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响应面优化柑橘皮色素超声波輔助提取工艺

2020-01-22 01:58:19 柑橘树

摘要:利用超声波輔助技术对柑橘皮色素的较佳提取工艺发起了研究。 应用单因素实验研究提取溶剂的选择、原料破碎粒度、料液比、超声波功率、超声波提取时间、温度对吸光度的影响。 在单因素实验基本上,设计四因素三程度的响应面剖析法对超声波輔助提取柑橘皮色素工艺发起优化,确定较佳工艺条件为: 提取溶剂为无水乙醇,橘皮破碎粒度为 80 目( 0. 198 mm) ,料液比为 1∶ 9,超声波功率为 300 W,提取时间为 17 min,提取温度为 79 ℃,该条件下所提色素的吸光度值较大。
    内地是世界上最大的柑橘产地国之一,柑橘年产量约为1500 万t。 柑橘皮约占整果重的20% ,研究阐明柑橘皮中含有丰厚的精油、色素、果胶、膳食纤维、黄酮类化合物等生物活性物质,而目前我国除了将少量柑橘皮用来提取香精油和制成中药外,大一部分被遗弃。 柑橘皮色素是一类性能较稳定、安全性靠谱的天然色素,其主要成份是柠檬烯与类胡萝卜素的混和物,还富含维生素 E 和稀有元素硒。 传统式的柑橘皮色素提取主要采用无水乙醇、石油醚发起水浴浸提,这种法子不仅实际操作繁复,并且耗费时间,效率低微。 本研究拟采用超声波輔助法提取柑橘皮色素,应用响应面优化法以期换取较佳提取工艺,旨在为柑橘皮的进一步开发设计利用提供科学研究结论。
1 材料与法子
1. 1 实验材料与仪器
1. 1. 1 实验材料
    柑橘皮制作采用市售成熟期柑橘,去掉果肉后,剩鲜橘皮用适量清水冲洗干净,置于烘箱内烘干,避光储存,备用; 无水乙醇为剖析纯; 超纯水。
1. 1. 2 实验仪器
    ES -200A 型电子天平,长沙湘平科技发展有限公司; KQ -500GTDV 型高频恒温数控超声波清洗器,昆山市超声仪器有限公司; UV-2450 型紫外—可见光分光光度计,日本岛津公司; Avanti J -26XP型高效离心机,美国贝克曼库尔独有限公司。
1. 2 实验法子
1. 2. 1 工艺步骤
    柑橘皮→40 ℃鼓风干躁→破碎→过筛→水浴浸提并超声处理→离心→萃取→真空干躁→色素商品。
1. 2. 2 色素提取溶剂的选择和柑橘皮破碎粒度的确定
1) 色素提取溶剂的选择。 准确称量 5 份2. 000 0 g破碎的柑橘皮,分別添加蒸馏水、无水乙醇、乙酸乙酯、石油醚、三氯甲烷各 40 mL,室温浸提120 min 后过滤离心,取上清液稀释同等倍数后,在紫外分光光度计下发起光谱扫描,找到较佳吸收波长,确定最适提取溶剂。
2) 柑橘皮破碎粒度的确定。 准确称量 20 ~ 40目、40 ~60 目、60 ~ 80 目、80 ~ 100 目、100 ~ 120 目柑橘皮粉各 2. 000 0 g 置于 100 mL 烧杯中,分別添加 20 mL 无水乙醇溶液,用玻璃棒搅匀,在室温下浸提 30 min,过滤离心,比色法测吸光度值,研究不同样颗粒大小对提取效果的影响。
1. 2. 3 超声輔助提取柑橘皮色素单因素实验
1) 料液比的确定。 取 6 个 100 mL 烧杯,每个烧杯添加 20 mL 无水乙醇,按质量( g) 与体积( mL) 比为 1∶ 6、1∶ 8、1∶ 10、1∶ 12、1∶ 14、1∶ 16 的料液比,准确称取过 80 目柑橘皮粉分別添加到 6 个烧杯中,在温度为 30 ℃,超声功率为 200 W 条件下,超声波輔助浸提 15 min,取出后过滤、离心,用移液管分別量取1 mL 上清液稀释同等倍数后,测吸光度值,研究不同样料液比对柑橘皮色素提取效果的影响。
2) 超声功率对柑橘皮色素提取效果的影响。分別称取过 80 目柑橘皮粉 2. 000 0 g 于 6 个烧杯中,按料液比 1∶ 20 向烧杯中添加无水乙醇。 用玻璃棒搅拌匀称后,置于超声波产生器中,在温度为 20℃ ,超声波功率分別为 200,250,300,350,400,450W 下浸提 15 min。 测量不同样功率条件下所得提取液的吸光度值,研究超声波功率对柑橘皮色素提取效果的影响。
3) 超声时间对柑橘皮色素提取效果的影响。分別称取过 80 目柑橘皮粉 2. 000 0 g 于 6 个烧杯中,按料液比 1∶ 20 向烧杯中添加无水乙醇。 用玻璃棒搅拌匀称后,置于超声波产生器中,在超声波功率 200 W,温度为 20 ℃ 下分別提取 5,10,15,20,25,30 min。 测量不同样时间条件下所得提取液的吸光度值,研究超声波輔助提取时间对提取效果的影响。
4) 温度对柑橘皮色素提取效果的影响。 分別称取过 80 目柑橘皮粉 2. 000 0 g 于 6 个烧杯中,按料液比 1∶ 20 向烧杯中添加无水乙醇。 用玻璃棒搅拌匀称后,置于超声波产生器中,在超声波功率为200 W,温度分別为 30,40,50,60,70,80 ℃ 下浸提15 min。 测量不同样温度条件下所得提取液的吸光度值,研究超声波輔助提取温度对柑橘皮色素提取效果的影响。
1. 3 响应面优化
    在单因素实验的基本上,选取 A( 液料比) 、B ( 超声波功率) 、C( 提取时间) 、D( 提取温度) 4 个因素综合软件 Design-Expert 8. 05b 中的 Box-Benhnken试验原理,设计四因素三程度试验。
2 结果与剖析
2. 1 色素提取溶剂的选择和柑橘皮破碎粒度的确定结果
2. 1. 1 色素提取溶剂的选择结果
    对不同样溶剂提取柑橘皮色素的提取液发起光谱扫描,可看出该色素的最大吸收波长在 330nm 左右。 蒸馏水、无水乙醇、乙酸乙酯、三氯甲烷的提取效果都不错,但蒸馏水提取液含成份较多,不利于色素的分开剖析,而乙酸乙酯和三氯甲烷成本较高,且三氯甲烷有较强毒性,综合满足到,本实验采用无水乙醇当作提取溶剂,光谱扫描测得乙醇提取液的最大吸收波长为 328 nm,凡是,选择 328 nm 当作本实验的较佳吸收波长。
2. 1. 2 柑橘皮破碎粒度的确定结果
    比色法测不同样粒度条件下色素提取液的吸光度值,可知柑橘皮的破碎粒度对色素的提取有一定影响,破碎粒度过大,色素不可完全从原料中分解出来; 太细,则易结团,闭塞扩散通道,溶液流动性阻力增加,造成提取效果递减。 凡是柑橘皮破碎成 80目时,提取效果较好。
2. 2 单因素实验结果
2. 2. 1 料液比与柑橘皮色素提取效果的关系
    比色法测不同样料液比时色素提取液的吸光度值。较佳料液比为 1∶ 10。
2. 2. 2 超声波功率与柑橘皮色素提取效果的关系
    比色法测不同样功率条件下色素提取液的吸光度值。柑橘皮色素的吸光度随着超声波功率的提高而增加,超声功率在 300 W 时超过最高,后来功率再次增加,吸光度常规保持在一个平稳状态不再增加,为节约能源,实验选择300 W 当作较佳提取功率。
2. 2. 3 超声时间与柑橘皮色素提取效果的关系
    比色法测不同样超声处理时间条件下色素提取液的吸光度值。超声輔助浸提 15min 后吸光度超过最大,再次延长提取时间,吸光度常规无转变,为了节省时间,实验选择 15 min 为色素较佳提取时间。
2. 2. 4 温度与柑橘皮色素提取效果的关系
    可知吸光度随着提取温度的升高而增加,当温度超过 70 ℃时,再次升高溫度,吸光度不再显著增加,趋于平稳。 满足到到过高溫度会造成色素溶解,本实验选择 70 ℃为色素较佳提取温度。
2. 3 响应面优化的结果与剖析
2. 3. 1 响应面优化设计及结果
    应 用 软 件 Design-Expert 8. 05b 中 的 Box-Benhnken 试验原理,以吸光度为响应值。
2. 3. 2 响应面方差剖析
    料液比、超声波功率、提取时间、提取温度、料液比二次、超声波功率二次、提取时间二次、提取温度二次超过极显著程度。 利用 Design-Expert 软件对数据发起多元归队拟合,换取柑橘皮色素吸光度( Y) 对料液比( A) 、超声波功率( B) 、提取时间( C) 、提取温度( D) 的二次多项归队实体模型:
Y = 0. 86 - 0. 012A + 0. 015B + 0. 035C + 0. 028D -2. 5 × 10- 3AB - 4. 75 × 10- 3AC + 2. 00 × 10- 3AD +5. 00 × 10- 4BC - 2. 25 × 10- 3BD + 7. 5 × 10- 4CD -0. 022A2- 0. 017B2- 0. 040C2- 0. 015D2。
    该方程的相关系数 R2= 0. 984 9。失拟差 Prob > F =0. 090 2 >0. 05,阐明失拟差项不显著,方程对实验拟合是合适的; 实体模型Prob > F 值 < 0. 000 1,说明该归队方差实体模型是极显著的,实体模型拟合水平较好,能够用于柑橘皮色素提取工艺的预测和剖析。
2. 3. 3 提取工艺的响应面剖析与优化
    通过 Design-Expert 8. 05b 软件可知,在提取时间为 15 min,提取温度为 70 ℃条件下,料液比对吸光度值的影响比较明显,超声波功率次之,吸光度值随着料液比的升高先升高再减少,这将会是因为在料液比为 1∶ 10 时,色素常规被提取出来,再次增加提取剂的比重只是稀释了色素的浓度,从而减少了吸光度值。在超声波功率为300 W,提取温度为 70 ℃时,提取时间对吸光度值的影响明显,提取时间增加,色素提取液的吸光度值连续不停增加,当增加到一定值以后便趋于平稳,这将会是因为在此条件下色素已最大限度被提取,再次延长提取时间,也不可对提取效果发生比较明显的影响。在超声波功率为 300 W,提取时间为15 min 时,吸光度值随着温度的升高而增加,由于高溫既能提高色素的提取率,同时也会溶解色素,所以当温度超过一定值后,吸光度值增加不再明显。超声波輔助提取柑橘皮色素,提取时间对提取效果的影响比较显著,温度、超声功率、料液比的影响较小。
2. 3. 4 较佳工艺条件的确定及验证实验
    通过 Design-Expert 8. 05b 软件求解方程,换取优化的工艺条件为料液比 1 ∶ 9. 4,超声波功率321. 19 W,提取时间 17. 34 min,提取温度 78. 71 ℃ 。
    满足到实际实际操作的方便性及可行性,将优化的工艺确定为料液比 1∶ 9,超声波功率 300 W,提取时间 17 min,提取温度 79 ℃ 。 为检验其靠谱性,该条件下发起 3 次平行实验,测得柑橘皮色素的吸光度值为0. 874,与基础理论值常规吻合,说明响应面剖析法换取的优化的柑橘皮色素提取工艺真实靠谱,具有一定的实用使用价值。
 来源:惠合制药机器厂
 

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