油茶籽饼多酚的乙醇提取工艺优化研究

第27卷第3期浙江林业科技Vol 27 No. 32007年5月JOUR. OF ZHEJIANG FOR. SCl. TECH.May,2007文章编号:1001-3776(2007)03-0041-04油茶籽饼多酚的乙醇提取工艺优化研究王徐卿1,沈建福2,王敏1,姜天甲2(1.西北农林科技大学食品科学与工程学院,陕西杨凌712100;2.浙江大学生物系统工程与食品科学学院,浙江杭州310028)摘要:研究了油茶籽饼多酚的乙醇提取优化工艺,将正交试验设计方法和BP人工神经网络分析方法相结合,充分挖据正交试验数据信息,通过仿真模拟和优化,获得油茶籽饼多酚的乙醇较优提取工艺条件:乙醇浓度为60%,提取时间为35h,提取温度为70℃,料液比为1:15。关键词:油茶籽饼;多酚;提取工艺;BP人工神经网络中图分类号:S7944文献标识码:A油茶籽饼是山茶科野生油茶树果实榨油后剩下的渣滓,其作为油茶树综合利用的重要生物资源,不仅含有丰富的三萜类植物皂甙—茶皂素,还含有少量黄酮类化合物、鞣质等生物活性物质。经初步分析,油茶籽饼中黄酮类化合物主要为山奈酚糖甙类黄酮。虽然国内外已经有人对油茶籽饼生物活性物质进行过研究,但主要集中于三萜类植物皂甙—茶皂素,对其它生物活性物质如多酚类物质的研究多为活性物质的结构鉴定。江和源、柯昌强等人确认了油茶籽饼中2种黄酮苷的化学结构,即 Kaempferol-3- o-Rutinoside和 Kaempferol-3-0(60-βD- glucopyranosyl)-βD-galactopyranoside两种2。而对多酚类物质提取工艺还没有深入的研究,本文以多酚类物质提取率为指标研究了油茶籽饼多酚类物质的提取优化工艺由于传统的正交试验设计是多因素部分实施试验,其正交性可以概括为整齐可比性和均衡分散性,因此不可避免的要混杂一些效应或者损失一些信息,不能真正获得多因素连续区域中的优化试验方案。人工神经网络是以工程技术手段模拟人脑神经网络的结构与功能特征的一种技术手段,现在应用最为广泛的神经网络模型为前向网络(BP网络),其可以看成是输入与输出集合之间的一种非线性映射。本文在正交试验的基础上应用BP人工神经网络技术,进行仿真优化,建立了油茶籽饼多酚的乙醇提取工艺模型1试验材料和方法11试验材料及设备油茶籽饼取自浙江省杭州市淳安县;没食子酸标准品购自中国医药集团上海化学试剂公司;乙醇、丙酮、甲醇、乙酸乙酯、碳酸钠均为分析纯;,福林酚试剂购自北京鼎国生物技术公司。试验仪器和设备有:RE52AAA型旋转蒸发器,上海亚荣生化仪器厂;循环水式多用真空泵,郑州长城仪器厂;大德DFT200型手提式中药粉碎机,温岭林大机械公司;7530G分光光度计惠普上海分析仪器公司。12试验方法121原料的预处理油茶籽饼用大德DFI200手提式中药粉碎机粉碎1min后过40目筛,用聚乙烯膜袋包装,密封后置于4℃冰箱中储藏待用。收稿日期:20070314;修回日期:2007-0420基金项目:浙江省自然科学基金“山茶油活性物质的抗氧化防辐射机理的研究”(zA0218)作者简介:王徐卿(1982-),男,江苏大丰人,硕士研究生;·通讯作者27卷122油茶籽饼中多酚提取率的测定1.22.1多酚测定标准曲线的制备精确称取没食子酸标准品25mg,用水溶解并定容至250m,得0.1mgm的对照品标准溶液。精确吸取对照样品溶液0.2、0.4、0.6、0.8、1.0m于10ml容量瓶中,再加入1m福林酚显色剂,摇匀后再加入2m质量分数15%碳酸钠溶液,定容至10ml,室温下反应2h后测定A760,绘制标准曲线。得回归线性方程为:y=12487x-0.0022其中y为没食子酸浓度mgm,x为吸光度,R2=09999,具有很好的线性关系。1.2.2.2油茶籽饼中多酚提取率的测定移取待测定提取液0.5m于25ml容量瓶中,然后移取稀释后的提取液0.5ml于10m容量瓶中,依次加入1m福林酚显色剂及2ml质量分数15%碳酸钠溶液并定容,按上述标准曲线测定方法测定吸光值,并根据标准曲线计算总酚的没食子酸当量。由于总糖对油茶籽饼多酚提取率测定的干扰使测定结果不能真实的反映油茶籽饼多酚提取率,故需要进一步用费林试剂法测定油茶籽饼提取液中总糖,以评定总糖对测定结果所带来的影响。1.3提取工艺设计本试验在参考前期试验结果基础上采用正交试验设计,考察乙醇浓度、提取时间、提取温度和料液比对油茶籽饼多酚类物质提取率的影响。在正交试验数据的基础上应用人工神经网络进行仿真和优化,建立油茶籽饼多酚的乙醇提取工艺模型。2结果与分析21不同溶剂提取效果分析油茶籽饼多酚。移取待测定提取液0m于25m容量瓶中进表1不同溶剂的提取效果分别以水、50%乙醇、50%丙酮、50%甲醇及乙酸乙酯提取提取率/%提取液颜色浅红色行稀释,稀释后用费林试剂法分别测定五种待测液的总糖,由50%乙醇60暗红色于在五种待测液中没有检测到糖分,故可以去除总糖对油茶籽5%深红色浅红色饼多酚提取率的影响。五种浸提溶剂的提取效果见表1。浅黄色由表1可以看出,不同溶剂对油茶籽饼多酚提取率影响很大。乙酸乙酯对多酚类物质有较强的选择性,提取液颜色较浅,但其提取率最低;50%丙酮提取率最高,但其提取液颜色较深,粘度较大,不易于过滤。由于天然状态的酚类往往以氢键与生物大分子结合成复合物的形式存在,而醇羟基具有氢键断裂能力,有利于使结合态存在的多酚类物质游离出来。考虑到与乙醇溶剂相比甲醇溶剂毒性较大,且其价格比乙醇贵,故选择乙醇溶剂作为提取溶剂。22正交试验数据分析试验应用L(43)正交表,考察因素及水平见表2表2油茶籽饼多酚提取因素及水平正交试验结果极差分析表明,影响多酚提取率的试验因素水平乙醇浓度%提取时间№提取温度℃料液比主次为C>D>A>B,较优的提取工艺条件的因素水平组合为1:10703A1B3CD2(油茶籽饼多酚提取率为2158%),即乙醇浓度为60%、提取时间为4h、提取温度为70℃和料液比为1:15。23试验样本人工神经网络仿真结果分析现将乙醇浓度、提取时间、提取温度和料液比4个因素值的9个试验值作为输入样本,即将X、X2k、X3X4为第k个输入样本;将试验所得的多酚提取率作为第k个输入样本对应的输出值。取精度ε=00001,设输入层节点数为4,取隐含层节点数为4,设输出层节点数为1,建立BP神经网络模应用BP神经网络模型进行仿真,仿真值与实际值相比(表3),误差都小于1%。应用BP神经网络对正王徐卿,等:油茶籽饼多酚的乙醇提取工艺优化研究交试验数据分析所得最优工艺条件下提取率进行表3多酚提取工艺样本指标和仿真结果预测,得预测值为21301%,实测值为21463%,序号乙醇浓度提取时间提取温度料液比提取率实测值提取率仿真值误差小于1%000701:102.00152015124试验考察因素的仿真优化分析801:151.9569194543901:201.80381,8046在正交试验数据分析所得的最佳工艺基础470801:201.9022l9003上,改变一种因素值,固定其它的因素值,应用570901:10146961481370701:152.13962.1215BP神经网络进行模拟结果如图1至图4所示。780901:151.59741597280701:20197941.9817从图1可以看出,乙醇浓度在60%时达最大10175981.7595提取率,随着浓度的增加提取率反而降低,可能由于不同浓度乙醇溶液的极性差异,形成了对多酚组分的溶解性和断裂氢键能力的差异,因此最后确定最佳乙醇浓度为60%。从图2可以看出,随着时间的推移提取率不断升高,而在35h后提取率变化不太明显,考虑到提取工艺的经济性,因此最后确定最佳提取时间为35h。从图3可以看出,随着温度的升高提取率反而下降,致使这一现象发生的原因是部分多酚类物质的对热不稳定性,从而引起总酚提取率的降低,因此最后确定最佳提取温度为70℃。从图4可以看出,当料液比到1:15后提取率变化不是很明显,因此最后确定最佳提取料液比为1:15。从以上分析,最终确定BP神经网络的仿真优化最佳提取工艺因素水平为:乙醇浓度为60%,提取时间为35h,提取温度为70℃,料液比为1:15。经试验验证,应用神经网络仿真优化得到的工艺条件,油茶籽饼多2.152.052.0乙醇浓度%提取时间/min图1乙醇浓度变化对多酚提取率的影响图2提取时间变化对多酚提取率的影响2.12351.5簣212300.52.12150.02.12101:10提取温度料液比图3提取温度变化对多酚提取率的影响图4料液比变化对多酚提取率的影响酚提取率为2160%,高于正交优化工艺条件获得的提取率。且由于缩短了提取时间,在提取中可以节省成本,保护对热不稳定的多酚类物质,取得了较好的试验效果结论本文研究了油茶籽饼多酚的乙醇优化提取工艺。根据正交试验结果的数据分析,较优提取工艺条件的因素水平组合为乙醇浓度为60%,提取时间为4h,提取温度为70℃,料液比为1:15。应用BP神经网络进行仿真模拟较优提取工艺条件的因素水平组合为乙醇浓度为60%,提取时间为35h,提取温度为70℃,料液比为1:15从BP神经网络的仿真和预测结果看,相对误差均小于1%,并经试验验证,神经网络优化的因素水平组合浙江林业科技27卷条件下多酚提取率比正交优化的因素水平组合高。表明将正交试验设计方法和人工神经网路分析方法相结合,可以作为植物生物活性物质提取工艺优化的的一种可行的方法。参考文献[刘晓庚,白玲,曾斌,等.油茶籽饼中抗营养因子的研究U粮食与饲料工业,1995(1):22-242]江和源,柯昌强,王川丕,等.茶籽饼中黄酮苷的HPLC分析、制备和MS鉴定U.茶叶科学,2005,25(4):289-2943]志发,周静芋.试验设计与分析M]北京:高等教育出版社,2000[4]蒋益虹.荷叶黄酮的乙醇提取工艺优化设计门农业工程学报,2004,20(4):168-171.51刘长虹.食品分析及实验M].北京:化学工业出版社,2006而6]吕远平,何强,姚开,等儿茶素提取的优化条件研究门.四川大学学报(工程科学版),2004,36(2):65-68.m郑晓,曾山,林国详,等.油菜籽及其脱皮冷榨应力应变变化的神经网络模型.中国油脂,2004,29(7):11-148]唐启义,冯明光实用统计分析及其DPS数据处理系统M]北京:科学出版社,2002[9]蒋益虹.荷叶生物碱的提取工艺优化[门.浙江大学学报(农业与生命科学版),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页)7柴希民,蒋平.松材线虫病的发生和防治M.北京:中国农业出版社,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