超声提取长白楤木嫩芽中皂苷的工艺优化*

孟宪军，潘璇，李天来，冯颖

1(沈阳农业大学食品学院，辽宁沈阳，110161) 2(沈阳农业大学园艺学院，辽宁沈阳，110161)

超声提取长白楤木嫩芽中皂苷的工艺优化*

孟宪军1，潘璇1，李天来2，冯颖1

1(沈阳农业大学食品学院，辽宁沈阳，110161) 2(沈阳农业大学园艺学院，辽宁沈阳，110161)

研究响应面法超声提取长白楤木中皂苷的工艺。在单因素实验的基础上，利用minitab15软件设计了响应面实验，研究乙醇浓度、料液比、超声提取时间和超声功率等因素对皂苷提取量的影响并确定最佳提取工艺参数。结果表明:长白楤木中皂苷类化合物的最佳超声提取工艺为乙醇体积分数为90%，料液比为1∶60(g∶mL)，超声时间40 min，功率为250 W。预测模型所得提取量为45.14 mg/g，实际验证提取量为41.35 mg/g。

长白楤木嫩芽，皂苷，响应面，超声波提取

长白楤木(Aralia continentalis Kitag)为五加科多年生草本植物，又名草本刺嫩芽、东北土当归、土当归、舌秸颗、狗苦龙芽、牛尾大活等。长白楤木的根、叶、花含挥发油，其中根含2%，叶含0.58%;叶和嫩芽有皂苷、香豆素等［1－2］。

本实验以长白楤木嫩芽为原料，探索了超声波功率、乙醇浓度、料液比、处理时间4个因素对皂苷提取的影响，通过响应面分析法优化了超声波提取长白楤木嫩芽中皂苷的工艺条件。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

长白楤木嫩芽，沈阳农业大学园艺学院提供;无水乙醇、香草醛冰醋酸、高氯酸、乙酸乙酯，均为分析纯试剂。

KQ-250DB型数控超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司;UV-1600紫外分光光度计，尤尼柯(上海)仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 样品中皂苷含量的测定方法

标准曲线的测定［1］:精密称取齐敦果酸标准品2 mg，置10 mL容量瓶中，加甲醇溶解，并定容至刻度，摇匀，即得0.2 mg/mL的标准品溶液。精密吸取齐敦果酸标准品溶液 0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 mL分别加入7只具塞试管中，挥干甲醇，随后加入0.2 mL新配制的5%香草醛冰醋酸溶液(现用现配)、0.8 mL高氯酸，摇匀，于60℃水浴加热15 min，取出，冰浴冷却中止反应;加入4 mL乙酸乙酯，摇匀，于556 nm下测定吸光度，随行试剂做出空白。计算回归方程为:y=8.447 1x－0.058 8，R2=0.998 1，其中y为吸光度，x为皂苷浓度(mg/g)。

准确称取样品1 g，放入三角瓶中加入一定体积、一定浓度的乙醇溶液，在一定温度下超声辅助提取一定时间，抽滤，以相应提取溶液定容，准确吸取0.1 mL加入具塞试管中，挥干乙醇，随后加入0.2 mL新配制的5%香草醛冰醋酸溶液(现用现配)、0.8 mL高氯酸，摇匀，于60℃水浴加热15 min，取出，冰浴冷却中止反应;加入4 mL乙酸乙酯，摇匀，于556 nm下测定吸光度A556，随行试剂做出空白。然后带入回归方程中。

皂苷提取量/(mg·g－1)=Q/R

式中:Q，提取液中皂苷的质量(mg);R，干物料质量(g)。

1.2.2 响应面实验设计［2］

选择乙醇体积分数、提取时间、液固比、超声功率进行单因素实验，确定其对超声波提取皂苷的影响关系，并采用Box-Behnken设计法(表1)，设计响应面实验(采用真实值代码)，对提取工艺进行优化实验。

表1 Box-Behnken设计因素及水平表

模型通过最小二乘法拟合，二次多项方程可表达为:

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果与分析

图1 乙醇体积分数对皂苷提取量的影响

2.1.1 乙醇体积分数对皂苷提取的影响由图1可见，随着乙醇体积分数的增加，长白楤木嫩芽中皂苷的提取量也随之增大，故将乙醇体积分数选定在90%左右。

2.1.2 料液比对皂苷提取的影响

图2 料液比对皂苷提取量的影响

图2 可见，随着料液比的增大，皂苷的提取量也随之成上升趋势，但是当料液比大于1∶40时皂苷的提取量的增加缓慢，固液比太小皂苷提取不充分，太大则浪费试剂，综合考虑，选择固液比为1∶40左右为佳。

2.1.3 超声功率对皂苷提取的影响

图3 功率对皂苷提取量的影响

超声波提取主要是超声波有强烈的生物学效应，进行超声波处理时，超声波的高频震动与微生物细胞的振动不协调，造成细胞周围环境局部真空，使细胞膜产生空穴作用，从而使之破碎。由图3可见，随着超声波提取功率的增加，皂苷提取量也随着增高，当功率大于200 W时，皂苷提取量的增加趋势减缓，所以功率取200 W左右为佳。

2.1.4 超声时间对皂苷提取的影响

由图4可见，随着时间的延长，皂苷提取量也随之增大，但是当时间超过30 min时，长白楤木嫩芽中皂苷提取量的增加减缓，考虑综合因素，取时间为30 min左右为佳。

图4 提取时间对皂苷提取量的影响

2.2 拟合模型的建立及方差分析

对表2数据进行回归分析，获得二次多元回归方程:

由表3可以看出，回归方程的P﹤0.01，说明皂苷提取量所建立的二次多项模型具有高度显著性。模型的总决定系数达0.929 3，说明该模型能解释92.93%的响应值的变化。失拟项的P=0.997不显著，表明方程对试验有较好的精确度和可靠性，方程对实验拟合良好，可以用该回归模型代替真实试验点对实验结果进行分析和预测。

回归方程显著性检验见表4。结果表明，X1(乙醇体积分数)、X3(功率)、X4(时间)、X32、X1X3、X1X4和X2X3项对皂苷的提取量影响极显著;模型一次项X2(料液比)，模型二次项X12、X22、X42，交互项 X1X2、X2X4、X3X4不显著。

2.3 响应面分析

如果一个响应曲面坡度相对平缓，表明其可以忍受处理条件的变异，而不影响到相应值的大小，相反，如果一个响应曲面坡度非常陡峭，表明响应值对于处理条件的改变非常敏感［3］。

表2 响应面法设计与试验结果

表3 回归模型方差分析

从图5可以看出，功率对皂苷提取量的影响变化趋势受乙醇浓度的交互作用的影响。当功率较小时，皂苷提取量随乙醇体积分数增大而增加，当功率较大时，提取量随乙醇体积分数增大而减小。

表4 回归方程系数显著性检验

图5 提取量与乙醇浓度、功率的曲面图

从图6可以看出，功率对皂苷提取量的影响变化趋势受料液比的交互作用的影响。当功率为较小时随着料液比的增加提取量减小，当功率较大时随着料液比增大提取量也随之增加。

图6 提取量与料液比与功率的曲面图

从图7可以看出，乙醇浓度对皂苷提取量的影响变化趋势受时间的交互作用的影响。当乙醇浓度较小时随着时间的延长提取量减小，当乙醇浓度较大时随着时间延长提取量也随之增加。

通过对模型中响应面优化，确定提取皂苷最佳条件是乙醇体积分数90%，料液比1∶60(g∶mL)，功率250 W，时间40 min，预测最高理论值为45.14 mg/g。在最佳条件下进行3次平行试验，实际测得皂苷提取量为41.35 mg/g，达到理论模型的91.6%。

图7 提取量与乙醇浓度和时间曲面图

3 结论

在单因素的基础上用响应曲面法对长白楤木嫩芽中皂苷的超声波提取工艺条件进行优化，实验结果表明，乙醇浓度，功率和时间对超声提取有显著影响，乙醇浓度与超声功率、乙醇浓度与超声时间、料液比和时间都对超声提取皂苷有显著的交互作用。超声辅助提取长白楤木嫩芽中皂苷的最佳提取工艺为乙醇体积分数90%，料液比1∶60(g∶mL)，功率250 W，时间40 min，预测最高理论值为45.14 mg/g。对结果进行验证，在最佳条件下进行3次平行试验，实际测得皂苷提取量为 41.35 mg/g，达到理论模型的91.6%。

［1］ 潘小燕，长白楤木主要生长生态特性和营养成分研究［D］，沈阳:沈阳农业大学硕士学位论文，2007.

［2］ 董艳红，李姝婧，郑慧华，等.响应曲面优化超声提取灵芝多糖工艺研究［J］，食品科学，2009，30(16):98－101.

［3］ 陈莉，屠康，王海，等.采用响应曲面法对蔡侯红富士苹果热处理条件的优化［J］.农业工程学报，2006，22(2):159－163.

Optimizing Ultrasonic-assisted Extraction of Saponin from Aralia continentalis Kitag

Meng Xian-jun1，Pan Xuan1，Li Tian-lai2，Feng Ying1
1(Food College，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110161，China)2(Horticulture College，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110161，China)

The ultrasonic-assisted extraction process of saponin from Aralia continentalis Kitag was studied.On the basis of single factor tests，response surface methodology was designed by minitab software 15，and the effects of ethanol concentration，ratio of solid to liquid，extraction time and extraction power on the extraction amount was studied.The result showed that the optimum extraction conditions were as follow:with 90%ethanol as the extraction solven and a ratio of solid to liquid of1/60，extraction power at 250 W for 40 min.The predicted extraction amount was 45.14 mg/g，close to the practical extraction amount of 41.35 mg/g.

Aralia continentalis Kitag，saponin，response surface methodology，ultrasonic-assisted extraction

教授(冯颖教授为通讯作者)。

*中国博士后科学基金面上资助项目(20080431155)

2010－04－09，改回日期:2010－06－09