响应面法优化微波提取南瓜皮叶黄素的工艺研究

郭艳萍， 许 冲， 吴云海

(太原工业学院环境与安全工程系，山西 太原 030008)

引 言

南瓜(cucurbita moschata duch)，属于葫芦科南瓜属的一个种，其种类有三十几种。南瓜栽培的条件简单、易于储存、便于运输，另外,南瓜不仅可以作为食物而且有许多医用功效。叶黄素是一种脂溶性类胡萝卜素，为橙黄色粉末，不溶于水，能够溶于乙醇等有机溶剂[1-3]。响应面法是指经过一系列确定性的实验，得出多次实验数据，采用多元二次回归方程来拟合一组函数关系的模型，最后通过对回归方程的分析得出一组最优的参数。本研究采用微波辅助技术提取南瓜皮粉中的叶黄素，通过单因素实验后运用响应面法分析多组影响因素的交互作用，最后得出微波辅助提取南瓜皮叶黄素的最优工艺条件，旨在为南瓜皮叶黄素的生产工艺改良提供一定的理论依据和数据支持[5-7]。

1 实验仪器与方法

1.1 实验仪器

电子天平、pH仪、752N型紫外可见分光光度计、TGL-16G-C高速冷冻离心机及电热恒温水浴锅。

1.2 实验方法

1.2.1 标准曲线的绘制[7]

运用叶黄素标准品绘制标准曲线，精确称取叶黄素标准品，并且配制出不同浓度梯度的叶黄素溶液，通过紫外分光光度计测得在不同的叶黄素浓度下溶液的吸光度，记为Ax，最后通过Origin 8.0绘制标准曲线，从图中得出叶黄素浓度c与吸光度的比例关系。

1.2.2 南瓜皮粉的制备

取一个牛腿南瓜洗干净备用→切开南瓜从南瓜内去掉南瓜瓤→取其南瓜皮→低温烘干→粉碎后过筛→收集过筛的南瓜皮粉→制得所需的南瓜皮粉。

1.2.3 微波提取南瓜皮叶黄素单因素实验

以有机萃取剂类型、液固比、微波时间、微波功率为变量进行单因素实验。

1) 选用的有机萃取剂分为3种，如表1。

2) 选用的液固比分为5种，如表2。

表2 5种不同的液固比

3) 微波的处理时间分别有7组，如表3。

表3 7种不同的微波处理时间

4) 微波的功率设置为5组，如表4。

表4 5种不同的微波功率 (W)

1.2.4 响应面实验设计

根据单因素实验得出最佳的各单因素条件，再根据最佳值选取各个因素的三个水平，用软件Design-Expert设计响应面实验。

2 结果与分析

2.1 绘制标准曲线及结果

精确称取叶黄素标准品，并且配制出不同浓度梯度的叶黄素溶液。通过紫外分光光度计测得在不同的叶黄素质量浓度下溶液的吸光度，记为Ax，最后通过Origin 8.0绘制标准曲线，如图1。

图1 叶黄素质量浓度与吸光度A的关系图

从图1分析可得，叶黄素质量浓度与吸光度的关系为：A=162.5c+0.01065

2.2 单因素实验结果

以有机萃取剂类型、液固比、微波时间、微波功率为变量进行单因素实验。通过对单因素实验的分析得出最优的参数为：有机萃取剂为无水乙醇、液固比为40∶1、微波时间为25 min、微波功率为231 W。

2.3 响应面法实验结果

根据单因素实验得出最佳的各单因素条件，分析得出影响比较显著的3个因素为液固比、微波时间、微波功率。

根据这3个因素的最佳值选取3个水平，用软件Design-Expert设计响应面实验，如表5。

表5 响应面设计组

通过响应面实验得出的实验数据如表6及第9页图2～图7。

通过软件Design-Expert设计出一系列实验组，然后进行实验得出数据，通过响应面软件分析建立如下数学模型：

吸光度=0.71-0.005 239×A+0.003 943×B+0.005 5×C+0.000 25×AB+0.003 301×AC-0.000 727 8×BC-0.017×A2-0.015×B2-0.009 634×C2

通过对这个二次回归模型进行方差分析(见表7)，得出最佳的提取条件为：有机提取剂为无水乙醇、微波处理的功率为286.452 W、微波处理得到时间为25.620 min、有机溶剂与南瓜皮粉的比例为38.681∶1。根据该软件提示表明，在这组数据的条件下，测得提取液的吸光度为0.714。

表6 响应面实验数据及分析结果

表7 回归方程分析表及各项方差

3 结论

通过对运用响应面法优化微波辅助提取叶黄素的系统研究得到以下结论：

1) 运用微波辅助提取南瓜皮粉中叶黄素的最佳工艺条件为：有剂萃取剂为无水乙醇、萃取剂与南瓜皮粉的比例为38.6∶1、微波处理功率为286 W、微波处理时间为25.6 min。

图2 微波处理时间和料液比的响应面图

图3 微波处理时间和料液比的等高线图

图4 微波处理功率和料液比的等高线图

图5 微波处理功率和料液比的响应面图

图6 微波处理功率和微波处理时间的等高线图

图7 微波处理功率和微波处理时间的响应面图

2) 在上述实验参数中得出，叶黄素提取液的吸光度为0.715，再根据标准曲线图可以得出，提取液中叶黄素的质量浓度为0.004 3 mg/mL，从而得出提取的叶黄素为0.107 5 mg，求得提取率为0.021 5%。