第20卷第4期農(nóng)業(yè)工程學(xué)報Vol 201682004年Transactions of the CSAF荷葉黃酮的乙醇提取工藝優(yōu)化研究蔣益虹(浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院,杭州310029)摘要:研究了荷葉中主要生理活性物質(zhì)黃酮的乙醇提取工藝。將傳統(tǒng)的正交試驗和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法相結(jié)合,提岀了一種新的試驗數(shù)據(jù)分析、處理和優(yōu)化方法,可以充分挖掘試驗信息,定量分析因素變化規(guī)律和尋找參數(shù)最優(yōu)組合。該方法應(yīng)用于葉黃酮的提取工藝優(yōu)化中,獲得了乙醇提取的優(yōu)化工藝條件,即固液比1:30、提取溫度75C、提取時間1h和乙醇濃度50%該優(yōu)化工藝條件,在實際生產(chǎn)中應(yīng)用,不僅減少了生產(chǎn)成本,降低了能耗,而且提高了黃酮的浸提率,取得了較好的成效。關(guān)鍵詞:荷葉;黃酮;提取工藝;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中圖分類號:TS272.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1002-6819(2004)04-0168-04規(guī)律。0引言荷葉( Nelumbo lotus)是睡蓮科植物蓮的葉片和葉材料與方法柄,我國有十分豐富的資源,具有很好的藥、食用價值。1.1試驗材料及設(shè)備《本草綱目》視荷葉為無毒良藥,其性味苦、澀、平,因含多試驗用材料取自2003年7月浙江省建德產(chǎn)新鮮荷種活性成分而具顯著的藥、食療功效η。因此,在1991年葉;蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品購自中國藥品生物制品檢定所;乙醇、磷11月中華人民共和國衛(wèi)生部的衛(wèi)監(jiān)發(fā)(1991)第45號文酸、NaOH、HCl、NaNO2、Al(NO3)3、NaCl均為分析純。件中,荷葉被列入第2批“既是食品又是藥品”的名單之試驗儀器和設(shè)備有:江蘇省常熟市梅苑生化儀器廠生產(chǎn)的DDHZ-30型多用途臺式恒溫振蕩器;上海第三據(jù)研究報道,荷葉含有的豐富的黃酮類化合物,是荷分析儀器廠生產(chǎn)的722型分光光度計;上海第三分析儀葉具有生物抗氧化性、抗衰老、治療心腦血管疾病、降血器廠生產(chǎn)的精密電子天平;國華電器有限公司生產(chǎn)的脂等多種保健功能的主要生理活性物質(zhì)3ˉ。目前,對于HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋;上海雷磁儀器廠生產(chǎn)的pHS荷葉黃酮的提取工藝,主要采用熱水浸提,黃酮類化合25型pH計;上海海菱電器有限公司生產(chǎn)的HL-18型多物中黃酮甙能溶于水、乙醇、甲醇等極性溶劑,而黃酮體功能食品粉碎機(jī)的甙元不溶于水,只溶于乙醇等有機(jī)溶劑因此,采用水1.2試驗方提法不能將荷葉中的黃酮類化合物全部提取出來,而用1.2.1原料預(yù)處理乙醇可以大大提高浸提得率7新鮮荷葉5kg用含0.1%NaCl的磷酸水溶液(pH本文對荷葉黃酮的乙醇提取工藝進(jìn)行研究,荷葉黃3.0)常溫浸沒浸泡3min,淋洗瀝干后70C鼓風(fēng)烘干酮的乙醇提取工藝受到許多因素的影響,各因素間還存至含水率8%以下,粉碎過18目篩,用聚氯乙烯和聚乙在著交互作用,因此,為了考慮各因素對荷葉黃酮提取影烯的復(fù)合膜袋包裝,密封于干燥泡沫箱,置于4C冷庫中響的變化規(guī)律及交互作用,得出最大的黃酮漫提率,我們貯藏備用采用4因素3水平正交試驗設(shè)計,得到了9組試驗提取1.2.2荷葉中黃酮含量的測定液的不同黃酮含量,并從中獲取了較優(yōu)的提取工藝條件蘆丁標(biāo)準(zhǔn)法然而傳統(tǒng)的正交試驗是多因素試驗的部分實施,對因素1)黃酮測定標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備水平的要求和交互作用的考慮有一定的限制,不可避免取濃度為1.9mg/mL的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)液0、0.5、1.0、1.地要混雜一些效應(yīng)或者損失一些信息,不能真正獲得多5、2.0、2.5、3.0mL分裝于7支具塞試管,分別用30%因素連續(xù)區(qū)域中的最優(yōu)試驗方案,只能獲得較優(yōu)的參數(shù)的乙醇補(bǔ)至5mL后混勻,各加0.3mL5%NaNO2,混組合。因此,本文在正交試驗基礎(chǔ)上,提出了應(yīng)用人工神勻靜置5min,各加入0.3mL10%Al(NO3)3,混勻后靜經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),充分挖掘試驗信息,并進(jìn)行仿真優(yōu)化,以期置6min,各加4mL1mol/L的NaOH和0.4mL.30%獲得荷葉黃酮乙靜提取的優(yōu)化工藝,分析備因素的變化乙醇7中國煤化工2型分光光度計于波長510nnCNMHG準(zhǔn)曲線。所取標(biāo)準(zhǔn)液的收稿日期:2003-12-11修訂日期:2004-04-20濃度和度恒數(shù)據(jù)砼凹?xì)w處理,計算得回歸方程為x基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(30170659);杭州市科技局資=(y+0.0003)/1.1056,r=0.9992,其中x蘆丁助項目(2002122A06)作者簡介:蔣益虹(1972-),女,浙江慈溪人,博土,講師,從事食品科含量,mg/L-:y—波長510mm處測定吸光度值。結(jié)果學(xué)與發(fā)藪據(jù)浙江杭州浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)表明蘆丁含量在0.19~0.60mg/mL范圍內(nèi)與吸光度值院,31002線性關(guān)系良好第4期蔣益虹:荷葉黃酮的乙醇提取工藝優(yōu)化研究1692)荷葉中黃酮含量的測定BDA3C1,即固液比為1:40,提取溫度為90C,提取時稱取5g荷葉粉末,放入圓底燒瓶中加入一定量一間為1h,乙醇濃度為50%。定濃度的乙醇溶液(乙醇數(shù)量和濃度由正交試驗安排而2.2最優(yōu)黃酮提取工藝的確定定),圓底燒瓶上接40cm冷凝管,在一定溫度下,冷凝回2.2.1人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的應(yīng)用流浸提后過濾,用測定標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法處理樣品,在722人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)正交試驗方法相結(jié)合,通過對型分光光度計上于波長510nm處測定吸光度值,對照正交試驗結(jié)果進(jìn)行建模和分析,可以充分挖掘試驗信息標(biāo)準(zhǔn)曲線或代入回歸方程,得到黃酮的含量變離散數(shù)據(jù)為連續(xù)數(shù)據(jù),方便地進(jìn)行仿真、評估和優(yōu)化,1.2.3提取工藝設(shè)計并能對各主要因素的變化進(jìn)行敏感性仿真分析,模擬仿采用L(43)正交試驗設(shè)計,考察固液比、提取溫度、真各因素的變化規(guī)律和趨勢,獲得多因素連續(xù)區(qū)域中的提取時間和乙醇濃度對提取液中黃酮含量的影響,以確最優(yōu)組合,同時也為分析各因素的變化規(guī)律和因素間的定較優(yōu)黃酮提取工藝。在參考相關(guān)文獻(xiàn)和前期試驗的基交互作用提供定量化的分析方法因而,該方法的特點是礎(chǔ)上確定了試驗因素的水平,考察因素和水平如表1所既不需要增加試驗次數(shù)(采用正交回歸設(shè)計和正交旋轉(zhuǎn)在正交試驗所得較優(yōu)工藝的基礎(chǔ)上,應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模設(shè)計需要做大量的試驗),又能定量分析因素變化規(guī)律和型對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬、仿真和優(yōu)化,得到優(yōu)化的黃酮提尋找參數(shù)最優(yōu)組合。取工藝條件。取正交試驗中固液比、提取溫度、提取時間、乙醇濃表1荷葉黃酮提取因素及水平度數(shù)據(jù)作為樣本,數(shù)據(jù)見表2。將提取工藝中4個因素Table 1 Extraction factors and levels of(即x1、x2、x3、x4)的9個試驗值(記為k)作為樣本輸入,flavonoid in lotus leaves即(x1,x2,x,x)為第k個輸入樣本。將第k次試驗得水平固液比提取溫度/C提取時間/h乙醇濃度/%到的黃酮含量作為第k個輸入樣本對應(yīng)的教師,即(xx21,x31,xu)為第1個樣本;(x12,x2,x32,x12)為第2個樣本,…,(x19,x2,x3,x)為第9個樣本,對應(yīng)的教師為t2結(jié)果與分析取精度ε=0.00001,輸入層節(jié)點數(shù)為4,隱含層取4個節(jié)點,輸出層一個節(jié)點,建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型10,用2.1正交試驗結(jié)果與分析Visual basic編制程序在586微機(jī)上迭代50643次后,得以提取液中的黃酮含量為指標(biāo),分析黃酮提取工藝到輸出值。數(shù)據(jù)仿真計算值與實際值相比,誤差都小于的正交試驗結(jié)果(見表2)。1%(見表2)。表2荷葉黃酮提取正交試驗及仿真結(jié)果2.22對主要因素進(jìn)行仿真和優(yōu)化分析Table 2 Orthogonal design and simulation results在正交試驗所獲得的較優(yōu)工藝的基礎(chǔ)上,改變一種of flavonoid extraction in lotus leavesD黃酮含黃酮含影響因素值,固定其他三種影響因素值,應(yīng)用所建立的神序號(固液比)(提取溫(提取時(乙醇濃量實測量仿真經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行模擬Ⅲ,結(jié)果如圖1~4所示。1(1:20)1(70)1(1.0)1(50)1.40331.403121(1:20)2(80)2(1.5)2(70)1.39881.39791(1:20)3(90)3(2.0)3(90)1.37621.376(1:30)1(70)2(1.5)3(90)1.30381.309252(1:30)2(80)3(2.0)1(50)1.41691.41701522(1:30)3(90)1(1.0)2(70)1.50731.50873(1:40)1(70)3(2.0)2(70)1.40781.40783(1:40)2(80)1(1.0)3(90)1.41241.41231:351:403(1:40)3(90)2(1.5)1(50)1.55261.54661.39281.37161.4411.45761.40931.40941.41841.438圖1固液比變化對黃酮含量的影響45761,47871.40031.3641Table 1 Effects of different solid-liquidR0.06480.10710.04070.0935ratios on flavonoid contents因索主次注K,A和A分別售圖素在13和3水平的黃含量之和,點液比的從亡中國煤化工:在二足地圍內(nèi)M著固CNMH比達(dá)到γ巴瓜比的提高,荷葉黃酮提取效從表2的極差分析結(jié)果可以得出:影響荷葉黃酮提果的提高已不是很明顯,考慮到提取工藝成本,取1:30取效果各因素的主次順序為B(提取溫度、D(乙醇濃為荷葉黃酮提取的最佳固液比。從圖2可以看出,在一定度)、Δ(固液數(shù)琚C(提取時間)。本試驗以提取液中黃的范圍內(nèi),提取溫度越高,黃酮提取效果就越酮含量越高越好,故同時可得出較優(yōu)試驗組合為好,但是當(dāng)溫度達(dá)到75C以上時,提取效果的變化就不農(nóng)業(yè)工程學(xué)報2004年醇濃度50%。2.2.3優(yōu)化結(jié)果的試驗驗證想1.55經(jīng)試驗驗證,應(yīng)用優(yōu)化得到的最優(yōu)工藝條件提取,測得的黃酮含量為1.537%。而按正交試驗得岀的較優(yōu)試1,54驗組合BD1A3C1,測得的黃酮含量為1.5526%。說明采用優(yōu)化工藝條件獲得了黃酮含量高于正交試驗各組合且在實際生產(chǎn)中可以節(jié)省成本,降低能耗,取得了較好的提取溫度/℃效果圖2提取溫度變化對黃酮含量的影響Table 2 Effects of different extracting3結(jié)論temperatures on flavonoid contents)研究了采用乙醇提取荷葉黃酮的方法和工藝。正交試驗結(jié)果得出,影響荷葉黃酮提取效果各因素的主次1.56順序為提取溫度、乙醇濃度、固液比和提取時間1.542)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)的正交試驗相結(jié)合,充分挖掘試驗數(shù)據(jù)的信息,建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,通過仿真、評估和優(yōu)化,結(jié)合生產(chǎn)實際,獲得了優(yōu)化的提取工藝為:固液比1:30,提取溫度75C,提取時間1h,乙醇濃度50%。3)從模型的仿真結(jié)果看,預(yù)測精度高,相對誤差均小于1%,并經(jīng)試驗驗證,應(yīng)用優(yōu)化工藝提取的黃酮含量圖3提取時間變化對黃酮含量的影響高于正交試驗得出的較佳組合,且節(jié)省了成本,降低了能Table 3 Effects of different extracting time耗。表明將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)正交試驗方法相結(jié)合提出的新的試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理方法是可行的,實現(xiàn)了既不需要增加試驗次數(shù),又能定量分析因素變化規(guī)律和尋找參數(shù)最優(yōu)組合,為各影響因素的定量分析和植物中有效成分的提取工藝試驗分析提供了一種新的途徑501]李時珍.本草綱目[M].北京:人民衛(wèi)生出版社,1978:1899匚2]陶波,陳慕英,等.荷葉藥用研究概況[].中醫(yī)藥信息2001,18(2):4乙畔濃度[3] Cao G H, Emin Sofic. Antioxdant and prooxidant behaviorof flavonoids structure-activity relationships [J]. Free圖4乙醇濃度變化對黃酮含量的影響Radical Biology & Medicine, 1997,22(5):749Table 4 Effects of different ethanol[4]吳立軍.天然藥物化學(xué)[M].北京:人民衛(wèi)生出版社,2003,concetrations on flavonoid contents173-17大明顯,考慮到提取工藝成本等原因因此最終確定提取5]彭芳黃酮類化合物的生物學(xué)作用]大理醫(yī)學(xué)院學(xué)報溫度為75C。從圖3可以看出,在一定時間范圍內(nèi),提取時間對黃酮提取效果影響不大,總體趨勢是隨著時間的6]陳海光余以剛曾慶孝等荷葉功能成分的提取研究[食品與機(jī)械,2001,5:16-17增加反而降低。致使這一現(xiàn)象的可能原因是隨著時間的[7]劉成梅,游海天然產(chǎn)物有效成分的分離與應(yīng)用M北推移有些在乙醇溶液中對熱不穩(wěn)定的黃酮類物質(zhì)分解或京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003,170-237轉(zhuǎn)化,引起黃酮含量反而降低。因此,最終確定提取時間8]張際先.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用匚].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報為1h。從圖4可以看出,乙醇濃度在50%時達(dá)到最佳提1995,11(1):28-34取效果,隨著濃度的增加提取效果反而降低,由于黃酮是9]丁利群,吳振輝蔡創(chuàng)海.槐花中黃酮類物質(zhì)提取工藝的研大類物質(zhì),部分是水溶性的,部分是醇溶性的,由圖究V山中國煤化工1)可以看出在乙醇濃度達(dá)到50%的時候,提取出來的黃酮10蔣CNMHG鐘經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化[.農(nóng)業(yè)工量最多,因此,最后確定最佳提取乙醇濃度為50%。從以程學(xué)報.2002,18(5)上分析可知,荷葉黃酮提取的優(yōu)化工藝條件是:固液比1[11 Lacher c. Back-propagation learning in expert network:30,提取溫度75℃,提取時間1h,乙[JJ. IEEE Transaction on Neural Networks, 1992,3(1):62第4期蔣益虹:荷葉黃酮的乙醇提取工藝優(yōu)化研究171Optimum extracting technology of flavonoids in lotus leaves with ethanolJiang Yihongingineering and Food Science, Zhejiang University, HangaAbstract The extracting technology of flavonoids in lotus leaves with ethanol was studied. Combined artificialneural network (ANN) with traditional orthogonal design, a new method of test data analyzing, processing andoptimizing was put forward. With this method the test information can be fully used, the change regularity of eachfactor can be analysed and the optimum combination can be found. By using this new method, the optimumextraction condition was obtained as follows: extracting temperature 75 C, ethanol concentration 50%, ratio ofsolid-liquid 1 30 and extracting time 1 h. Applying this extracting technology, the costs of production waseduced, the energy consuming was decreased, and the flavonoid content was increased. The results show that thnew method is reasonable and practicableKey words: lotus leaf flavonoids extracting technology; artificial neural network中國煤化工CNMHG