13-环糊精辅助提取茶末总黄酮的工艺优化

冯欢欢，陈识文，高梦祥

（长江大学生命科学学院，湖北 荆州 ４３４０２５）

摘要：以制茶副产物茶末为原料，采用β－环糊精辅助提取茶末总黄酮，在单因素试验基础上，采用Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ试验设计和响应面分析法研究了料液比（ｇ∶ｍＬ）、β－环糊精含量和提取温度对茶末总黄酮提取率的影响，并建立该工艺的二次多项式模型。结果表明，回归模型具有极显著性，可以对茶末总黄酮提取率进行很好地分析和预测；确定了茶末总黄酮提取工艺的最佳条件为料液比１∶６１．８３（ｇ∶ｍＬ）、β－环糊精含量８．２７％、温度５３ ℃，且在此条件下验证茶末总黄酮提取率为７．８４３％，接近预测值７．８３５％。与传统的水回流法和超微粉碎法相比，β－环糊精辅助提取法高效环保，且提取率更高。

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关键词 ：茶末；总黄酮；β－环糊精；提取；响应面法

中图分类号：Ｓ５７１．１；ＴＳ２７２ 文献标识码：Ａ 文章编号：０４３９－８１１４（２０１５）０４－０９３５－０４

ＤＯＩ：１０．１４０８８／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ０４３９－８１１４．２０１５．０４．０４１

收稿日期：２０１４－０７－１０

基金项目：湖北省自然科学基金项目（２０１３ＣＦＢ３９２）

作者简介：冯欢欢（１９８７－），女，湖北宜城人，在读硕士研究生，研究方向为农副产品深加工，（电话）１３２５７１６２３６８（电子信箱）ｆｓｋｗａｈｈ９９＠１６３．ｃｏｍ；

通信作者，高梦祥（１９７１－），男，陕西武功人，教授，博士，主要从事农副产品深加工和微生物发酵研究，（电子信箱）ｍｘｇａｏ０３９８＠１６３．ｃｏｍ。

中国饮茶历史悠久、人数众多，茶叶资源丰富。调查发现茶叶利用率不高，只有少部分被加工成高档商品茶，大部分都是中低档茶且存在不同程度的滞销，其余的碎末茶和粗老茶等副产品大部分均被遗弃［１］。对其有方向地进行深加工，可实现废物利用，提高茶叶的经济价值。有研究表明，茶叶中的黄酮类化合物具有抗氧化、抗辐射、抗衰老以及免疫调节等作用，在食品、医药、保健品等方面有十分广泛的应用［２］。

目前，黄酮类化合物多采用水浸法和醇提法［３－５］。环糊精（ＣＤ）具有疏水性的内腔和亲水性的表面，因此具有包合特性。且环糊精及其衍生物与传统的载体材料相比，无毒、性质稳定、结构独特，可用来提高植物有效成分的溶解度和稳定性，增强利用率［６－８］。研究表明，环糊精在研磨或溶液搅拌下对芦丁、槲皮素等多种黄酮类物质有包合或吸附作用，可显著提高黄酮的水溶性［９，１０］。本试验采用β-环糊精辅助法提取茶末总黄酮，在单因素试验基础上，依据Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ试验设计原理，采用响应面分析法，优化茶末总黄酮提取工艺条件，提高茶叶原料利用率，产生良好的社会效益和经济效益。

１ 材料与方法

１．１ 材料与设备

绿茶末：湖北五峰汲明茶叶有限公司提供。芦丁标准品、β-环糊精、乙醇、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠等均为分析纯。

ＬＧ-５００Ａ型高速万能粉碎机，瑞安百信药机械厂；ＴＵ-１９００型双光束紫外可见光分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；ＲＥ-２０００Ｂ型旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂；ＴＬ-１８Ｍ型台式高速冷冻离心机，上海市离心机械研究所；ＢＳＡ２２３Ｓ型电子天平，赛多利斯科学仪器有限公司；ＨＨ-４型数显恒温水浴锅，金坛市杰瑞尔电器有限公司。

１．２ 方法

１．２．１ 芦丁标准曲线的制作［11］ 精确称取１２０ ℃减压干燥至恒重的芦丁标准品１４．３ ｍｇ，用９５％乙醇充分溶解，定容至５０ ｍＬ，即得浓度为０．２８６ ｍｇ／ｍＬ的芦丁标准溶液。精密吸取该芦丁样品溶液０、０．５、１．０、２．０、３．０、４．０、５．０ ｍＬ于２５ ｍＬ容量瓶中，加去离子水至６ ｍＬ，分别加５％ ＮａＮＯ２溶液１．０ ｍＬ，摇匀，放置６ ｍｉｎ，然后分别加１０％ Ａｌ（ＮＯ３）３溶液１．０ ｍＬ，摇匀，放置６ ｍｉｎ，再分别加４％ ＮａＯＨ溶液１０ ｍＬ，最后加去离子水定容至刻度，摇匀，放置２０ ｍｉｎ，５１０ ｎｍ处测吸光度，重复测量３次，以质量ｍ（ｍｇ）与吸光度Ａ进行线性回归，即得回归方程：ｍ＝１．９２１ ２Ａ＋０．０１０ ３，Ｒ２＝０．９９７ ８。

１．２．２ 茶末总黄酮的提取工艺 取２０ ｇ茶末与一定量β-环糊精混合，粉碎，过１００目筛，取１ ｇ的细粉放入１５０ ｍＬ的锥形瓶中，加入一定量的去离子水，在一定温度下搅拌１５ ｍｉｎ，８ ０００ ｒ／ｍｉｎ离心１０ ｍｉｎ，取上清液，沉淀重复提取２次，合并上清液，旋转蒸发，得浸膏，用９５％乙醇溶解、过滤、定容到５０ ｍＬ，即得待测液。

１．２．３ 总黄酮提取率的测定 精密吸取０．５ ｍＬ的待测液于２５ ｍＬ容量瓶中，参照“１．２．１”的做法测量吸光度，根据以下公式计算总黄酮提取率：

ｙ＝ｍ×Ｎ／Ｍ×１００％

式中，ｍ为根据芦丁标准曲线回归方程计算出的测量液的总黄酮质量；Ｎ为稀释倍数；Ｍ为称取的茶末样品质量。

１．２．４ 单因素试验 分别考察料液比（ｇ∶ｍＬ，下同）（１∶１０、１∶３０、１∶４０、１∶５０、１∶６０、１∶７０）、β－环糊精占物料质量比（２％、５％、８％、１０％、１２％、１５％）和提取温度（３０、４０、５０、６０、７０、９０ ℃）对茶末总黄酮提取率的影响。

１．２．５ 响应面试验设计 在单因素试验基础上，以料液比（Ａ）、β－环糊精含量（Ｂ）和提取温度（Ｃ）为试验对象，以总黄酮提取率为响应值，进行３因素３水平响应面优化试验，根据Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ试验设计原理［１１－１３］，确定响应面分析试验。因素与水平见表１。

２ 结果与分析

２．１ 单因素试验结果

２．１．１ 料液比对总黄酮提取率的影响 料液比对总黄酮提取率的影响见图１。由图１可知，随着溶剂的增加，总黄酮提取率增高，当料液比达到１∶６０时，提取率达到最大，之后提取率降低，考虑到成本及回收问题，选取１∶６０为最佳料液比。

２．１．２ β－环糊精含量对总黄酮提取率的影响 β－环糊精含量对总黄酮提取率的影响见图２。由图２可知，当β－环糊精含量为８％时，总黄酮提取率最高，可能是总黄酮与β－环糊精达到最佳包合比，因此，选取８％的β－环糊精最佳。

２．１．３ 提取温度对总黄酮提取率的影响 提取温度对总黄酮提取率的影响见图３。由图３可知，在３０～９０ ℃，总黄酮提取率先升高后降低，在５０ ℃时提取率达到最高，可能是在此温度下环糊精能够与黄酮类化合物充分包合，因此，选取５０ ℃为最佳试验温度。

２．２ 响应面试验结果

２．２．１ 二次响应面回归模型的建立与方差分析 采用Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ试验设计，进行３因素３水平响应面优化试验，试验设计及结果见表２。采用Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｘｐｅｒｔ 8.0.6软件对试验数据进行多元回归拟合，以茶末总黄酮提取率ｙ为响应值，料液比（Ａ）、β－环糊精含量（Ｂ）和提取温度（Ｃ）为试验因素，得到多元二次回归模型为：

ｙ ＝-１９．２０２ ５０＋０．２８９ ３７Ａ＋２．８１３ ７５Ｂ＋２．２２７ ００Ｃ＋１．７３４ ７２×１０－１６ＡＢ＋０．０００ ９２５ＡＣ＋０．００８２ ５０ＢＣ－ ０．００２ ６７５Ａ２－０．１９２ ５００Ｂ２－０．００３ ３５０Ｃ２

由表３可知，回归模型极显著（Ｐ＝０．００２ ９＜０．０１），失拟项不显著（Ｐ＝０．３５９ ５＞０．０５），Ｒ２＝０．９６９ ０，说明该回归方程对试验拟合程度比较好，可以用该模型对茶末总黄酮提取率进行分析和预测。其中，一次项Ａ、Ｂ、Ｃ，二次项Ａ２、Ｂ２、Ｃ２均达到极显著水平（Ｐ＜０．０１），交互项对响应值的影响均不显著（Ｐ＞０．０５），说明各试验因素对响应值的影响不是简单的线性关系。其中，各变量的一次项Ｆ值可以很好地反映各因素对总黄酮提取率影响的大小，且Ｆ值越大说明对茶末总黄酮提取的影响越大［１２］，因此由表３可知，β－环糊精含量和料液比对茶叶总黄酮提取率的影响比提取温度的影响大。

２．２．２ 两因素间交互作用的分析 通过Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｘｐｅｒｔ ８．０．６软件对回归结果做响应面和等高线图，结果见图４至图６。各图显示了料液比、β－环糊精含量和提取温度中任意一个变量零水平时，其余两个变量对茶末总黄酮得率的影响。

其中，等高线的形状可以反映各因素之间的交互作用，也可以用来分析和评价任意两个因素对总黄酮提取率的影响。等高线接近于圆形，表示两因素交互作用较小，椭圆形恰好与其相反［１３］。由图４至图６可以看出，料液比和β－环糊精含量的等高线接近圆形，即其交互作用不显著；料液比和提取温度的等高线与β－环糊精含量和提取温度的等高线均呈椭圆形，即他们的交互作用比较明显，对总黄酮提取率影响显著。

图４表示温度为５０ ℃时，β－环糊精含量与料液比对总黄酮提取率的交互作用。随着β－环糊精含量的升高和料液比的降低，提取率先升高后降低。图５表示β－环糊精含量为８％时，料液比与提取温度对总黄酮提取率的交互作用。随着温度的升高和料液比的降低，提取率先升高后降低。图６表示料液比为１∶６０ 时，β－环糊精含量与提取温度对总黄酮提取率的交互作用。随着β－环糊精含量和提取温度的升高，提取率先升高后降低。

通过软件分析，确定最佳工艺为料液比１∶６１．８３、β－环糊精含量８．２７％、提取温度５３ ℃，在此工艺参数下，总黄酮提取率预测值为７．８３５％。为证实模型预测结果的可靠性，按试验得到的最佳优化条件重复试验３次，总黄酮平均提取率为７．８４３％，与预测值比较接近，说明该方程与实际情况拟合很好，响应面法适合用于茶末总黄酮提取工艺条件的回归分析和参数优化。

２．２．３ 提取方法对总黄酮提取率的影响 在最佳工艺条件下比较３种不同提取方法对总黄酮提取率的影响，试验结果见表４。由表４可知，与热回流法和超微粉碎法综合比较，β－环糊精辅助提取法不仅节约时间，降低能耗，而且提取率较高。

３ 结论

在单因素试验基础上，利用软件Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｘｐｅｒｔ 8.0.6，采用响应面法建立了茶末总黄酮提取工艺的二次多项式数学模型。结果表明，模型拟合程度较高，试验误差较小，得到的优化工艺条件为料液比１∶６１．８３、β－环糊精含量８．２７％、温度５３ ℃，在此条件下总黄酮的实际提取率为７．８４３％，与模型预测值较接近。

与热回流法和超微粉碎法相比，β－环糊精辅助提取法高效环保，为低档茶、茶叶下脚料及茶废弃物的处理寻找到了一条新的出路。

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（责任编辑 龙小玲）