响应面法优化芒果叶多酚的浸提工艺

中国食品添加剂

响应面法优化芒果叶多酚的浸提工艺

赵惠茹，王甜，靖会，关丽，韦欣婷

（西安医学院药学院，西安 710021）

摘 要：为提高芒果叶的综合利用率，深度开发其应用价值，本研究以芒果叶为原料，以浸提时间、料液比、浸提温度、乙醇浓度为考察因素，在单因素实验基础上采用响应面法优化芒果叶中多酚的提取工艺。结果表明，在料液比1∶38、浸提温度76℃、乙醇浓度10%条件下，芒果叶多酚提取率最高，为13.22mg/g。应用响应面法可以较好优化芒果叶多酚的浸提工艺，能够反映出各单因素对芒果叶多酚含量的影响差异。

关键词：芒果叶；多酚；浸提工艺；单因素试验；响应面法

中图分类号：TS202.1 文献标识码：A 文章编号：1006-2513（2020）02-0138-07doi：10.19804/j.issn1006-2513.2020.02.016

Optimization of solvent extraction process of polyphenols from

mango leaves by response surface method

ZHAO Hui-ru， WANG Tian， JING Hui， GUAN Li， WEI Xin-ting

（College of Pharmacy， Xi’an Medical University， Xi’an 710021）

Abstract： In order to improve its comprehensive utilization and develop its potential applications further， the mango leaves were used the raw material in the study. Considering extraction time， material-liquid ratio， extraction

temperature and ethanol concentration as factors， based on the single factor experiment， the extraction parameters of polyphenols from mango leaves were optimized by response surface methodology. The results showed that the optimum extraction process parameters were as follows： the ratio of material to liquid was 1∶38， the extraction temperature was 76℃， and the concentration of ethanol was 10%； under these conditions， the content of the polyphenols from mango leaves was 13.22 mg/g. Response surface method can be used to obtain better extraction technology of polyphenols from mango leaves， which can reflect the significant difference in the effect of single factors on the content of polyphenols from mango leaves. Key words： mango leaves； polyphenols； extraction process； single factor experiment； response surface method

芒果叶为漆树科植物芒果（Mangifera indica L.）的树叶，含有芒果苷、异芒果苷、金丝桃苷、槲皮素、没食子酸、原儿茶酸等大量多酚类化合

物［1-4］，在抗氧化、抗菌、镇痛、防晒等方面作用显著［5-7］，有疏风止咳、防晕止吐、降低胆固醇、美容美颜、治疗皮肤瘙痒、消积化食等效

收稿日期：2019-09-21基金项目： 西安医学院药学省级重点学科建设项目（2016YXXK04）；国家级大学生创新训练计划项目（201825018）；陕西省大学生创新训练计划项目（2018DC-18）；西安医学院大学生创新训练计划项目（121519004）。

作者简介：赵惠茹（1972-），女，教授，研究方向：天然药物研究与开发。E-mail：11190103@qq.com。

138

2020年第2期果［8-9］。芒果叶资源十分丰富，但是利用率低，在食品、医药领域有很大的开发应用价值。其中多酚的提取方法主要有微波提取和超声提取等方法［10-12］，工艺优化多采用正交实验，虽然这些提取方法效率较高，工艺优化相对简单，但是由于多酚类遇热易氧化失去活性［13-14］，正交试验不能给出模型参数和实验预测值。因此本实验采用浸提法，以单因素试验和响应面法优选芒果叶多酚的最佳提取工艺，为综合开发利用芒果叶提供 参考。

1 仪器与实验材料

1.1 仪器

UV-762型紫外可见分光光度计（上海佑科仪器仪表有限公司）；FA1004B电子精密天平（上海越平科学仪器有限公司）；DZF-6020型真空干燥箱（上海琅轩实验设备有限公司）；DZKW-D-2型智能数显恒温水浴箱（北京市永光明医疗仪器厂）；RE-52旋转蒸发仪（上海亚荣生物仪器厂）；SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）。1.2 实验材料

焦性没食子酸对照品（质量分数≥99%，成都埃法生物科技有限公司）；芒果叶（采自广西南宁，经西安医学院药学院关丽博士鉴定为漆树科植物芒果Mangifera indica L.的树叶）；水为超纯水，其他试剂均为分析纯。

2 结果与分析

2.1 多酚标准曲线的绘制

精密称取焦性没食子酸对照品10.50mg于100mL容量瓶，加50%乙醇溶解并定容至刻度，摇匀，即为对照品储备溶液（0.1050mg/mL）。精密吸取5mL对照品溶液于25mL容量瓶中，加入4mL蒸馏水和5mL酒石酸亚铁溶液，用pH7.5的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液定容至刻度，室温静置5min后紫外可见光谱扫描，最大吸收波长为0nm。

精密吸取对照品储备溶液0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0mL于25mL量瓶，分别加入4mL蒸馏水和5mL酒石酸亚铁溶液，用pH7.5

分析测试China Food Additives中国食品添加剂

的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液定容至刻度，配制成0.0126、0.0168、0.0210、0.0252、0.0294、0.0336l、0.0378mg/mL系列标准溶液，以试剂空白作对照，0nm测定吸光度。以焦性没食子酸浓度C为横坐标，吸光度A为纵坐标进行线性回归，得回归方程为A=19.481C-0.0134，r=0.9998，在0.0126～0.0378mg/mL范围内焦性没食子酸浓度与吸光度呈良好的线性关系。2.2 多酚含量测定

将芒果叶洗净晾干研磨成粗粉，装入索氏提取器中，加入石油醚连续回流脱色至回流液近无色，将脱色后的芒果叶粗粉晾干备用。取上述芒果叶粗粉按实验条件浸提后抽滤，滤液稀释至适宜浓度，依照标准曲线绘制方法显色后测定吸光度，代入回归方程中计算样品中多酚含量。2.3 单因素试验

2.3.1 浸提时间对多酚含量的影响

精密称取1.00g脱色后的芒果叶粗粉5份，在乙醇浓度为60%，料液比1∶20，60℃的条件下分别浸提0.5、1、1.5、2、2.5h，按照2.2方法测定芒果叶中多酚的含量，浸提时间与多酚含量的关系见图1。

.5）g4/gm（3.5w32.52

00.51

t（h1.5

）

22.53

图1 浸提时间对多酚含量的影响

Figure 1 Effect of extraction time on polyphenols

由图1可见随着浸提时间的增加，多酚含量先增加而后降低，当浸提时间为1.5h时，多酚含量达到最大值，因此选取1.5h为宜。2.3.2 料液比对多酚含量的影响

精密称取1.00g脱色后的芒果叶粗粉5份，在料液比分别为1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50，乙醇浓度为60%，60℃的条件下分别浸提1.5h，按照2.2方法测定芒果叶中多酚的含量，

139

2020年第2期China Food Additives中国食品添加剂

分析测试

料液比与多酚含量的关系见图2。由图2可见芒果叶中多酚的含量随着料液比的增大先增大后减小，可能是因为随着溶剂用量增加，多酚溶解度增大，但溶剂量过大又会减弱体系的传质和传热，不利于提取。在料液比为1∶30时，多酚含量达到最大，因此选取料液比1∶30浸提。

65.55）g4.5/gm4（w3.532.520102030405060

料液比（倍）

图2 料液比对多酚含量的影响

Figure 2 Effect of material-liquid ratio on polyphenols

2.3.3 浸提温度对多酚含量的影响

精密称取1.00g脱色后的芒果叶粗粉5份，在料液比1∶30，乙醇浓度为60%，浸提温度分别为40、50、60、70、80℃的条件下分别浸提1.5h，按照2.2方法测定芒果叶中多酚的含量，浸提温度对多酚含量的影响见图3。

876）5g/mg4（w32100

20

40

60

80

100

浸提温度（℃）

图3 浸提温度对多酚含量的影响

Figure 3 Effect of extraction temperature on polyphenols

图3表明浸提温度对芒果叶多酚含量的影响先升高后降低，其原因可能是因为温度升高，多酚分子运动和扩散速度加快易溶出，当浸提温度为70℃时，多酚含量达到最高。但是当温度进一步升高时，由于多酚遇热不稳定部分结构发生

140

2020年第2期破坏含量反而有所下降，因此，浸提温度选取70℃。

2.3.4 乙醇浓度对多酚含量的影响

精密称取1.00g脱色后的芒果叶粗粉7份，在料液比1∶30，浸提温度70℃，乙醇浓度分别为10%、25%、40%、55%、70%、85%、100%的条件下浸提1.5h，按照2.2方法测定芒果叶中多酚的含量，乙醇浓度对多酚含量的影响见图4。图4表明随着乙醇浓度的增大，多酚含量先有小幅升高随后逐渐降低，可能是因为随着乙醇浓度不断增大，溶剂极性变小，多酚溶解度降低。因此，选取25%乙醇作为提取溶剂。

12

108）/gg6m（w4200

20406080100120乙醇浓度（%）

图4 乙醇浓度对多酚含量的影响

Figure 4 Effect of ethanol concentration on polyphenols

2.4 响应面法设计实验2.4.1 实验设计

由单因素实验结果可知，料液比、浸提温度、乙醇浓度对多酚含量的影响比较显著，因此，以其为考察因素，芒果叶中多酚含量为响应值，应用Design-Expert 8.0.6.1软件进行三因素三水平实验设计，响应面法对芒果叶多酚含量的浸提工艺进行优化，如表1所示。

表1 实验因素与水平表

Table 1 Factors and levels table of test

因素

水平

A料液比/C乙醇浓度/（倍）

B温度/（℃）

（%）

-12050100306532.51

40

80

55

分析测试China Food Additives2.4.2 实验结果与分析

根据软件设计条件进行实验，测定不同提取条

表2 响应面实验及结果

Table 2 Tests and results of response surface method

试验号12345671011121314151617

A料液比/（倍）

-1001-100100-11-1010-1

B温度/（℃）

00-1-11-1000000-11110

C乙醇浓度/（%）

10100-10-100-11010-11

W总多酚含量/（mg/g）

4.639.9.327.539.759.5310.7712.9410.4210.2910.346.526.868.2911.3911.7711.33

中国食品添加剂

件下芒果叶多酚的含量，实验设计及结果如表2。

以多酚含量为指标，利用Design-Expert8.0.6.1软件对表2中的实验结果进行分析，得到多酚含量回归方程为：W=10.56+0.85A+ 1.62B-2.60C+0.24AB-0.18AC+0.43BC-0.77A2-0.90B2-1.17C2。对回归方程进行方差分析，结果见表3。可见影响芒果叶多酚含量的因素顺序为：乙醇浓度＞浸提温度＞料液比，整体模型

达到了极显著水平（P＜0.01），模型相关系数R2=0.9676说明试验模型的预测值接近实际值，回归方程可靠性高。失拟项不显著（P＞0.05），变异系数7.31%（＜10%），说明模型具有较好的试验稳定性。两因素间的交互作用对响应值的影响可用等高线图和响应面图表示，结果见图5～图7。

表3 回归模型方差分析

Table 3 Variance analysis for the established regression model

方差来源模型A B C ABAC

平方和95.125.7821.01.180.230.13

自由度911111

均方10.575.7821.01.180.230.13

F值23.2512.7146.21119.160.520.27

P0.00020.00920.0003＜0.00010.49620.6162

显著性********

141

2020年第2期China Food Additives分析测试

方差来源BCA2B2C2残差失拟项纯误差总变异

平方和0.752.53.425.813.182.111.08.3

自由度111173416

均方0.752.53.425.810.450.70.27　

2.61

0.1884

F值1.5.517.5112.79

P0.24120.05140.020.009

***显著性

中国食品添加剂

注：** 表示极显著差异，* 表示显著差异。

总多酚总量

1411总多酚总量 85280.00

40.00

40.00

74.0035.00

68.00

30.0062.00

25.0056.00A：料液比B：温度

50.0020.00

80.0074.00B：温度68.0062.0056.0050.0020.00

25.0030.00A：料液比

35.00

图5 料液比与浸提温度对多酚含量的交互影响（左：等高线图；右：响应面图）

Figure 5 Interactive effects of material-liquid ratio and extraction temperature on polyphenols

（left：contour plot，right： surface plot）

55.0046.00C：乙醇浓度37.0028.0019.0010.00

50.00

总多酚总量

1411总多酚总量56.00

62.00

68.00

74.00

80.00

B：温度

852

80.0055.00

46.0074.00

37.0068.00

28.0062.00

19.00C：乙醇浓度56.00B：温度

10.0050.00

图6 乙醇浓度与浸提温度对多酚含量的交互影响（左：等高线图 ；右：响应面图）

Figure 6 Interactive effects of ethanol concentration and extraction temperature on polyphenols

（left：contour plot，right： surface plot）

142

2020年第2期分析测试China Food Additives55.0046.00C：乙醇浓度37.0028.0019.0010.0020.00

总多酚总量总多酚总量

1411852

中国食品添加剂

40.0055.00

46.0035.00

37.00

30.0028.00

25.00C：乙醇浓度A：液料比19.00

10.0020.00

25.0030.00A：液料比

35.0040.00

图7 乙醇浓度与料液比对多酚含量的交互影响（左：等高线图 ；右：响应面图）

Figure 7 Interactive effects of ethanol concentration and material-liquid ratio on polyphenols

（left：contour plot，right： surface plot）

由图5可见，浸提温度的变化曲面较陡，表明浸提温度比料液比对芒果叶多酚含量影响大。图6显示，在乙醇浓度接近10%，浸提温度接近80℃时芒果叶多酚含量接近最大值，乙醇浓度的影响大于浸提温度。图7中当乙醇浓度接近10%，料液比接近1∶40时芒果叶多酚含量接近最大值，乙醇浓度的影响大于料液比，与回归方程得到的结果一致。

2.4.3 工艺条件优化及验证试验

由Design-Expert8.0.6.1软件得到优化后的工艺参数为：料液比1∶37.85，浸提温度76.48℃，乙醇浓度10%，考虑实际操作，确定最佳工艺条件为浸提时间1.5h，料液比1∶38，浸提温度76℃，乙醇浓度10%。在此条件下进行3次平行验证试验，得芒果叶中多酚含量的平均值为13.22mg/g，相对偏差为2.94%，与模型预测值接近，说明模型预测较为准确，响应面法优化芒果叶多酚的浸提工艺可靠。

酚含量的实测值与响应面法优化的预测值接近。

在提取芒果叶中的多酚之前先用石油醚脱脂，是因为考察乙醇浓度对芒果叶多酚含量的影响时可见，随着乙醇浓度的增大，提取液的颜色呈现出绿色，分析其原因是由于随着乙醇浓度的增大，溶剂极性减小，芒果叶中的部分脂溶性物质溶出对显色产生了影响。实验对比发现，脱脂后的芒果叶中多酚提取率有所升高，因此本实验采用石油醚脱脂后的芒果叶进行研究。

目前植物中多酚含量测定的方法有福林酚法、酒石酸亚铁法、普鲁士蓝法、高锰酸钾法 等［15-17］，其中酒石酸亚铁法是利用亚铁离子在一定pH下与提取液中的多酚物质形成蓝紫色络合物，在0nm有最大吸收的原理进行测定，该法所用试剂廉价易得，操作简单，重现性好。因此本实验采用浸渍法对芒果叶中多酚进行提取，酒石酸亚铁比色法测定多酚含量。

参考文献：

3 结论

在单因素基础上，采用响应面法对乙醇浓度、料液比、浸提温度等因素对芒果叶中多酚含量的影响进行了优化，回归模型拟合良好，确定最佳提取条件为浸提时间1.5h，料液比1∶38，浸提温度76℃，乙醇浓度10%。此条件下芒果叶中多

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2020年第2期China Food Additives分析测试

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中国食品添加剂

2020中国国际天然提取物和健康食品配料展览会

FIC-健康展 2020

暨第二十届全国秋季食品添加剂和配料展览会

展出时间：2020 年 11 月 24 日～26 日

展出地点：广州中国进出口交易会展馆（阅江中路382号） 9.1馆、10.1馆、11.1馆

主办单位：中国食品添加剂和配料协会 《中国食品添加剂》杂志社有限公司 北京中食添会展中心

地址：北京市朝阳区朝外大街甲 6 号万通中心 C 座 1402 室电话：010-59795833 传真：010-59071335 59071336电子信箱：cfaa1990@126.com 联系人：张越宸 尹胜利 陈艳燕展会网址：www. cfaa.cn144

2020年第2期