响应面法优化榴莲皮中总黄酮的提取工艺

李 娜，董 明，张国庆，俞雅琼

(安徽农业大学茶与食品科技学院，安徽合肥230036)

响应面法优化榴莲皮中总黄酮的提取工艺

李 娜，董 明*，张国庆，俞雅琼

(安徽农业大学茶与食品科技学院，安徽合肥230036)

以榴莲皮为原料，利用超声波乙醇浸提法，采用响应面设计，对榴莲皮中的总黄酮提取工艺进行研究。通过单因素和响应面实验，建立了榴莲皮中总黄酮含量与五个因素变化的二次回归方程。同时依据回归模型进行了计算机模拟实验及绘制曲面图，了解榴莲皮中总黄酮含量随两个主要因素水平的变化方向及优化点，并对所提取的黄酮类物质进行验证。结果表明:乙醇浓度为50%，料液比为30∶1，超声温度为47℃，超声时间为40min，超声功率为200W的条件下，榴莲皮醇提液提取总黄酮含量为30.0046mg/g，即提取率为3.00046%，回收率为100.09%。其在此条件下提取液的烘干粉中黄酮含量约为26%。

榴莲皮，黄酮，响应面法，超声波

榴莲(Durio zibethinusMurr)。又名韶子，系木棉科长绿乔木。榴莲是果实、风味奇异的热带大型鲜果，素有“南洋水果之王”的美称。原产于马来西亚，主要在东南亚种植，我国主要在海南省东南部和南部种植［1］。榴莲果中营养极其丰富，除了含有蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素以外，还含有人体必需的矿质元素和氨基酸，其中K和Ca的含量特别高，除色氨酸外，含有7种人体必需氨基酸［2－3］。国内外研究表明，榴莲还含有多酚、黄酮、花青素、黄烷醇，尤其是成熟的榴莲果中含有咖啡酸和槲皮素两种抗氧化成分［4］。在榴莲果中，多酚和黄酮有抵抗大鼠动脉硬化的作用［5］，同时榴莲与山竹、蛇果的健康价值和营养价值相比，榴莲中槲皮素、咖啡酸、香豆酸、肉桂酸含量较山竹和蛇果高［6］。而果皮也可作为一种附加值具有相应的作用。有些水果的果皮甚至比果肉的营养丰富。榴莲皮中含有多种保健功效的活性成分，榴莲壳中的多糖凝胶能够提高肉鸡的免疫能力，同时能降低鸡肉的胆固醇含量［7］;榴莲壳醇提物对拘束负荷诱发小鼠应激性肝损伤具有一定的保护作用，其作用机制可能与清除自由基和减少拘束负荷小鼠氧化应激水平有关［8］;陈纯馨等［9］在模拟人胃液条件下，研究了榴莲壳提取液对N，N－二甲基亚硝胺体外合成的阻断作用，其最大阻断率可达82.15%。虽然，后两个研究没有说明榴莲皮中的哪种成分具有此功效，但可以证明榴莲皮中含有多种生物活性成分。因此，开发和利用榴莲皮中生物活性物质是榴莲壳得到充分利用的有效途径之一。从目前的研究现状来看，研究主要集中在榴莲果肉方面，而对榴莲果皮的研究还很少见，尤其对榴莲果皮中黄酮提取的研究还未见报道，有待于进一步研究。本工作利用超声波乙醇浸提法提取榴莲皮中的总黄酮，采用五因素二次通用旋转实验设计，研究乙醇浓度、配料比、超声温度、超声时间、超声功率对榴莲皮中黄酮的提取量的影响，确定各因素的最优水平，为新产品的开发和工业生产提供理论参数。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

金枕榴莲 购于安徽省合肥市大润发超市;芦丁标准品 中国药品生物制品检定所;95%乙醇、亚硝酸钠、硝酸铝、正丁醇、氧化钠、三氯化铝、盐酸、氨水、镁粉、乙酸镁粉、冰醋酸、醋酸乙酯 均为分析纯。

KQ－250DE型数控超声波清洗器 昆山超声仪器有限公司;DZ220/4－1型真空干燥箱 南京实验仪器厂;DHG－9140A型电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科技有限公司;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;DL－5－B离心机 上海安亭科学仪器厂制造;ZN－08粉碎机 北京兴时利和科技发展有限公司;RE52AA型旋转蒸发器 上海亚荣生化仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 原料处理 新鲜榴莲皮用蒸馏水冲洗干净，切片，放入烘箱60℃烘干。烘干后的榴莲皮用粉碎机粉碎过40目筛备用。

1.2.2 黄酮提取工艺 榴莲皮干粉→按料液比加入不同浓度的乙醇→在一定的超声温度、时间、功率下提取→3600r/min离心20min→收集上清液→在4℃冰箱中醇沉12h→过滤→浓缩→真空干燥→测定黄酮含量

1.2.3 黄酮类物质定性检验［10］氨显色反应:将榴莲皮提取溶液滴于滤纸上风干，以挥发氨熏滤纸，观察颜色变化;铁盐反应:向榴莲皮提取溶液中滴加醋酸铅和氯化铁水溶液，观察颜色变化;铝盐反应:向榴莲皮提取溶液中加入1%三氯化铝溶液，观察颜色变化，在300～800nm波长范围内测定色素溶液加入三氯化铝溶液后的吸光度。

1.2.4 黄酮含量测定［11］标准曲线绘制:称取在120℃干燥至恒重的芦丁标准品10mg，加入70%乙醇适量，置于100mL容量瓶中，水浴加热至溶解，放冷，用70%乙醇稀释至刻度。摇匀，准确吸取0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0mL，置于 10mL 具塞试管中，加30%的乙醇使成5mL，先加5%NaNO2溶液0.3mL，摇匀，静置6min，然后加10%Al(NO3)3溶液0.3mL，摇匀，静置6min，最后再加4%NaOH溶液2mL，摇匀，于510nm波长处测定吸光度A，绘制标准曲线。

根据标准曲线的制作方法，以浓度(C，mg/mL)为横坐标，吸光值(A，510nm)为纵坐标，进行线性回归，得到回归方程:Y=1.3453X－0.0010，r=0.9997。

样品含量测定:准确吸取200μL样液测定，方法同标准曲线。

黄酮提取量计算:黄酮提取量(mg/g)=C1×V1/(V2×W)

其中:C1:样液浓度(mg/g);V1:样液总体积(mL);V2(mL):测定用样液体积;W(g):样品质量

1.2.5 榴莲皮中总黄酮提取条件的初步确定 利用单因素实验设计对榴莲皮醇溶液在超声波提取条件下的料液比、乙醇浓度、温度、时间、超声功率进行初步确定。

1.2.6 响应面法组合设计 以影响榴莲皮中黄酮含量提取的乙醇浓度(X1)、料液比(X2)、温度(X3)、时间(X4)以及超声功率(X5)为5个实验因子，以榴莲皮醇提液中的黄酮提取量(Y)为目标，做五因素的响应面组合设计，共计36个实验点，用以确定提取榴莲皮中黄酮的最优工艺组合条件，见表1。

表1 五因素二次通用旋转设计编码表

1.2.7 验证实验与回收率计算 依据优化实验所得模型方程，取值进行验证实验，进行可靠性分析。

精密量取一定浓度的样品液2.00mL，加入标准芦丁对照品2.00mL(0.10 mg/mL)，同前样品测定方法操作测定吸光度，求出回收率。

2 结果与讨论

2.1 黄酮类物质定性鉴定结果

2.1.1 氨显色反应 将榴莲皮乙醇提取液滴于滤纸上风干，以挥发氨熏滤纸，立刻产生深黄色，当滤纸放置久后，因氨的挥发而褪色，这是黄酮类化合物的典型反应。

2.1.2 铁盐反应 向榴莲皮乙醇提取液中加入氯化铁溶液后，生成了墨绿色的沉淀，放置一段时间溶液的颜色基本褪去，这也是黄酮类物质的典型反应。

2.1.3 铝盐反应 向榴莲皮乙醇提取液中加入1%三氯化铝溶液，有一种黄色可溶性物质生成，可使溶液吸光度增大，说明有黄酮类物质存在。

2.2 单因素超声波提取榴莲皮中黄酮条件的确定

2.2.1 乙醇浓度对提取榴莲皮中黄酮含量的影响从图1中可以看到，乙醇浓度从40%增加到60%时，总黄酮的提取率迅速提高，乙醇浓度在60%～80%时，提取率趋于平缓，当提高乙醇浓度到95%时，提取率明显下降，反倒不利于提取。所以选择50%～80%的乙醇浓度较为适宜。

图1 乙醇浓度对榴莲皮中黄酮含量的影响

2.2.2 料液比对提取榴莲皮中黄酮含量的影响 如图2所示，榴莲皮中黄酮含量随着料液比的增大而逐渐增大，当料液比达到1∶25后，黄酮含量增加量趋于平缓。一般来说，溶剂用量少，提取可能会不完全，溶剂用量越大溶解能力越强浓度差越大，溶液也不会达到饱和，因此越有利于黄酮化合物的扩散，提取效果越好。但溶剂用量太大，达到提取完全所需要的时间会相应增长，同时浸出的黄酮对未浸出的黄酮有协同浸提作用，且大量的溶剂会对后续的浓缩等操作带来不变。因此，综合考虑提取效率、生产成本及总黄酮进一步处理的复杂性，确定超声波法提取黄酮物质料液比较适宜的范围为1∶12～1∶30。

图2 料液比对榴莲皮中黄酮含量的影响

2.2.3 温度对提取榴莲皮中黄酮含量的影响 从图3可以看到，当乙醇回流提取温度从40℃增加至70℃时，榴莲皮醇提液中黄酮提取率显著提高，而随着温度的进一步增加，提取率却逐渐减小。出现这种现象的原因是:温度升高能使植物组织软化，促进膨胀，增加可溶性成分的溶解和扩散速度。加热温度越高，溶剂的粘度越小，植物有效成分的扩散速度越快。而且温度适当升高，可使细胞内蛋白质凝固破坏，杀死微生物，有利于浸出物的稳定性。但由于植物有效成分大多是不耐热的，生物活性极易受到破坏，过高的浸取温度会使之分解、变质或挥发散失［12］。另外，随着加热温度的升高，不仅是有效成分传质被加强，而且杂质浸出的也相应增多，也会影响提取效果。所以认为对于超声回流法提取榴莲皮中总黄酮，70℃是一个分界温度，继续提升，会出现不利于提取的现象。

图3 温度对榴莲皮中黄酮含量的影响

2.2.4 时间对提取榴莲皮中黄酮含量的影响 如图4可知，黄酮含量随着时间的延长，提取率先增加后又逐渐降低。曾里等［13］提取元宝枫黄酮时，也发现超声处理一定时间后，提取率不再上升，而是出现下降趋势。超声波作用时间对提取率的影响和植物的特定种类有关，随着作用时间的延长，提取率先增加后下降;原因可能是在长时间作用下，黄酮化合物发生降解、或是杂质含量增加，有效成分含量下降，甚至是溶剂挥发引起溶剂浓度下降;从而引起提取率的降低。故选择时间为20～60min。

图4 时间对榴莲皮中黄酮含量的影响

2.2.5 超声功率对提取榴莲皮中黄酮含量的影响如图5所示，超声功率在小于175W时，黄酮提取率呈上升趋势，当超声功率大于175W时，黄酮提取率下降。从图中我们可以看出，超声功率在100～200W变化时，提取的黄酮含量均能达到20mg/g以上，为了更好的评价超声功率的影响，故作二次通用旋转实验，选择超声功率范围为100～200W。

图5 超声功率对榴莲皮中黄酮含量的影响

2.3 二次通用旋转正交组合设计实验结果及其模型分析与检验

2.3.1 二次通用旋转组合设计模型建立与检验 实验结果见表2。

表2 榴莲皮中黄酮提取的二次通用旋转组合设计实验结果

利用SAS软件9.0处理数据，按照27个实验结果计算出所拟合的回归方程的各项系数，从而得到如下的标准化二次回归模型:

由表3可知，二次回归模型的F=12.4422，大于F0.01(20，14)=3.37，P ＜0.01，说明模型方程差异极显著;失拟项的 F=0.754992，小于 F0.05(6，9)=3.37，说明差异不显著，方程拟合效果较好;回归方程的决定系数R2=0.9431，说明该模型能解释94.31%响应值的变化，因此可以用该模型分析超声波提取时各个变量组合对提取榴莲皮中黄酮含量的影响。另外，回归方程的一次项和二次项均差异极显著(P＜0.01)，方程的交互项差异不显著(P＞0.05)。由于二次项达到了差异显著，交互项之间的微弱作用原则上是不能忽略的［14］，所以没有对模拟方程进行剔除不显著项。

表3 回归方程方差分析表

2.3.2 模型分析

2.3.2.1 因素主效应分析 榴莲皮中黄酮提取率受到多种因素的综合影响，确定对得率起重要作用的主要因素对提高黄酮得率是很重要的。由于各因素处理均经无量纲线性编码代换，偏回归系数已经不受因素取值的大小和单位的影响即已标准化，其绝对值的大小直接反映了变量对响应值的影响程度［15］。因此，根据表4可知，各因素在实验取值范围内对提取率的影响顺序依次为:X2＞X1＞X3＞X5＞X4，即液料比＞乙醇浓度＞温度＞超声功率＞时间。

2.3.2.2 各因子交互作用分析 由于仅有乙醇浓度(X1)和料液比(X2)之间存在显著的交互作用(P＜0.05)，所以没有对其它因子的不显著交互作用分析。如表4所示，为了观察两个因素同时对榴莲皮黄酮含量的影响，可以进行降维分析。令其中三个因素的水平为0，就可得到另外两个因素对榴莲皮中黄酮提取含量的影响。

当乙醇浓度一定时，提高料液比可使榴莲皮中黄酮提取量不断增加。当料液比一定时，提高乙醇浓度会降低黄酮的提取量。这可能与乙醇的极性有关系，当乙醇浓度增加时极性减弱，影响了榴莲皮中黄酮的溶解性，从而使提取量降低。当乙醇浓度为50%～70%，料液比在18∶1以上时，黄酮提取率可到达20mg/g以上。

表4 二次回归模型参数

2.3.2.3 最佳工艺参数优化 根据SAS软件所建立的数学模型进行计算机模拟参数最优化分析(见表5)，获得最高总黄酮提取量所需的参数条件为:乙醇浓度为50%，料液比为30∶1，超声温度为47℃，超声时间为 40min，超声功率为 200W，提取含量为30.7088mg/g。对此方案进行实验验证，在此条件下，榴莲皮醇提液提取总黄酮含量为30.0046mg/g即提取率为3.00046%，其烘干粉中黄酮含量约为26%，回收率为100.09%。验证结果与优化方案的理论值比较接近，表明本实验结果拟合得出的回归方程可以较好地应用于榴莲皮醇提液中黄酮的提取。

表5 榴莲皮中黄酮提取量的优化

3 结论

通过响应面分析法对榴莲皮中总黄酮的提取工艺优化，应用最佳组合方案后，总黄酮含量可达到30.0046mg/g，回收率为100.09%。符合工业化生产的需要，为新产品开发提供一定的理论参数。

近年来，世界上掀起了植物源开发的热潮，植物源以其天然低毒的特点倍受青睐，而黄酮类化合物以其广谱的药理作用引人注目。榴莲皮作为一种废弃物质而广泛存在，实验结果表明，榴莲皮中含有较为丰富的黄酮。因此，榴莲皮具有广泛的开发和利用价值，值得综合利用，应加强资源开发。

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Optimization of extraction of total flavonoids from durian shell by response surface methodology

LI Na，DONG Ming*，ZHANG Guo－qing，YU Ya－qiong

(College of Tea and Food Science and Technology，Anhui Agricultural University，Hefei 230036，China)

Study on the assistance by ultrasonic ethanol extraction technology，the raw materials of durian shell was studied to extraction of the total flavonoids by response surface designs.Through single－factor and response surface experiments，established two regression equations that durian shell total flavonoids content and five varietals factors.At the same time we carried out the computer simulation results and drawing surface base on the regression model，ensured the direction of changes and optimizations of two main factors for the durian shell flavonoids content，and verified the extracted flavonoids.Results indicated that:the alcohol concentration for 50%，

liquid－to－solid ratio of 30∶1，ultrasonic temperature 47℃，ultrasound time 40min，ultrasonic power was 200W.Under these conditions the total flavonoids obtained from durian shell was 30.0046mg/g and the rate of recovery could reach 100.09%.

durian shell;flavonoids;RSM;ultrasonic

TS255.1

B

1002－0306(2011)09－0325－05

2010－09－19 *通讯联系人

李娜(1984－)，女，硕士研究生，研究方向:农产品加工与贮藏工程。