应用响应面法优化桑叶多糖_黄酮和生物碱联合提取工艺条.pdf
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1、Science of Sericulture蚕业科学收稿日期:2013 03 17接受日期:2013 03 25资助项目:现代农业产业技术体系专项(CARS-22),国家自然科学基金项目(No 31071534),广东省自然科学基金团队项目(No9351064001000002),广东省科技计划项目(No 2011-A030100003),广州市科技计划重大专项(No 2011Y2-00009),广州市珠江科技新星专项(穗科信字 2013 6 号)。第一作者信息:刘凡(1983 ),男,博士,助理研究员。E-mail:liufan1234126 com通信作者信息:廖森泰,研究员,硕士生导师。
2、E-mail:liaost163 com*Corresponding author E-mail:liaost163 com2013,39(3):0568 0575ISSN 0257 4799;CN 32 1115/SE-mail:CYKE chinajournal net cn应用响应面法优化桑叶多糖、黄酮和生物碱联合提取工艺条件刘凡黄勇廖森泰肖更生邹宇晓施英穆利霞刘军沈维治(广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所,广东省农产品加工重点实验室,广州510610)摘要为了高效提取桑叶活性物质,采用热水浸提桑叶中的多糖和黄酮后,再用乙醇-盐酸溶液进一步提取桑叶生物碱,并通过响应面法优化3 类桑叶
3、生物活性物质的联合提取工艺条件。优化后的桑叶多糖和黄酮提取工艺条件为提取时间93 min、提取温度 81、料液质量浓度 0.05 g/mL、提取次数 4 次,在此条件下实测桑叶多糖和黄酮的提取得率分别为 15.574%、2.693%;优化后的桑叶生物碱提取工艺条件为提取时间 142 min、料液质量浓度 0.04 g/mL、乙醇体积分数 26.0%、提取次数3 次,在此条件下实测桑叶生物碱的提取得率为 0.398%。建立的回归模型拟合性好,可用于预测桑叶活性物质提取得率。关键词桑叶;多糖;黄酮;生物碱;工艺条件;响应面法中图分类号S888;S886 9;R284 2文献标识码B文章编号0257
4、 4799(2013)03 0568 08Process Optimization for Combined Extraction of Polysaccharide,Flavones and Alkaloid from Mulberry Leaves by Response SurfaceMethodologyLIU FanHUANG YongLIAO Sen-Tai*XIAO Geng-ShengZOU Yu-XiaoSHI YingMU Li-XiaLIU JunSHEN Wei-Zhi(Sericulture Agri-food Research Institute,Guangdong
5、 Academy of Agricultural Sciences,Key Laboratory of Agro-foodScience and Technology of Guangdong,Guangzhou 510610,China)AbstractTo obtain active substances from mulberry leaves efficiently,we first extracted polysaccharide and flavonesfrom mulberry leaf by hot water method,and then extracted alkaloi
6、d from mulberry leaf using ethanol-hydrochloric acidsolution The combined process for extracting these three active substances from mulberry leaf was optimized by re-sponse surface methodology The optimized condition for extracting polysaccharide and flavones from mulberry leaf wasextraction time 93
7、 min,extraction temperature 81,mass concentration of raw material 0.05 g/mL,and 4 times of ex-traction Under this condition,the actual extraction yield of polysaccharide and flavones was 5.574%and 2.693%,re-spectively The optimized condition for extracting alkaloid from mulberry leaf was extraction
8、time 142 min,mass concen-tration of raw material 0.04 g/mL,volume fraction of ethanol 26.0%,and 3 times of extraction Under this condition,theactual extraction yield of mulberry leaf alkaloid was 0.398%The result indicated that the established model had good fit-ting performance,and could be used to
9、 predict theextraction yield of active substances from mulberry leavesKey wordsMulberry leaf;Polysaccharide;Flavones;Al-kaloid;Technological condition;Response surface meth-odology桑叶是我国传统的中药材,也是国家卫生部公布的药食两用资源,其药用价值早在神农本草经中就有记载1。桑叶具有降血糖等多种药理活性,第 3 期刘凡等:应用响应面法优化桑叶多糖、黄酮和生物碱联合提取工艺条件569中医一直把桑叶作为糖尿病治疗药方的重
10、要配伍之一。本草纲目 对桑叶的记载有“汁煎代茗,能止消渴”、“灸熟煎饮,代茶止渴”,所指消渴症相当于现代医学的糖尿病。现代医药学研究证实桑叶中的多糖、黄酮和生物碱等是桑叶降血糖活性的重要物质基础2 6。桑叶多糖、黄酮和生物碱等活性物质的提取工艺技术已有较多的研究报道7 11,这些研究大部分是针对桑叶中某一种活性物质的提取工艺技术,仅有少数研究是同时提取桑叶中 2 种或 2种以上活性物质。李先佳等12通过正交试验对桑叶黄酮和多糖成分的提取工艺进行优化,结果表明用水提法对桑叶黄酮和多糖进行共同提取是可行的。刘杰等13通过正交试验优化对桑叶黄酮和生物碱的同步提取工艺,结果表明用酸性醇溶液(pH=2)
11、能较好地实现桑叶黄酮和生物碱的共同提取,而且提取率较高。但这些研究均未对提取后的桑叶残渣进行处理,未能实现桑叶资源的充分利用。本研究以桑叶粉为原料,采用热水浸提桑叶多糖和黄酮,再用乙醇-稀盐酸溶液从桑叶残渣中提取生物碱,并应用响应面法(response surfacemethodolo-gy,RSM)对联合提取桑叶中 3 类活性物质的工艺条件进行优化,实现高效提取桑叶活性物质的目的。1材料与方法1 1材料及主要试剂和仪器供试桑品种为大 10,栽植于广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所国家桑树种质资源华南分圃。采摘供试桑品种5 年生植株的 7 17 位叶,新鲜桑叶于60 烘干至恒重,粉碎过60
12、 目筛,备用。葡萄糖,芦丁,4-羟基哌啶,重蒸苯酚,硫酸,硝酸铝,亚硝酸钠,氢氧化钠,丙酮,盐酸,乙醇,皆为国产分析纯。HWS26 型电热恒温水浴锅(上海一恒科学仪器有限公司),UV21700 紫外分光光度计(日本岛津),EYELA N21001 旋转蒸发仪(日本东京理化器械株式会社)。1 2桑叶多糖、黄酮和生物碱的联合提取工艺流程取适量桑叶粉用热水浸提得到含有桑叶多糖和黄酮的水溶液,桑叶残渣用乙醇-盐酸溶液提取得到含有桑叶生物碱的乙醇-盐酸溶液。提取工艺流程如图 1 所示。图 1桑叶多糖、黄酮和生物碱的联合提取工艺流程示意图Fig 1Flow chart of combined extrac
13、tion technological process for polysaccharide,flavones and alkaloid from mulberry leaves1 3提取工艺条件的单因素试验13 1桑叶多糖和黄酮提取工艺条件分别以桑叶多糖和黄酮提取得率为考察指标,各因素基本设置为提取时间 60 min、提取温度 70、料液质量浓度 0.050 g/mL、提取次数 1 次,分别对其中某一个因素做调整进行单因素试验。提取时间分别调整为 30、60、90、120、150、180 min,提取温度分别调整为 50、60、70、80、90,料液质量浓度分别调整为 0.033、0.040、
14、0.050、0.067、0.100 g/mL,提取次数分别调整为 1、2、3、4、5 次,考察各单因素对桑叶多糖和黄酮提取得率的影响。每个处理重复 3 次。13 2桑叶生物碱提取工艺条件以桑叶生物碱提取得率为考察指标,基本设置为提取时间60 min、料液质量浓度 0.05 g/mL、乙醇体积分数 25%(用0.05 mol/L 盐酸溶液配制)、提取次数 1 次,分别对570蚕业科学2013;39(3)其中某一个因素做调整进行单因素试验。提取时间分别调整为 30、60、90、120、150、180 min,料液质量浓度分别调整为 0.033、0.040、0.050、0.067、0.100g/mL
15、,乙醇体积分数分别调整为 15%、20%、25%、30%、35%、40%,提取次数分别调整为 1、2、3、4、5次,考察各单因素对桑叶生物碱提取得率的影响。每个处理重复 3 次。1 4提取工艺条件的优化试验在桑叶多糖和黄酮与生物碱提取工艺条件的单因素试验基础上,确定 Box-Behnken 设计的中心点,分别选取 4 因素 3 水平设计试验,对桑叶多糖和黄酮与生物碱的提取工艺条件通过响应面分析法进行优化,并按优化条件进行验证试验。每个处理重复3 次。1 5活性成分含量测定与提取得率计算方法1 5 1桑叶多糖含量测定采用改进的苯酚-硫酸法14 测定。以葡萄糖为标准品,利用葡萄糖标准曲线计算桑叶多
16、糖含量。以葡萄糖溶液质量浓度(g/mL)为横坐标,D(490 nm)为纵坐标,得标准曲线方程:y=0.011 4x+0.026 7,R2=0.999 2。1 5 2桑叶黄酮含量测定采用硝酸铝-亚硝酸钠比色法15 测定。以芦丁为标准品,利用芦丁标准曲线计 算 桑 叶 黄 酮 含 量。以 芦 丁 溶 液 质 量 浓 度(g/mL)为横坐标,D(510 nm)为纵坐标,得标准曲线方程:y=0.006 3x 0.007 6,R2=0.999 3。1 5 3桑叶生物碱含量测定采用雷氏盐比色法11 测定。以 4-羟基哌啶为标准品,利用 4-羟基哌啶标准曲线计算桑叶生物碱含量。以 4-羟基哌啶溶液浓度(mo
17、l/L)为横坐标,D(523 nm)为纵坐标,得标准曲线方程:y=21.154 0 x+0.007 5,R2=0.999 8。15 4活性物质提取得率的计算准确称取桑叶粉样品(10.00 g/份),按“1 2”中的方法提取获得桑叶多糖、黄酮和生物碱提取液。将提取液适度稀释后,分别按“1 5 1”、“1 5 2”和“1 5 3”的方法测定桑叶多糖、黄酮、生物碱溶液的吸光度,利用回归方程计算多糖、黄酮的质量浓度()和生物碱浓度(c),再按公式(1)计算桑叶多糖、黄酮的提取得率,按公式(2)计算桑叶生物碱的提取得率。多糖和黄酮的提取得率=D VW 106 100%(1)。式中:为从回归方程中求得的多
18、糖和黄酮的质量浓度(g/mL),D 为稀释因子,V 为溶液总体积(mL),W 为 样 品 质 量(g)。生 物 碱 的 提 取 得 率=c D V MW 103 100%(2)。式中:c 为从回归方程中求得的生物碱浓度(mol/L),D 为稀释因子,V 为溶液总体积(mL),M 为 4-羟基吡啶的摩尔质量(g/mol),W 为样品质量(g)。1 6数据统计分析采用 SAS v9.1 和 SPSS v16.0 软件对试验数据进行统计分析,处理间差异采用 LSD 法(Least Sig-nificant Difference)比较,显著性水平 P 0.05。2结果与分析21提取工艺各个因素对 3
19、类桑叶生物活性物质提取效果的影响21 1对桑叶多糖和黄酮提取效果的影响在桑叶多糖和黄酮提取工艺条件的单因素试验中,提取时间、提取温度、料液质量浓度和提取次数对桑叶中多糖和黄酮的提取效果的影响见图 2。结果显示,当提取时间为 90 min 时,桑叶多糖和黄酮的提取得率相对较高,继续延长提取时间对其提取得率的影响不明显;当提取温度为 80 时,桑叶多糖和黄酮的提取得率达到峰值,升高或降低提取温度均会明显影响提取效果;当原料质量浓度为0.05 g/mL 时,桑叶黄酮的提取得率最高,同时桑叶多糖的提取得率也相对较高,继续降低原料质量浓度(即增加提取溶剂用量)对多糖提取效果无显著影响;而提取次数为 3
20、次时,桑叶多糖和黄酮的提取得率均达到较高水平,继续增加提取次数对提取效果无显著影响。确定共同提取桑叶多糖和黄酮的单因素适宜条件为:提取时间90 min,提取温度80,原料质量浓度 0.05 g/mL,提取次数 3 次。21 2对桑叶生物碱提取效果的影响在桑叶生物碱的提取工艺条件的单因素试验中,提取时间、料液质量浓度、乙醇体积分数和提取次数对桑叶中生物碱的提取效果的影响见图 2。结果显示,在提取时间为 120 min、料液质量浓度为 0.05 g/mL、乙醇体积分数为 25%、提取次数为 2 次时桑叶生物碱的提取得率相对较高。确定提取桑叶生物碱的单因素适宜条件为:提取时间 120 min,料液质
21、量浓度 0.05 g/mL,乙醇体积分数 25%,提取次数2 次。第 3 期刘凡等:应用响应面法优化桑叶多糖、黄酮和生物碱联合提取工艺条件571不同字母表示存在显著差异(P 0.05)。Different letters indicate significant difference(P 0.05)图 2提取工艺条件对 3 类桑叶生物活性物质提取得率的影响Fig 2Effect of extraction process conditions on the yield of three kinds of active substances from mulberry leaves572蚕业科学
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