响应面法优化水麻果中绿原酸提取工艺

高林晓， 文冬冬， 郭 蒙*， 杨再波

（1.黔南民族师范学院化学化工学院，贵州都匀 558000；2.贵州省普通高校民族药用植物资源开发工程研究中心，贵州都匀 558000）

水麻（Debregeasia orientalisC.J.Chen），荨麻科大叶苎麻的一种野生纤维植物。别称沟边木、比满、水细麻、柳莓等，主要生长在我国西南地区、甘肃南部、陕西南部、西藏东南部、台湾等地区。水麻全草有消积，止血解毒，消炎的功效，水麻叶可作草食畜类的饲料。水麻果实香甜可口，营养价值高，人体食用可补充氨基酸与微量元素，亦可用来酿酒。由于水麻具有对生态环境适应性强，养护管理简单，叶、果的景观效果好等优点，常用作园林绿化的优选植物（张应团等，2013）。

绿原酸别称咖啡鞣酸，属于半水合物，为针状结晶，是由咖啡酸和奎尼酸形成的酯类化合物。绿原酸具有较强的抗衰老、清除自由基、杀菌、抗病毒、抗癌、降血脂、保护心血管等作用（胡居吾等，2017；Hao，2016；Yan，2015）。杨超等（2021）研究发现，绿原酸在酿酒发酵中，通过改变细胞内一些酶的活性和丙二醛的含量来改善酵母的抗逆能力，关键香气物质浓度随时间的延长而升高并趋于稳定。肖媚等（2021）对绿原酸在酿酒酵母中的作用机制进行研究发现，高浓度的绿原酸对酿酒酵母的发酵特性影响较显著。代重山等（2015）发现，当饲料中添加绿原酸后，可提高动物生产性能，抗病、抗环境应激力、抗禽畜脂肪沉积和改善肉质品的营养价值（万凡等，2021；刘静慧等，2020）。李新南等（2021）研究绿原酸眼用温敏凝胶在兔眼内的动力学发现，此药物可延长在眼内的滞留时间，增长与病灶的接触时间，提高凝胶的铺展性，使凝胶滴眼液的生物利用度提高。

高林晓等（2021）发现，水麻叶中总黄酮抗氧化活性良好。Wang等（2020）发现，水麻叶多酚通过干扰宫颈癌细胞周期进程或使其停滞生长，诱导细胞凋亡等，进而抑制宫颈癌。王国良等（2019）对水麻果多酚提取分离和纯化，表征抗氧化活性，发现水麻果可作为新食品开发原料。目前水麻这种野生植物资源还没有得到应有的重视和开发，关于它的研究报道也很少。作为一种具有悠久历史药用价值的植物资源，其潜在的功能价值应进一步开发。本试验是以水麻果为原料，采用超声波辅助提取法和乙醇浸提法来提取水麻果中绿原酸，对开发水麻果这种野生植物资源具有重大意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器 水麻果样品采自都匀市湿地公园，烘干、粉碎、过筛即得试验用样品。绿原酸对照品（合肥博美生物科技有限责任公司，批号：LC202009）；无水乙醇（成都金山化学试剂有限公司）。

T6新世纪紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限公司）；AR224CN电子天平（奥豪斯仪器有限公司）；KH2200DE数控超声波清洗器（上海沪粤明科学仪器有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 绿原酸标准曲线的制作 移液枪分别移取0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mL的0.1 mg/mL绿原酸对照液于10 mL的量瓶中，无水乙醇定容并摇匀，室温静置15 min后在328 nm处测定以上溶液的吸光度A（石艳宾等，2019）。用Excel软件做C-A关 系 图，得 到A=0.0494C-0.0363，R2=0.9947，绿原酸在浓度为2～30 μg/mL时呈良好的线性关系。

1.2.2 绿原酸提取工艺 水麻果→烘干→粉碎→过筛→称重→超声提取→离心分离→绿原酸提取液。

1.2.3 水麻果中绿原酸含量的测定 准确称量水麻果样品粉末0.25 g，放入量瓶中，在一定的温度下，按照液料比加入适量的无水乙醇进行超声提取，超声提取后静置一段时间，进行离心操作，移液枪移取离心上清液1.0 mL放入10 mL量瓶中，并用无水乙醇定容，按照1.2.1方法测定水麻果中绿原酸提取液的吸光度A。计算公式如下：

式中：Y为水麻果中绿原酸提取率，%；c为由吸光度值代入标准方程得到的提取液中绿原酸浓度，μg/mL；Q为稀释倍数；V为样品提取液体积，mL；m为水麻果质量，g。

1.2.4 绿原酸提取的单因素试验设计 按照

1.2.3 的试验方法，单因素试验设计见表1。

表1 单因素试验设计

1.2.5 响应面试验设计 参考单因素试验结果，响应面试验因素水平设计见表2。

表2 响应面因素水平

2 结果与分析

2.1单因素试验

2.1.1 乙醇浓度对水麻果中绿原酸提取率的影响 准确称取0.25 g水麻果样品粉末6份加入具塞比色管中，按照表1中的试验设计进行试验，结果如图1。造成绿原酸提取率先增大后减小的原因可能是，当乙醇浓度比较低的时候水麻果中的绿原酸无法被全部溶解，而当乙醇浓度高时其他脂溶性、醇溶性等杂质的溶出，溶剂极性和介电性能的影响都会导致绿原酸含量减少提取率下降（张燕丽等，2021）。因此，当乙醇浓度为65%比较适宜。

图1 乙醇浓度对水麻果中绿原酸提取率的影响

2.1.2 液料比对水麻果中绿原酸提取率的影响准确称取0.25 g水麻果样品粉末6份加入具塞比色管中，按照表1中的试验设计进行试验，结果如图2。造成绿原酸提取率先增大且趋于稳定后稍微下降的原因可能是，一定条件下乙醇溶剂越多越有利于绿原酸的提取，随溶剂增加其他色素、蛋白质、脂类等杂质溶出量也增大，导致绿原酸略有降低。液料比增加，溶剂的用量大，致使生产成本和后续工序处理增大（赵梦瑶等，2019）。因此，液料比为60:1（mL/g）比较适宜。

图2 液料比对水麻果中绿原酸提取率的影响

2.1.3 提取时间对水麻果中绿原酸提取率的影响准确称取0.25 g水麻果样品粉末6份加入具塞比色管中，按照表1中的试验设计进行试验，结果如图3。随着提取时间的增加，绿原酸提取率先急剧增大后逐渐减小。超声波的充分振荡及空穴效应促使了绿原酸的溶出，但是当超声时间过长时，由于绿原酸分子邻二酚羟基结构的不稳定性而部分降解（张燕丽等，2021）。因此，提取时间为45 min比较适宜。

图3 提取时间对水麻果中绿原酸提取率的影响

2.1.4 超声温度对水麻果中绿原酸提取率的影响准确称取0.25 g水麻果样品粉末6份加入具塞比色管中，按照表1中的试验设计进行试验，结果如图4。温度从30℃到80℃时，绿原酸提取率先基本不变后骤然增大再随着温度的上升而下降。可能是因为温度升高加快了水麻果内绿原酸的分子运动使其更易析出，当温度继续升高时，绿原酸分子水解和分子内酯基迁移而形成同分异构体。因而导致绿原酸提取率下降（宋越冬等，2020）。因此，超声温度70℃比较适宜。

图4 超声温度对水麻果中绿原酸提取率的影响

2.2 响应面试验

2.2.1 响应面试验设计结果 按照响应面因素水平设计表2进行试验，结果见表3。可得多元回归方程模型为：Y=-33.37640+0.42332A+0.33768B+0.40091C+0.032075D+7.2500×10-4AB-2.32500×10-3AC-3.00000×10-4AD-4.75000×10-4BC+1.75000×10-4BD+2.75000×10-4CD-2.64250×10-3A2–3.10500×10-3B2-2.60500×10-3C2-9.25000×10-5D2。

表3 响应面试验设计结果

2.2.2 响应面试验模型及方差分析 由表4可知，模型F=140.64，P＜0.0001表明此试验影响显著。失拟项F=0.99，P=0.5537＞0.05，表明失拟检验不显著，模型与试验值差异小。模型的决定系数R2=0.9929，校正决定系数Radj2=0.9859，表明98.59%水麻果中绿原酸提取率的变化都可用此模型进行预测。根据表4中各项的F值可知：B、C、D、AB、AC、A2、B2、C2等对绿原酸提取率的影响极显著，A、BC两项影响较显著，其余项影响不显著。由F值的大小还可以判断影响水麻果中绿原酸提取率大小的顺序是：超声温度>超声时间>液料比>乙醇浓度。

2.2.3 响应面交互项图形分析 从图5三维曲面和等高线图可直观看出，A、B、C等侧的坡度都比D侧的平缓，表明D项对水麻果绿原酸提取率的影响最显著。A、B、C和D项之间的等高线较稀疏，表明AD、BD、CD交互作用不显著。B侧的坡度比A侧的陡峭，C侧的坡面较A侧的陡峭，C侧的坡面较B侧的陡峭，表明C项对于绿原酸提取率影响大于B项，A项次之。AB、AC的等高线密集且呈椭圆形，表明AB、AC交互作用极显著。BC项的等高线较密集，形状接近椭圆形，表明BC交互作用较显著（郝晓华等，2021；唐森等，2021）。以上分析与表4结果相符，表明此模型具有可行性。

图5 交互项对水麻果中绿原酸提取率影响的响应面及等高线图

表4 试验方差分析结果

2.2.4 响应面优化验证试验 采用响应面法优化工艺条件为62.89%乙醇浓度，60.33:1（mL/g）液料比，47.60 min超声时间，80℃超声温度，水麻果中绿原酸提取率预测值为1.83%。从试验实际操作考虑调整为65%乙醇浓度，60:1（mL/g）液料比，50 min超声时间，80℃超声温度，重复试验三次，得到水麻果中绿原酸提取率平均值为1.79%。与预测值误差小，表明该试验模型可行、可操作。

3 结论

本试验采用超声辅助提取水麻果中的绿原酸，并对其工艺条件进行优化，得到在65%乙醇浓度，60:1（mL/g）液料比，50 min超声时间，80℃超声温度下水麻果中绿原酸提取率最大。此研究为水麻果野生植物资源的进一步开发和生产加工提供理论指导。