响应面法优化超声辅助提取玉米须多酚工艺研究

侯敏娜，侯少平

（陕西国际商贸学院，陕西咸阳 712046）

响应面法优化超声辅助提取玉米须多酚工艺研究

侯敏娜，侯少平

（陕西国际商贸学院，陕西咸阳 712046）

利用响应面法优化超声辅助提取玉米须多酚的工艺条件。在单因素试验的基础上，选取超声时间、乙醇浓度、料液比为自变量，以没食子酸为对照，以多酚得率为响应值，应用中心组合设计试验方法，研究各自变量及其交互作用对多酚得率的影响，建立二次多项回归方程的数学模型。试验研究表明，乙醇浓度对玉米须多酚得率的影响比较显著。最终优选的超声波辅助提取玉米须多酚工艺为：乙醇浓度60%、料液比1∶25（g/mL）、超声时间25 min，在此条件下，玉米须多酚得率为4.45%。

玉米须；多酚；超声辅助提取；响应面法

玉米须（Corn silk，SM）是禾本科作物玉米（Zea mays L）的花柱和柱头，全国大部分地区均产。夏、秋果实成熟时收集，除去杂质，鲜用或晒干生用。玉米须是我国传统的中药材，其性平，味甘、淡。对于许多疾病具有治疗作用，据临床研究证明玉米须多酚具有解热利胆[1]、抗菌[2]、降血糖[3]、抗氧化[4-6]等方面的药理作用。因此，本次研究有广阔开发应用前景。

超声波对细胞膜进行破坏是利用超声的空化作用，在超声波的不断振荡中使溶质进行扩散，并且超声过程中会使水温升高对原料有水浴作用。超声波提取具有速度快，时间短，收益高等多方面优点。响应面法（Response Surface Methodology，简称RSM）又称回归设计，是运用函数的面进行分析，讨论因子与因子之间，响应值与因子之间的相互关系，并进行优化。最后给出响应值与因素之间的回归方程以及因素的最佳组合。响应面法与正交设计法和均匀设计法相比较，既保留了正交设计和均匀设计试验次数少的优点，又具有直观、高效、方便以及可在短时间内对所选试验参数进行全面的研究等特点。所以该方法的试验结果具有一定的使用价值和参考价值。

本文采用响应面法对超声波辅助提取玉米须多酚工艺进行的优化，其研究成果，为玉米须资源有效利用及其相关产品如化妆品、保健品等开发提供了一定的理论参考依据，同时也增加了玉米农副产品的附加值。

1 材料

1.1 试剂及药材

玉米须：购于陕西盛兴饮片厂；95%乙醇：天津市河东区红岩试剂厂；没食子酸标准品（批号：2015011）：中国药品生物制品鉴定所；无水碳酸钠：天津市天力化学试剂有限公司；水为纯化水；其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

KQ5200DE超声波：昆山市超声仪器有限公司；FW135粉碎机：天津市泰斯特仪器有限公司；TU-1810紫外分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；HH-2电热恒温水浴锅：北京科伟永兴仪器有限公司；RE-5286A旋转蒸发器：上海亚荣生化仪器厂。

2 方法

2.1 供试品溶液制备

称取粉碎后的玉米须放于锥形瓶中，加入一定量乙醇，进行超声处理，取抽滤后溶液浓缩蒸干，精密称取浓缩物0.05 g，用纯化水定容至100 mL，从中吸取1 mL加入2 mL15%碳酸钠溶液和1 mL福林酚试剂，再用纯化水定容至10 mL，于50℃水浴保温30 min后取出，测其760 nm吸光度。

2.2 多酚标准曲线的绘制[7-8]

吸取0.1 mg/mL没食子酸标准溶液0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 mL，分别置于10 mL容量瓶中，各加1 mL福林酚试剂和2 mL 15%碳酸钠溶液，用纯化水定容至10 mL，50℃水浴保温30 min，并按2.1方法配置空白试剂，在最大吸收波长760 nm处测定吸光度。以吸光度（y）为纵坐标，浓度（x）为横坐标，绘制标准曲线，见图1。

图1 没食子酸标准曲线Fig.1 The standard curve of gallic acid

2.3 单因素考察[9-10]

超声波辅助提取玉米须多酚的影响因素主要包括超声时间、超声温度、超声功率、料液比、乙醇浓度、pH值等。本研究主要考察超声时间、乙醇浓度和料液比3个因素。

2.3.1 乙醇浓度对玉米须多酚得率的影响

称取粉碎后的玉米须5份，每份各10g放于锥形瓶中，依次加入250 mL浓度为20%、40%、60%、80%、95%的乙醇溶液，进行超声处理，超声温度为40℃，超声功率为180 W，超声时间为30 min。考察乙醇浓度对玉米须多酚得率的影响，试验结果见图2。

图2 乙醇浓度对玉米须多酚得率的影响Fig.2 Effect of ethanol concentration on extraction rate of polyphenols from corn silk

由图2可知，当乙醇浓度为20%～60%时，随着乙醇浓度的增大，得率也增加，但随着乙醇浓度继续增加，得率开始降低。表明玉米须多酚的得率在乙醇浓度为60%时达到最高值。

2.3.2 料液比对玉米须多酚得率的影响

称取粉碎后的玉米须5份，每份各10 g放于锥形瓶中，分别加入60%乙醇150、200、250、300、350 mL后进行超声处理，超声温度为40℃，超声功率为180W，超声时间为30 min。考察料液比对玉米须多酚得率的影响，试验结果见图3。

图3 料液比对玉米须多酚得率的影响Fig.3 Effect of feed liquid ratio on extraction rate of polyphenols from corn silk

由图3可知，玉米须多酚得率随着料液比的增加呈上升趋势之后有个最高点即1∶25（g/mL），当料液比超过这个点时得率开始随着料液比的增加而降低。

2.3.3 超声时间对玉米须多酚得率的影响

称取粉碎后的玉米须5份，每份各10g放于锥形瓶中，分别加入250 mL浓度为60%的乙醇，之后进行超声处理，超声温度为40℃，超声功率为180 W，超声时间分别为20、25、30、35、40 min。考察超声时间对玉米须多酚得率的影响，试验结果见图4。

图4 超声时间对玉米须多酚得率的影响Fig.4 Effect of ultrasonic time on extraction rate ofpolyphenolsfrom corn silk

由图4可知，在20 min～25 min内，随着时间的增加，得率也增加，但随着时间继续增加，得率开始降低，则表明玉米须多酚得率并不会随着时间的增加而无限增加，而是在25 min时达到最高值。

2.4 响应面优化

2.4.1 响应面优选分析

在单因素的试验基础上，根据因素水平表1，按照响应面Box-Behnken的设计原理，共有17组试验，试验结果见表2。

表1 因素水平表Table 1 Factors and levels

对该模型进行回归分析，得出分析结果见表3。

表3 方差分析表Table 3 Analysis of variance

通过Design-Expert8.0.6软件对所得数据进行多元回归拟合，得到玉米须多酚得率对乙醇浓度（A），料液比（B），超声时间（C）的二次多元回归方程是：

得率（Y）=+4.49-0.15A-0.016B+0.030C+0.24AB-0.098AC-0.10BC-1.71A2-0.87B2-0.86C2。

由表2可知，回归方程的R2为0.991 7，表明试验值与预测值有很好的拟合度，因此回归方程可以较好地分析各个因素与响应值之间的关系。由表3中F值可以得出乙醇浓度（A）对玉米须多酚得率的影响显著，而且各个因素的二次项都呈显著性。在各个因素的水平中，对玉米须多酚得率影响结果由大到小的顺序为乙醇浓度（A）＞时间（C）＞料液比（B）。失拟项0.556 6＞0.01，不显著则表明方程的模拟比较好，可以采用这种方法对玉米须多酚提取工艺进行预测和分析。

2.4.2 响应面图谱与分析

为了直观的考察几个影响因素的交互作用对玉米须多酚得率的影响，固定一个因素在零水平上，研究另两个因素间的交互作用。

图5为料液比和乙醇浓度对玉米须多酚得率的响应面图，由图5可以看出乙醇浓度的坡面比料液比的陡，表明乙醇浓度的二次项对玉米须多酚得率具有明显影响，而料液比对其的影响较小。由此可以确定两因素最佳参数范围：乙醇浓度56%～64%，料液比为1∶24（g/mL）～1∶26（g/mL）。在此范围内的玉米须多酚得率最大，当超过则降低。

图6 乙醇浓度与超声时间的三维图和等高线Fig.6 Ethanol concentration and ultrasonic time of threedimensional map and contour line

图6为乙醇浓度与超声时间对玉米须多酚得率的响应面图，由图6可以得出当料液比一定时，玉米须多酚得率随着乙醇浓度和超声时间的增加，呈现先增加后降低的趋势。且乙醇浓度的坡面比超声时间的陡，则是其得率受乙醇浓度二次项的影响比超声时间的大。由此可以确定最佳参数范围：乙醇浓度56%～64%，超声时间24 min～26 min。在此范围内玉米须多酚的得率最大。

图7 料液比与超声时间的三维图和等高线Fig.7 Material liquid ratio and ultrasonic time of threedimensional map and contour line

图7为料液比与超声时间对玉米须多酚得率的响应面图，由图7可以看出料液比与超声时间的坡面都比较陡，则说明他们的二次项对玉米须多酚得率的影响都比较显著，等高线趋于椭圆，说明超声时间与料液比的交互项对玉米须多酚得率的影响显著。由此可以确定两因素的最佳参数范围：料液比1∶24（g/mL）～1∶26（g/mL），超声时间24 min～26 min。

根据试验设计所得出的结果以及二次回归模型的数学分析结果，使用Design-Expert8.0.6软件计算可得到超声波提取玉米须多糖的最优工艺为：乙醇浓度为59.06%、料液比1∶24.91（g/mL）、超声时间25.11 min，在此条件下，玉米须多酚得率的理论值为4.49%。

2.5 最佳试验方案的验证

为了验证响应面法所得结果以及其可实施性，通过试验对优化后的最佳提取工艺参数进行确定。综合考虑，将最终工艺条件调整为：乙醇浓度60%、料液比1∶25（g/mL）、超声时间25 min。称取玉米须粗粉10 g3份，置于锥形瓶中，分别加入250 mL 60%乙醇溶液，在超声波中提取25 min，抽滤，浓缩至干。各精密称取0.05 g，用纯化水定容至100 mL容量瓶中，分别吸取1 mL药液，加入1 mL福林酚试剂和2 mL15%碳酸钠溶液，再用纯化水定容至10 mL，放置于50℃水浴锅中保温30 min，然后取出冷却至室温。分别测其吸光度（A），结果见表4。

表4 试验数据Table 4 Experimental data

试验的平均得率为4.45%，由此可得出此方法具有可行性，则超声法提取玉米须多酚的最佳工艺为：乙醇浓度60%、料液比1∶25（g/mL）、超声时间25 min。经修正后的工艺得率与理论值相差0.04%，基本吻合，这表明采用响应面法优选的玉米须多酚的提取工艺方法稳定、可行。

3 结论

本文在单因素试验的基础上，利用响应面法优化超声辅助提取玉米须多酚的工艺，经放大试验验证后优选的最佳提取工艺为：乙醇浓度60%、料液比1∶25（g/mL）、超声时间25min。在此条件下，玉米须多酚得率为4.45%，与预测值4.49%相差0.04%。同时得到玉米须多酚得率与各超声条件下的二次多项模型，该模型有很好的拟合度，这为后续的实际应用提供了一定的参考价值。

[1]张育光.玉米须化学成分、药理作用及其应用研究进展[J].中国中医药现代远程教育,2007,5(2)：34-35

[2]洪秋菊,任远.玉米须的化学成分与药理研究[J].甘肃中医学院学报,2010,4(6)：74-77

[3]陈耀章,马琴国.玉米须降糖,降压,降脂,保肝作用研究[J].中医研究,2014,27(3)：78

[4]柏桦,海春旭,梁欣,等.玉米须提取物清除自由基和抑制脂质过氧化作用[J].癌变·畸变·突变,2007,20(1)：36-40

[5]吴亚楠,鲁晓翔,连喜军.玉米须黄酮清除自由基活性的研究[J].食品研究与开发,2009,30(1)：5-8

[6]邵芳芳,尹卫平,梁菊.重要的植物多酚及其抗氧化性能的研究概况[J].西北药学杂志,2010,25(1)：66-68

[7]邓义书,包海荣,齐知耕.桑椹果渣中多酚不同提取方法比较研究[J].湖南农业科学,2010,15(6)：106-108

[8]杨红,周江,李建华,等.响应曲面法优选红菜苔多酚提取工艺研究[J].食品研究与开发,2013,34(8)：5-9

[9]朱素英.基于响应曲面法优化天麻多酚的提取工艺[J].食品工业科技,2015,36(1)：268-271

[10]赵永,石晓,刁静雯,等.微波辅助提取菊花脑多酚工艺研究[J].贵州农业科学,2010,16(5)：24-27

Optimization of Ultrasonic Assisted Extraction of Polyphenols from Corn Silk by Response Surface Methodology

HOU Min-Na，HOU Shao-Ping
（Shaanxi Institute of International Trade&Commerce，Xianyang 712046，Shaanxi，China）

The response surface methodology was used to optimize the process conditions of corn silk polyphenols by ultrasonic.On the basis of single factor experiment，the ultrasonic time，ethanol concentration，and the solid-liquid ratio as the independent variables，taking gallic acid as the control，the yield of polyphenols was taken as the response value.It was used the central composite experimental method to study the effect of the variables and the interactions on the yield of polyphenolsthe and established the mathematical model of two multinomial regression equation.The results showed that it had significant effect on the extraction rate of corn silk polyphenols by the ethanol concentration.The optimal extraction process was as following：60%ethanol concentration，solid to liquid ratio of 1∶25（g/mL），concentration time was 25 min，under this condition，the extraction rate of the polyphenols in corn silk was 4.45%.

corn silk；polyphenols；ultrasonic assisted extraction extraction；response surface methodology

2016-11-29

陕西省教育厅项目（15jk2007）；陕西国际商贸学院科研项目（SMXY201505）

侯敏娜（1981—），女（汉），讲师，硕士研究生，研究方向：中草药中活性物质研究。

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.16.010