星点设计-效应面法优化枳雀内果皮柠檬苦素提取工艺

星点设计-效应面法优化枳雀内果皮柠檬苦素提取工艺

哲伦是陕西省南部的一个天然品种。果皮很厚，光滑又厚。果实几乎是球形的，中间的立柱充满了果实的底部，果实顶部是圆形的，上面有印着圈。有研究表明,柑橘类产生苦味的主要原因之一是其含有类柠檬苦素质目前,提取柠檬苦素类的方法主要有传统的有机溶剂提取法本文用异丙苯磺酸钠为水溶助剂,代替传统的有机溶剂,以异丙苯磺酸钠浓度、用量、浸提时间3个因素为响应因子,以柠檬苦素得率(mg/g)为响应值,优化枳雀内果皮中柠檬苦素的提取工艺参数。1材料和方法1.1实验仪器和仪器枳雀产地陕西;柠檬苦素标准品上海源叶生物科技有限公司;乙醇、异丙苯磺酸钠、醋酸、高氯酸国药集团化学试剂有限公司;对二甲氨基苯甲醛上海阿拉丁生化科技股份有限公司。QE-100克高速万能粉碎机浙江屹立工贸有限公司;LGJ-18S冷冻干燥机北京松源华兴科技发展有限公司;AX124ZH电子天平奥豪斯仪器有限公司;WE-1水浴恒温振荡器天津市欧诺仪器仪表有限公司;TDL-5-A离心机上海安亭科学仪器厂;752E紫外分光光度计天津冠泽科技有限公司。1.2实验方法1.2.1柠檬苦素的测定指示剂的制备:按冰醋酸∶高氯酸(V∶V)为5∶4的比例制得酸母液备用,按每30mL酸母液加入1.11g对二甲氨基苯甲醛的比例制得指示剂,指示剂现用现配准确吸取0.2mg/mL的柠檬苦素对照品溶液0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0mL,分别置于4mL容量瓶中,用2mol/L的异丙苯磺酸钠溶液定容至4.0mL,在40℃静置6h,分别取各浓度标准液2.0mL,快速加入显色剂和酸母液各3.0mL,摇匀,静置30min,以第一试管做空白,在最大吸收波长470nm处测定吸光度1.2.2样品中柠檬苦素含量测定枳雀内果皮在-40℃,真空度4Pa条件下冻干30h并粉碎后,过40目筛,干燥保存,备用。精密称取2.0g枳雀内果皮粉末,在不同条件下用水溶助剂溶液提取,所得提取液定容于100mL容量瓶中,取2.0mL按照1.2.1所示方法进行操作,将所测样品吸光度值带入上述标准曲线方程,求得提取液中的柠檬苦素浓度(mg/mL),进而计算出样品中柠檬苦素得率(mg/g)。柠檬苦素得率(mg/g)=样品溶液中柠檬苦素浓度×样品溶液体积/样品质量1.2.3水溶助剂用量对柠檬苦素提取量的影响精密称取2.0g枳雀内果皮粉末,固定温度为40℃,水溶助剂浓度2.0mol/L,水溶助剂用量30mL/g,提取时间6h,分别考察不同水溶助剂浓度(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mol/L)、水溶助剂用量(15、20、25、30、35mL/g)、提取时间(3.0、4.5、6.0、7.5、9.0h)对柠檬苦素提取量的影响,每组实验重复3次,以确定各因素的恰当范围。1.2.4建立有限元模型根据单因素实验结果,选取水溶助剂用量(X用Design-Expert8.0软件对结果进行多元线性回归和二项式拟合,多元线性拟合模型:Y=A以效应值为纵坐标,固定3个自变量之一为中值,其他两个自变量为横坐标,利用Design-Expert8.0软件绘制三维效应面图及等高线图。由图中的效应值选取最佳自变量值范围,分析得出回归模型最大值,并用效应面法得出的最佳工艺条件提取枳雀内果皮中柠檬苦素,经验证实验,最终得到优化的提取工艺条件。1.3数据的统计分析使用Excel软件对实验数据进行ANOVA方差分析。2结果与分析2.1单因素实验2.1.1水溶助剂用量对柠檬苦素得率的影响由图1可知,随着水溶助剂用量增加,枳雀内果皮粉末与提取液的接触面的浓度变大,水溶助剂溶液用量的增加有助于柠檬苦素的浸出,但当溶剂用量到30mL/g之后,柠檬苦素得率稳定,说明当水溶助剂用量为30mL/g时,柠檬苦素已基本提取完全,此时继续增加溶剂用量,不仅会造成单位提取液中柠檬苦素含量降低,而且浪费溶剂和能源,也给后续的浓缩提纯工作带来困难2.1.2柠檬苦素得单因素实验结果由图2可知,随着水溶助剂浓度的增加,柠檬苦素得率先增加后略有减少,可能是水溶助剂浓度升高,提取物中非目标成分增加,可能会影响柠檬苦素纯度2.1.3提取时间对柠檬苦素提取量的影响由图3可知,随着提取时间增长,柠檬苦素提取量增加,但7.5h以后柠檬苦素提取量稳定,提取时间延长不会引起柠檬苦素提取量的变化,故选择7.5h为适宜提取时间。2.2星点实验2.2.1星点设计的实验结果2.2.2星点设计回归方差分析以水溶助剂用量(X结果显示,所得枳雀内果皮柠檬苦素得率的非线性二次方程为:Y=-59.93483+1.58862XDesign-Expert8.0软件对表2的星点设计数据进行回归方差分析如表3所示。由表3可知:二项方程的R2.2.3响应面交互作用分析根据二项式方程,以效应值为纵坐标,固定3个自变量之一为中值,其他两个自变量为横坐标,应用Design-Expert8.0软件绘制三维效应面图,结果见图4~图6。由图4~图6可以直观的看出各因素交互作用对枳雀内果皮柠檬苦素提取量的影响,若曲线越陡峭,表明响应值对于操作条件的改变越敏感,此因素的交互作用对提取柠檬苦素的影响越大;反之曲面坡度越平缓,操作条件的改变对响应值的影响越小。AB、BC、AC的交互作用对枳雀内果皮柠檬苦素提取量不具有显著性影响。通过软件分析,得出回归模型的最大值点,即枳雀内果皮柠檬苦素的最佳提取工艺条件为:异丙苯磺酸钠溶液浓度2.26mol/L,用量27.72mL/g,浸提7.2h,枳雀内果皮柠檬苦素预测得率为4.37mg/g。2.2.4模拟验证实验但考虑到实际操作及工业生产的局限性,对最佳工艺条件做如下修正:在2.3mol/L的异丙苯磺酸钠溶液,用量27.7mL/g,浸提7.0h。依此工艺条件进行五组重复验证实验。结果表明,枳雀内果皮中柠檬苦素平均提取量为4.32mg/g,与拟合方程预测值4.37mg/g偏差较小。说明用星点设计-效应面法优化得到的模型参数准确可靠,所选工艺条件重复性好,工艺优化条件可行。依照孙崇德3最佳提取条件的确定本研究采用水溶助剂提取法从枳雀内果皮中提取柠檬苦素,应用星点设计—效应面法优化了枳雀内果皮中柠檬苦素的提取工艺。通过回归分析和验证,枳雀内果皮柠檬苦素的最佳提取条件为:水溶助剂异丙苯磺酸钠浓度2.3mol/L,用量27.7mL/g,提取时间7.0h。在此条件下,枳雀内果皮柠檬苦