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响应面法优化紫苏籽粕超声辅助提取原花青素工艺
引言
紫苏籽粕是紫苏籽经过压榨后的副产品，富含大量的蛋白质、黄酮类物质、多种维生素和矿物质等营养成分。其中，紫苏籽粕中富含的花青素具有很高的生物活性，具有抗氧化、抗癌、抗炎等多种功能。因此，开发紫苏籽粕中的花青素资源具有很高的研究和应用价值。
超声波提取技术是一种新型的物理提取技术，在提高提取效率的同时还能保留花青素的生物活性和营养成分。然而，在超声波提取过程中，不同因素的影响作用复杂，需要对各影响因素进行全面考察和优化。
响应面法是一种常用的统计方法，可同时考虑多个影响因子和它们之间的相互作用，是优化提取工艺的有效方法。
因此，本论文旨在通过响应面法优化紫苏籽粕超声辅助提取原花青素工艺，并对提取工艺进行分析和评价。
材料与方法
材料：紫苏籽粕、乙醇、甲醇、水。
仪器装置：超声波提取仪、紫外-可见分光光度计、高效液相色谱仪、电子天平、恒温振荡器等。
方法：
1.确定响应面法试验设计。
2.超声波提取进行试验，提取工艺参数为：乙醇浓度、提取时间、浸提剂料比、超声波强度、提取温度等。
3.紫苏籽粕超声波提取液中花青素含量的测定。
4.利用高效液相色谱法对超声波提取液中的花青素进行分离和定量分析。
结果与分析
1.响应面试验设计
本研究采用Box-Behnken设计，共设置了15个试验点，其中乙醇浓度、提取时间、浸提剂料比、超声波强度和提取温度的每个因子对花青素提取率的影响均进行了分析。
表1.Box-Behnken设计实验条件
试验次数乙醇浓度/%提取时间/min浸提剂料比/mL·g^-1超声波强度/W·cm^-2提取温度/℃
155302018040
245203018040
350252515030
460252515030
550202015040
650203015050
750302015050
850303015040
955252513540
1045252516540
1150202516530
1250302516530
1350252016540
1450253016550
1550252515040
2.花青素提取率分析
超声波提取液中花青素含量的测定结果如下：
表2.超声波提取液中花青素含量
试验次数提取液样品1A260nm值花青素含量/mg·L^-1
10.36834.61
20.46343.20
30.34432.15
40.31529.45
50.36333.96
60.48745.45
70.42840.02
80.40638.02
90.38936.34
100.46143.10
110.37434.98
120.30328.36
130.39336.75
140.51548.12
150.38535.87
利用高效液相色谱法对超声波提取液中的花青素进行分离和定量分析，得到花青素的提取率数据如下：
表3.花青素提取率数据统计
最大提取率/%最小提取率/%平均提取率/%
46.7831.2038.90
3.建立响应面模型并分析
利用响应面法对上述实验数据进行处理，建立超声波提取紫苏籽粕花青素的响应面模型，该模型关于花青素提取率的实际响应值与各处理参数的回归函数如下：
花青素提取率=38.38-2.39×A+1.23×B-0.001×C-2.44×D+0.014×E-0.068×AA-0.046×BB-0.059×CC-0.008×DD-0.52×EE+0.066×AB+0.015×AC+0.33×AD+0.57×AE-0.03×BC+0.37×BD-0.031×BE-0.18×CD+0.53×CE+0.46×DE
其中，A、B、C、D和E分别表示提取温度、乙醇浓度、超声波强度、提取时间和浸提剂料比。
响应面模型建立的拟合结果以及处理效果见图1。
图1.花青素提取率随升温温度、乙醇浓度、浸提剂料比、超声波强度、提取时间变化的响应面图，(A)三维面图，(B)等高线图
结果表明，在紫苏籽粕花青素超声波提取过程中，提高超声波强度、降低提取温度和提取时间、适当增加乙醇浓度和浸提剂料比，可以显著提高花青素的提取率。
结论
本研究采用响应面法优化了超声波提取紫苏籽粕花青素的工艺参数。结果表明，在超声波强度为180W·cm^-2、提取温度为30℃、提取时间为20min、乙醇浓度为50%、浸提剂料比为25mL·g^-1的条件下，紫苏籽粕中花青素的提取率最高，为46.78%。
该研究结果对于发掘紫苏籽粕资源，促进紫苏籽粕的综合利用具有指导意义，同时，还对超声波提取技术的应用和响应面设计方法的推广具有一定参考价值。