色30min，取出冷却至室温，用0.1mol/LHCl溶液定容，以试剂空白为对照，在500～640nm波长范围内经扫描获得的484nm处测定吸光度；以最小二乘回归法求出标准曲线的回归方程y=0.5578x+0.023，线性相关系数的平方为0.9993。
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