油茶籽餅多酚的乙醇提取工藝優(yōu)化研究

第27卷第3期浙江林業(yè)科技Vol 27 No. 32007年5月JOUR. OF ZHEJIANG FOR. SCl. TECH.May,2007文章編號:1001-3776(2007)03-0041-04油茶籽餅多酚的乙醇提取工藝優(yōu)化研究王徐卿1,沈建福2,王敏1,姜天甲2(1.西北農林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,陜西楊凌712100;2.浙江大學(xué)生物系統工程與食品科學(xué)學(xué)院,浙江杭州310028)摘要:研究了油茶籽餅多酚的乙醇提取優(yōu)化工藝,將正交試驗設計方法和BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )分析方法相結合,充分挖據正交試驗數據信息,通過(guò)仿真模擬和優(yōu)化,獲得油茶籽餅多酚的乙醇較優(yōu)提取工藝條件:乙醇濃度為60%,提取時(shí)間為35h,提取溫度為70℃,料液比為1:15。關(guān)鍵詞:油茶籽餅;多酚;提取工藝;BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )中圖分類(lèi)號:S7944文獻標識碼:A油茶籽餅是山茶科野生油茶樹(shù)果實(shí)榨油后剩下的渣滓,其作為油茶樹(shù)綜合利用的重要生物資源,不僅含有豐富的三萜類(lèi)植物皂甙—茶皂素,還含有少量黃酮類(lèi)化合物、鞣質(zhì)等生物活性物質(zhì)。經(jīng)初步分析,油茶籽餅中黃酮類(lèi)化合物主要為山奈酚糖甙類(lèi)黃酮。雖然國內外已經(jīng)有人對油茶籽餅生物活性物質(zhì)進(jìn)行過(guò)研究,但主要集中于三萜類(lèi)植物皂甙—茶皂素,對其它生物活性物質(zhì)如多酚類(lèi)物質(zhì)的研究多為活性物質(zhì)的結構鑒定。江和源、柯昌強等人確認了油茶籽餅中2種黃酮苷的化學(xué)結構,即 Kaempferol-3- o-Rutinoside和 Kaempferol-3-0(60-βD- glucopyranosyl)-βD-galactopyranoside兩種2。而對多酚類(lèi)物質(zhì)提取工藝還沒(méi)有深入的研究,本文以多酚類(lèi)物質(zhì)提取率為指標研究了油茶籽餅多酚類(lèi)物質(zhì)的提取優(yōu)化工藝由于傳統的正交試驗設計是多因素部分實(shí)施試驗,其正交性可以概括為整齊可比性和均衡分散性,因此不可避免的要混雜一些效應或者損失一些信息,不能真正獲得多因素連續區域中的優(yōu)化試驗方案。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )是以工程技術(shù)手段模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的結構與功能特征的一種技術(shù)手段,現在應用最為廣泛的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型為前向網(wǎng)絡(luò )(BP網(wǎng)絡(luò )),其可以看成是輸入與輸出集合之間的一種非線(xiàn)性映射。本文在正交試驗的基礎上應用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù),進(jìn)行仿真優(yōu)化,建立了油茶籽餅多酚的乙醇提取工藝模型1試驗材料和方法11試驗材料及設備油茶籽餅取自浙江省杭州市淳安縣;沒(méi)食子酸標準品購自中國醫藥集團上?；瘜W(xué)試劑公司;乙醇、丙酮、甲醇、乙酸乙酯、碳酸鈉均為分析純;,福林酚試劑購自北京鼎國生物技術(shù)公司。試驗儀器和設備有:RE52AAA型旋轉蒸發(fā)器,上海亞榮生化儀器廠(chǎng);循環(huán)水式多用真空泵,鄭州長(cháng)城儀器廠(chǎng);大德DFT200型手提式中藥粉碎機,溫嶺林大機械公司;7530G分光光度計惠普上海分析儀器公司。12試驗方法121原料的預處理油茶籽餅用大德DFI200手提式中藥粉碎機粉碎1min后過(guò)40目篩,用聚乙烯膜袋包裝,密封后置于4℃冰箱中儲藏待用。收稿日期:20070314;修回日期:2007-0420基金項目:浙江省自然科學(xué)基金“山茶油活性物質(zhì)的抗氧化防輻射機理的研究”(zA0218)作者簡(jiǎn)介:王徐卿(1982-),男,江蘇大豐人,碩士研究生;·通訊作者27卷122油茶籽餅中多酚提取率的測定1.22.1多酚測定標準曲線(xiàn)的制備精確稱(chēng)取沒(méi)食子酸標準品25mg,用水溶解并定容至250m,得0.1mgm的對照品標準溶液。精確吸取對照樣品溶液0.2、0.4、0.6、0.8、1.0m于10ml容量瓶中,再加入1m福林酚顯色劑,搖勻后再加入2m質(zhì)量分數15%碳酸鈉溶液,定容至10ml,室溫下反應2h后測定A760,繪制標準曲線(xiàn)。得回歸線(xiàn)性方程為:y=12487x-0.0022其中y為沒(méi)食子酸濃度mgm,x為吸光度,R2=09999,具有很好的線(xiàn)性關(guān)系。1.2.2.2油茶籽餅中多酚提取率的測定移取待測定提取液0.5m于25ml容量瓶中,然后移取稀釋后的提取液0.5ml于10m容量瓶中,依次加入1m福林酚顯色劑及2ml質(zhì)量分數15%碳酸鈉溶液并定容,按上述標準曲線(xiàn)測定方法測定吸光值,并根據標準曲線(xiàn)計算總酚的沒(méi)食子酸當量。由于總糖對油茶籽餅多酚提取率測定的干擾使測定結果不能真實(shí)的反映油茶籽餅多酚提取率,故需要進(jìn)一步用費林試劑法測定油茶籽餅提取液中總糖,以評定總糖對測定結果所帶來(lái)的影響。1.3提取工藝設計本試驗在參考前期試驗結果基礎上采用正交試驗設計,考察乙醇濃度、提取時(shí)間、提取溫度和料液比對油茶籽餅多酚類(lèi)物質(zhì)提取率的影響。在正交試驗數據的基礎上應用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行仿真和優(yōu)化,建立油茶籽餅多酚的乙醇提取工藝模型。2結果與分析21不同溶劑提取效果分析油茶籽餅多酚。移取待測定提取液0m于25m容量瓶中進(jìn)表1不同溶劑的提取效果分別以水、50%乙醇、50%丙酮、50%甲醇及乙酸乙酯提取提取率/%提取液顏色淺紅色行稀釋,稀釋后用費林試劑法分別測定五種待測液的總糖,由50%乙醇60暗紅色于在五種待測液中沒(méi)有檢測到糖分,故可以去除總糖對油茶籽5%深紅色淺紅色餅多酚提取率的影響。五種浸提溶劑的提取效果見(jiàn)表1。淺黃色由表1可以看出,不同溶劑對油茶籽餅多酚提取率影響很大。乙酸乙酯對多酚類(lèi)物質(zhì)有較強的選擇性,提取液顏色較淺,但其提取率最低;50%丙酮提取率最高,但其提取液顏色較深,粘度較大,不易于過(guò)濾。由于天然狀態(tài)的酚類(lèi)往往以氫鍵與生物大分子結合成復合物的形式存在,而醇羥基具有氫鍵斷裂能力,有利于使結合態(tài)存在的多酚類(lèi)物質(zhì)游離出來(lái)?？紤]到與乙醇溶劑相比甲醇溶劑毒性較大,且其價(jià)格比乙醇貴,故選擇乙醇溶劑作為提取溶劑。22正交試驗數據分析試驗應用L(43)正交表,考察因素及水平見(jiàn)表2表2油茶籽餅多酚提取因素及水平正交試驗結果極差分析表明,影響多酚提取率的試驗因素水平乙醇濃度%提取時(shí)間№提取溫度℃料液比主次為C>D>A>B,較優(yōu)的提取工藝條件的因素水平組合為1:10703A1B3CD2(油茶籽餅多酚提取率為2158%),即乙醇濃度為60%、提取時(shí)間為4h、提取溫度為70℃和料液比為1:15。23試驗樣本人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )仿真結果分析現將乙醇濃度、提取時(shí)間、提取溫度和料液比4個(gè)因素值的9個(gè)試驗值作為輸入樣本,即將X、X2k、X3X4為第k個(gè)輸入樣本;將試驗所得的多酚提取率作為第k個(gè)輸入樣本對應的輸出值。取精度ε=00001,設輸入層節點(diǎn)數為4,取隱含層節點(diǎn)數為4,設輸出層節點(diǎn)數為1,建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模應用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型進(jìn)行仿真,仿真值與實(shí)際值相比(表3),誤差都小于1%。應用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )對正王徐卿,等:油茶籽餅多酚的乙醇提取工藝優(yōu)化研究交試驗數據分析所得最優(yōu)工藝條件下提取率進(jìn)行表3多酚提取工藝樣本指標和仿真結果預測,得預測值為21301%,實(shí)測值為21463%,序號乙醇濃度提取時(shí)間提取溫度料液比提取率實(shí)測值提取率仿真值誤差小于1%000701:102.00152015124試驗考察因素的仿真優(yōu)化分析801:151.9569194543901:201.80381,8046在正交試驗數據分析所得的最佳工藝基礎470801:201.9022l9003上,改變一種因素值,固定其它的因素值,應用570901:10146961481370701:152.13962.1215BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行模擬結果如圖1至圖4所示。780901:151.59741597280701:20197941.9817從圖1可以看出,乙醇濃度在60%時(shí)達最大10175981.7595提取率,隨著(zhù)濃度的增加提取率反而降低,可能由于不同濃度乙醇溶液的極性差異,形成了對多酚組分的溶解性和斷裂氫鍵能力的差異,因此最后確定最佳乙醇濃度為60%。從圖2可以看出,隨著(zhù)時(shí)間的推移提取率不斷升高,而在35h后提取率變化不太明顯,考慮到提取工藝的經(jīng)濟性,因此最后確定最佳提取時(shí)間為35h。從圖3可以看出,隨著(zhù)溫度的升高提取率反而下降,致使這一現象發(fā)生的原因是部分多酚類(lèi)物質(zhì)的對熱不穩定性,從而引起總酚提取率的降低,因此最后確定最佳提取溫度為70℃。從圖4可以看出,當料液比到1:15后提取率變化不是很明顯,因此最后確定最佳提取料液比為1:15。從以上分析,最終確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的仿真優(yōu)化最佳提取工藝因素水平為:乙醇濃度為60%,提取時(shí)間為35h,提取溫度為70℃,料液比為1:15。經(jīng)試驗驗證,應用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )仿真優(yōu)化得到的工藝條件,油茶籽餅多2.152.052.0乙醇濃度%提取時(shí)間/min圖1乙醇濃度變化對多酚提取率的影響圖2提取時(shí)間變化對多酚提取率的影響2.12351.5簣212300.52.12150.02.12101:10提取溫度料液比圖3提取溫度變化對多酚提取率的影響圖4料液比變化對多酚提取率的影響酚提取率為2160%,高于正交優(yōu)化工藝條件獲得的提取率。且由于縮短了提取時(shí)間,在提取中可以節省成本,保護對熱不穩定的多酚類(lèi)物質(zhì),取得了較好的試驗效果結論本文研究了油茶籽餅多酚的乙醇優(yōu)化提取工藝。根據正交試驗結果的數據分析,較優(yōu)提取工藝條件的因素水平組合為乙醇濃度為60%,提取時(shí)間為4h,提取溫度為70℃,料液比為1:15。應用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行仿真模擬較優(yōu)提取工藝條件的因素水平組合為乙醇濃度為60%,提取時(shí)間為35h,提取溫度為70℃,料液比為1:15從BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的仿真和預測結果看,相對誤差均小于1%,并經(jīng)試驗驗證,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化的因素水平組合浙江林業(yè)科技27卷條件下多酚提取率比正交優(yōu)化的因素水平組合高。表明將正交試驗設計方法和人工神經(jīng)網(wǎng)路分析方法相結合,可以作為植物生物活性物質(zhì)提取工藝優(yōu)化的的一種可行的方法。參考文獻[劉曉庚,白玲,曾斌,等.油茶籽餅中抗營(yíng)養因子的研究U糧食與飼料工業(yè),1995(1):22-242]江和源,柯昌強,王川丕,等.茶籽餅中黃酮苷的HPLC分析、制備和MS鑒定U.茶葉科學(xué),2005,25(4):289-2943]志發(fā),周靜芋.試驗設計與分析M]北京:高等教育出版社,2000[4]蔣益虹.荷葉黃酮的乙醇提取工藝優(yōu)化設計門(mén)農業(yè)工程學(xué)報,2004,20(4):168-171.51劉長(cháng)虹.食品分析及實(shí)驗M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006而6]呂遠平,何強,姚開(kāi),等兒茶素提取的優(yōu)化條件研究門(mén).四川大學(xué)學(xué)報(工程科學(xué)版),2004,36(2):65-68.m鄭曉,曾山,林國詳,等.油菜籽及其脫皮冷榨應力應變變化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型.中國油脂,2004,29(7):11-148]唐啟義,馮明光實(shí)用統計分析及其DPS數據處理系統M]北京:科學(xué)出版社,2002[9]蔣益虹.荷葉生物堿的提取工藝優(yōu)化[門(mén).浙江大學(xué)學(xué)報(農業(yè)與生命科學(xué)版),2004,30(5):519-523Study on Extracting Technology of Polyphenol fromOil-tea Seed Cake with EthanoWANG Xu-qing, SHEN Jian-fu2, WANG Min, JIANG Tian-jia2(1. Northwest A&F University College of Food Science and Engineering, Yanglin 712100, China;2.Zhejiang University College of Biological Engineering and Food Science, Hangzhou 310028, China)Abstract: Study was carried out on extracting technology of polyphenol from oil-seed cake with ethanol. BP artificialneural network analysis with orthogonal design demonstrated that the better extracting technology was as follows byanalogue simulation and optimization: 60% of ethanol concentration, 3.5 hours of extracting time at 70C and 1: 15Key words: oil-tea seed cake; polyphenol; extracting technology; BP artificial neural network※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※上接第40頁(yè))7柴希民,蔣平.松材線(xiàn)蟲(chóng)病的發(fā)生和防治M.北京:中國農業(yè)出版社,2003Morphological change of bursaphelenchus xylophilus inPinus massoniana in NingboZHENG Wei, GU Jian-feng, WU Hao, BEl Shao-guo(1. Ningbo Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau of Zhejiang, Ningbo 312015, China;2. China Jiliang Universiry, Hangzhou 310018, ChinaAbstract: One Bursaphelenchus species was isolated from Pinus massoniana at beilun, Ningbo It was identified as Bxylophilus by observation on its morphological characters, measurement and ITS-RFLP method. Most of the femalesdetected from wood had clear macro of about 0.5-2.9 um, average 1.7um. After cultured in Botrytis cinerea, however,its morphological characters were quite the same as normal description. It proved that the host tree and environmentcould have influence on morphological charactersKey words: Pinus massoniana: Bursaphelenchus xylophilus; identification; ITS-RFLP