2.結(jié)果與討論

2.1水浸提肥皂莢皂苷的單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1提取時(shí)間

按照1.2.1節(jié)操作在溫度45℃和液料比8:1條件下，考察提取時(shí)間對(duì)肥皂莢皂苷得率的影響。由圖1(a)可知，當(dāng)提取時(shí)間由8 h延長(zhǎng)至12 h時(shí)，皂苷得率呈現(xiàn)明顯的上升，而隨著時(shí)間延長(zhǎng)至12 h以上，皂苷得率反而出現(xiàn)一定程度的下降。這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)間達(dá)到12 h時(shí)，隨著時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致部分提取的皂苷出現(xiàn)一定程度的降解從而降低得率。

圖1.各因素對(duì)于皂苷得率的影響

2.1.2提取溫度

按照1.2.1節(jié)操作在時(shí)間8 h和液料比8:1條件下，考察提取溫度對(duì)肥皂莢皂苷得率的影響。由圖1(b)可知，當(dāng)溫度為25~65℃時(shí)，隨著溫度的升高，皂苷得率逐漸增加，而當(dāng)溫度升高到65℃以上時(shí)，皂苷得率出現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)。這是因?yàn)闇囟戎饕绊懛肿訑U(kuò)散速率、物質(zhì)與提取劑之間的溶解程度和提取劑的黏度，溫度的提高有利于增加物質(zhì)的傳質(zhì)效率提高得率，而溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致皂苷降解，產(chǎn)生過(guò)多的副產(chǎn)物，從而使得皂苷得率降低。

2.1.3液料比

按照1.2.1節(jié)操作在時(shí)間8 h和溫度45℃條件下，考察提取液料比對(duì)肥皂莢皂苷得率的影響。由圖1(c)可知，液料比值為5~10時(shí)，隨著液料比的增加，皂苷得率也隨之增大，因?yàn)樘崛∫旱脑黾?，增加了溶劑與原料的接觸面積，有利于皂苷得率的增加；但當(dāng)液料比值超過(guò)10時(shí)，由于溶劑量較大反而會(huì)影響到皂苷與溶劑之間的物質(zhì)交換，皂苷得率呈現(xiàn)略微下降的趨勢(shì)。

2.2水浸提肥皂莢皂苷的響應(yīng)面優(yōu)化分析

2.2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與模型的建立

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用了Box-Behnken設(shè)計(jì)方案，以皂苷得率為響應(yīng)值，優(yōu)化肥皂莢皂苷的提取工藝，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表1。采用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)響應(yīng)值進(jìn)行多元回歸分析后，得到以皂苷得率為響應(yīng)值的回歸方程：

表1.響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

2.2.2方差分析與顯著性檢驗(yàn)

由表2方差分析可知，回歸模型的回歸效果高度顯著(P=0.002 3<0.01)，失擬項(xiàng)(P=0.168 0>0.05)不顯著，線性相關(guān)系數(shù)(R2=0.954 1)效果較好，說(shuō)明此多項(xiàng)回歸模型能夠較好地描述提取溫度、提取時(shí)間和液料比對(duì)肥皂莢皂苷提取得率的影響，并且95.41%的數(shù)據(jù)可以用本模型和方程來(lái)解釋，也說(shuō)明了本方程的擬合度較高，誤差較小，能夠很好地應(yīng)用于肥皂莢皂苷提取工藝的預(yù)測(cè)和分析。

表2.回歸模型方差分析表

根據(jù)P值大小可分析各因素對(duì)肥皂莢皂苷得率的影響程度，因此由P值可知：PX3>PX2>PX1，可以得到各因素對(duì)皂苷得率的影響程度為X1(溫度)>X2(時(shí)間)>X3(液料比)，即溫度對(duì)皂苷得率影響最大，時(shí)間次之，而液料比的影響最小。

2.2.3響應(yīng)面結(jié)果分析

根據(jù)表2中P值的大小還可以判斷時(shí)間、溫度和液料比3因素中兩因素的相互作用對(duì)于肥皂莢皂苷得率的影響。由P值大小可得PX1X3>PX2X3>PX1X2，說(shuō)明溫度和液料比兩者之間的交互作用對(duì)于皂苷得率影響最小，而溫度和時(shí)間兩個(gè)因素交互作用對(duì)肥皂莢皂苷得率的影響最大。

通過(guò)軟件分析得到肥皂莢皂苷的最優(yōu)提取條件為：溫度69.20℃、時(shí)間11.28 h、液料比值9.89，皂苷得率的預(yù)測(cè)值為26.44%。為了操作方便，修正提取條件為：溫度69℃、時(shí)間11 h 15 min、液料比值為10。在此條件下對(duì)肥皂莢皂苷進(jìn)行水浸提，并做3次重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，平均得率為26.49%，與理論值誤差僅為0.05%。表明該模型可以較好地預(yù)測(cè)肥皂莢皂苷的提取工藝。

2.3肥皂莢皂苷的性能表征

60%乙醇溶液洗脫得到皂苷的得率為39.03%，90%乙醇溶液洗脫得到皂苷的得率為5.01%。由圖2可知，60%乙醇溶液洗脫得到的皂苷臨界膠束濃度為0.35 g/L，最低表面張力為47.43 mN/m；而90%乙醇溶液洗脫得到的皂苷臨界膠束濃度為0.75 g/L，最低表面張力為35.83 mN/m。可以看出，90%乙醇洗脫得到的皂苷臨界膠束濃度更高，最低表面張力更低。說(shuō)明苷元含量越高，其臨界膠束濃度越大，最低表面張力越小。

圖2.乙醇洗脫皂苷的表面張力

油茶皂素臨界膠束濃度為1.5 g/L，最低表面張力為43.531 mN/m；桔梗皂苷臨界膠束濃度為1.78 g/L，表面張力為53 mN/m。相比之下，肥皂莢皂苷具有較低的臨界膠束濃度和較低的表面張力，更適合應(yīng)用于制作表面活性劑。

2.4肥皂莢皂苷結(jié)構(gòu)的初步表征

2.4.1紫外和紅外光譜分析

2種皂苷的紫外和紅外光譜見(jiàn)圖3和圖4。由圖3可知，2種皂苷樣品的紫外最大吸收波長(zhǎng)均在470 nm附近，且60%乙醇洗脫得到的皂苷吸光度低于90%乙醇洗脫得到的皂苷。

圖3.乙醇洗脫皂苷的紫外光譜

圖4.乙醇洗脫皂苷的紅外譜圖

由圖4可知，2種皂苷樣品的紅外譜圖基本無(wú)差異，3413、2927、1640、1451、1376、1078和637 cm-1為肥皂莢皂苷樣品的主要特征峰，3500~2500 cm-1范圍內(nèi)，屬于羥基的伸縮振動(dòng)和烷基(C—H)的對(duì)稱伸縮振動(dòng)，3413和2927 cm-1分別屬于O—H的振動(dòng)吸收峰和亞甲基的對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰。1640 cm-1為甾體皂苷中羰基(C＝O)的伸縮振動(dòng)特征峰或者也可能是多糖中氧氫鍵(O—H)的彎曲振動(dòng)吸收峰。1376 cm-1為甲基(—CH3)的對(duì)稱彎曲振動(dòng)特征峰。1078 cm-1強(qiáng)吸收峰為皂苷類、淀粉和糖苷類的O—H的伸縮振動(dòng)或者是甾體皂苷中O—H的彎曲振動(dòng)吸收峰。

2.4.2高效液相色譜(HPLC)分析

2種皂苷樣品的HPLC圖見(jiàn)圖5。由圖5可知，60%乙醇洗脫得到的皂苷水解后得到的總糖為58.46%，主要單糖為葡萄糖18.75%、木糖16.57%、鼠李糖15.45%和阿拉伯糖7.68%。90%乙醇洗脫得到的皂苷水解后得到的總糖為51.16%，主要單糖為葡萄糖15.93%、木糖14.03%、鼠李糖14.35%和阿拉伯糖6.84%。因?yàn)榧兓蟮脑碥杖匀皇腔旌衔?，暫無(wú)法確定純的化合物結(jié)構(gòu)，所以也沒(méi)有采用HPLC分析其化學(xué)結(jié)構(gòu)，今后進(jìn)一步純化后再研究其組成和結(jié)構(gòu)。

圖5.乙醇洗脫皂苷的單糖含量

3.結(jié)論

采用水浸提提取肥皂莢皂苷，考察了提取溫度、時(shí)間、液料比對(duì)肥皂莢皂苷得率的影響，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化，得出最佳的提取工藝條件為：2.0 g肥皂莢果皮粉末，溫度69℃、時(shí)間11 h 15 min，液料比10:1(mL:g)。在此條件下，肥皂莢皂苷得率為26.49%。

經(jīng)大孔吸附樹(shù)脂純化得到2種皂苷樣品，其表面活性分析表明：60%乙醇和90%乙醇洗脫得到的皂苷的臨界膠束濃度分別為0.35和0.75 g/L，最低表面張力分別為47.43和35.83 mN/m。

紫外和紅外光譜分析表明：2種皂苷樣品的紫外最大吸收波長(zhǎng)均在470 nm附近，且均具有皂苷的基本紅外特征峰。HPLC分析表明：2種皂苷樣品水解得到的單糖主要為葡萄糖、木糖、鼠李糖和阿拉伯糖。