一种混合植物饮料浸提工艺

张明珠

（广东加多宝饮料食品有限公司，广东东莞523852）

一种混合植物饮料浸提工艺

张明珠

（广东加多宝饮料食品有限公司，广东东莞523852）

在单因素试验基础上，采用响应面法优化一种混合中草药植物饮料浸提工艺。研究表明：回归方程较好的反映了黄酮提取率与浸提温度、浸提时间、料液比的关系；最优工艺条件为：浸提温度80℃，浸提时间80 min，浸提料液比1∶44（g/mL），此工艺条件下得到的黄酮提取率为3.18%，较单因素最佳结果提高了4.26%。

中草药；响应面法；浸提工艺；黄酮

随着人们生活水平的提高，对健康意识的日益增强，具有中国特色文化和保健功效的中草药植物饮料越来越受到消费者的追捧。黄酮类化合物是以2-苯基色原酮为母核而衍生的一系列化合物，其作为许多中草药植物的主要功效物质，具有抗氧化，消炎，抗病毒，抗癌，预防心血管疾病等功效［1］。淡竹叶为禾本科植物淡竹叶（Lophatherum gracile Brongn）的干燥茎叶，别名竹叶、土冬麦，富含黄酮、多糖、微量元素，具有清热除烦、利尿通淋的功效［2］。桑叶、蒲公英、菊花、鸡蛋花、甘草等都富含黄酮类物质［3-7］。

以淡竹叶、桑叶、蒲公英、菊花、鸡蛋花、甘草为原料开发一种具有清热解毒功效的中草药饮料，具有一定的市场前景。本研究主要以黄酮为功效指标，在单因素试验基础上应用响应面法进一步优化该饮料浸提工艺，提高其营养价值和经济效应。

1材料与方法

1.1材料

植物原料：淡竹叶、桑叶、蒲公英、菊花、鸡蛋花、甘草，市售；芦丁标准品，中国药品生物制品检定所；其他试剂为分析纯，水为反渗透水。

1.2主要仪器与设备

UV-2450紫外分光光度计：日本岛津；BSA224SCW电子天平：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；4K15高速冷冻离心机：德国Sigma。

1.3方法

1.3.1芦丁标准曲线

芦丁标准曲线参考文献［8］，所得标准曲线方程为y=2.831 5x+0.159 7，R2=0.999 6，曲线0μg/mL～50μg/mL范围内与吸光值有良好的线性关系。

1.3.2总黄酮含量测定

直接吸取4 mL样液按1.3.1方法测定样品中黄酮含量，为扣除样品本底颜色的干扰，均以样品空白做参比。黄酮含量由芦丁标准曲线得出。

式中：Y为黄酮提取率，%；C为依据芦丁标准曲线得到的黄酮含量，（mg/mL）；V1为显色时定容体积，mL；V2为显色时取样体积，mL；V为浸提总体积，mL；m为样品质量，g。

1.4最佳浸提工艺确定

前期主要采用单因素对以淡竹叶为主要原料的混合中草药植物饮料浸提工艺进行研究，单因素得到的最佳浸提工艺为浸提一次，浸提温度80℃，浸提时间70 min，料液比为1∶40（g/mL），此时黄酮提取率为3.05%。本次研究在单因素实验基础上应用响应面法，选取浸提温度、时间、液料比为自变量，以黄酮提取率为响应值，应用响应面法进一步优化浸提工艺。

2结果与分析

2.1分析因素选择及分析方法

根据Box-Benhnken中心组合实验设计原理，采用一次浸提工艺，在单因素实验结果上选取浸提温度、时间、料液比三个因素，采用三因素三水平响应面法优化浸提工艺，实验因素和水平设计见表1，实验方案及结果见表2。

表1　响应面实验设计表Table 1Experimental design of RSM

表2　响应面分析实验及结果Table 2Design and results of RSM

2.2模型建立及显著性分析

所得的实验数据采用Design Expert 6.15软件进行多元回归拟合，得到以黄酮提取率为目标函数的二次回归方程：

该方程的相关系数R2=0.991 9，变异系数（C.V）为0.87在可接受范围内。由表3的分析结果可知，整体模型极为显著（“Pr＞F”值<0.000 1），失拟项不显著（“Pr＞F”值=0.344 2＞0.05），说明方程和实验拟合较好，可以对黄酮提取率进行预测。

表3　响应面方差分析Table 3Analysis of variance of RSM

由表3可知，各单因素对黄酮提取率均呈显著影响，浸提温度和浸提时间，浸提时间和料液比的交互作用显著（“Pr＞F”值<0.05），浸提温度与料液比的交互作用不显著（“Pr＞F”值＞0.05）。由F值可知，单因素影响次序为：料液比＞浸提温度＞浸提时间；各因素间交互作用影响次序为：浸提温度和浸提时间＞浸提时间和料液比＞浸提温度和料液比。

2.3浸提工艺的响应面分析与优化

响应面图形是响应值对各实验因子A、B、C所构成的三维空间的曲面图，反应最佳参数及各参数之间的相互作用。用Design Expert 6.15软件，依回归方程式绘制响应面图1～图3。从图中可以看出，3个响应面均为开口向下的凸型曲线，说明响应值（黄酮提取率）存在极大值。

由图1可知，黄酮提取率受浸提温度和时间的交互影响显著（等高线呈明显的不规则圆形）。黄酮提取率随温度和时间变化呈先增加后降低的趋势，在某个温度和时间点达到最大值。其可能的原因是：溶剂中黄酮含量受黄酮浸出速率和氧化速率的影响，一定温度和时间下，黄酮分子渗透作用、扩散作用占主导地位，黄酮类物质从细胞中转移到溶剂中的速率大于黄酮的氧化速率，溶剂中的黄酮含量呈上升趋势；随浸提温度和时间的继续增加，黄酮浸出速率逐渐减小，黄酮氧化速率增加，在某个点两者达到平衡，此时黄酮提取率达到最大。此外随温度升高，大量杂质溶解速度也加快，与黄酮类化合物竞争溶于溶剂体系中，也会干扰黄酮类化合物的浸出速率［9］。

图1　浸提温度与时间对黄酮提取率的响应面图Fig.1Chart on effects of temperature and time on extractive rate of flavonoids

图2　浸提温度与料液比对黄酮提取率的响应图Fig.2Chart on effect of temperature and ratio of solid to liquid on extraction rate of flavonoids

图3　浸提时间与料液比对黄酮提取率的响应图Fig.3Chart on effect of time and ratio of solid to liquid on extraction rate of flavonoids

由图2可知，浸提温度与料液比对黄酮提取率的等高线图呈类圆形［10］，说明浸提温度与料液比对黄酮提取率交互作用不显著，此现象与表3结果相符（AC项Pr＞F=0.455 9＞0.05）。

图3显示，浸提温度为80℃时，浸提时间与料液比对黄酮提取率的影响。黄酮提取率随浸提时间和料液比的增加呈先增大后减小的趋势，说明浸提时间和料液比对黄酮提取率交互影响作用显著。

利用Design Expert软件，以淡竹叶为主要原料的中草药植物饮料最佳浸提工艺为：浸提温度80.3℃、浸提时间80 min，料液比1∶44.2（g/mL），此时黄酮提取率为3.15%。考虑到操作可行性，选择浸提温度为80℃，浸提时间80 min，料液比为1∶44（g/mL），对以淡竹叶为主要原料的混合中草药采用一次浸提工艺，重复浸提5次，得黄酮平均提取率为3.18%，与预测值3.15%基本一致（相对误差0.95%），较单因素最佳浸提条件得到的黄酮含量（3.05%）提高了4.26%，说明响应面法应用于本研究中草药植物饮料浸提工艺的优化，有效提高了其功效物质含量，具有一定的经济效应。

3结论

响应面法可应用于本研究浸提工艺的优化，得到最优浸提工艺条件为：浸提温度80℃，提取时间80 min，浸提料液比1∶44（g/mL），此条件下得到的饮料黄酮提取率为3.18%，与理论值基本相符，较单因素最佳工艺下的黄酮提取率提高了4.26%，有效提高了其营养价值和经济效益。

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［4］齐绪林，高鹏飞，乔田奎，等.中药蒲公英抗肿瘤作用研究进展［J］.中国肿瘤，2015（1）：53-56

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Optimization of Extracting Technology of a Mixed Plant Beverage by Response Surface Methodology

ZHANG Ming-zhu
（Guangdong Jiaduobao Drink&Food Co.，Ltd.，Dongguan 523852，Guangdong，China）

To study the extracting technology of a mixed Chinese herbal medicine plant beverage.Response surface methodology was applied to optimize the extracting process on the basis of single-factor test.The results show that the regression equation fit well with experimental data，the optimum conditions of extracting process are：extracting temperature 80℃，extracting time 80 min，and the ratio of solid to liquid 1∶44（g/mL），the extraction rate of flavonoids with the optimized technology was 3.18%，which was a 4.26%higher than the result of the single-factor test.

Chinese herbal medicine；response surface methodology；extracting technology；flavonoids

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.12.020

2015-04-24

张明珠（1969—），女（汉），工程师，学士，主要从事功能性饮料开发与研究。