吳永蘭, 文耀智, 卞杰松, 李廣利, 廖志勇, 胡仁利

(湘南學(xué)院 化學(xué)與生命科學(xué)系, 湖南 郴州, 432000)

微波萃取在苦瓜葉黃酮提取中的工藝研究

吳永蘭, 文耀智, 卞杰松, 李廣利, 廖志勇, 胡仁利

(湘南學(xué)院 化學(xué)與生命科學(xué)系, 湖南 郴州, 432000)

在微波單因素提取的基礎(chǔ)上采取L9(43)正交試驗，探討乙醇濃度、微波提取時間、料液比、提取次數(shù)對苦瓜葉黃酮提取率的影響. 經(jīng)過單因素試驗及正交試驗，結(jié)果表明：4種因素對苦瓜葉中黃酮的提取率的影響分別為乙醇濃度>提取時間>液料比>提取次數(shù). 在微波功率為160 W的條件下，最佳提取工藝條件乙醇質(zhì)量分數(shù)為70%，液料比為50∶1(mL/g)，提取時間為3 min, 提取次數(shù)為3次，此時總黃酮的提取率為3.54%. 該工藝流程為苦瓜葉中黃酮的工業(yè)化生產(chǎn)提供了參考.

苦瓜葉；黃酮；微波提取

苦瓜為葫蘆科苦瓜植物，別名涼瓜、癩葡萄和錦荔枝，屬蔓性一年生蔬菜. 苦瓜生長在亞熱帶地區(qū)，因其既可入藥，又可用作蔬菜，故在世界范圍內(nèi)廣泛種植. 目前對苦瓜的開發(fā)主要在食療保健方面，如苦瓜飲料、苦瓜酒、苦瓜豆腐等[1]. 在食療保健方面主要利用苦瓜的果肉、果汁，對苦瓜葉開發(fā)利用幾乎處于空白.

由于很多植物的葉片都含有豐富的黃酮化合物，我們對苦瓜葉中黃酮進行提取并對其含量進行測定. 黃酮有多種作用，是一種強抗氧化劑，可以改善血液循環(huán)，清除自由基抗衰老[2]，可以降低膽固醇含量，因此可以用來治療心腦血管疾病[3]，也作為食品甜味劑和食用色素[4]，還可以抑制炎性生物酶滲出，可以增進傷口愈合和止痛等功效[5]. 目前研究較多的黃酮提取方法有：熱水提取法、有機溶劑提取法、堿液提取法、超聲波輔助提取法、超臨界流體提取法、大孔樹脂吸附法、酶法提取等[6].但迄今對苦瓜葉黃酮的微波輔助提取研究鮮有報道.

微波具有波動性、高頻性、熱特性和非熱特性4大基本特性. 利用微波穿透萃取介質(zhì)，快速到達物質(zhì)內(nèi)部，在較低的溫度條件下，加速被提取成分向萃取溶劑界面的擴散速率，縮短了提取組分分子由物料內(nèi)部擴散到提取溶劑界面的時間，提高了提取速率[7]. 與常規(guī)的方法比，微波提取具有選擇性高、快速高效、溶劑消耗小、活性成分得率高、不產(chǎn)生噪音、適于熱不穩(wěn)定物質(zhì)等特點[8-9].

本文采用微波提取法提取苦瓜葉中總黃酮并對其最佳工藝條件進行探究，以期為苦瓜的開發(fā)利用開辟新的途徑，提高苦瓜產(chǎn)品的附加值，并為苦瓜黃酮的工業(yè)化生產(chǎn)提供參考.

1 材料和方法

1.1 材料

原料：新鮮苦瓜葉，于2008年8月20日采自湖南永州寧遠，選摘同一品種變黃的苦瓜葉，在太陽下曬干后用恒溫鼓風(fēng)干燥箱80 ℃干燥至恒重，用手磨碎，后再用研缽磨碎，過孔徑為60#鋼篩，之后用紙包裹起來，放入干燥箱中備用. 原料粒徑不宜過大，如果粒徑過大給提取工作帶來困難，但粒徑過小也會給后續(xù)的分離操作帶來困難.

試劑：蘆丁對照品，無水乙醇(AR)，亞硝酸鈉(AR)，硝酸鋁(AR)，氫氧化鈉(AR).

1.2 儀器設(shè)備

格蘭仕微波爐(型號為G80W23CSP-Z，最大輸出功率為800 W)，分析天平，H.H.S6型電熱數(shù)字顯示恒溫水浴鍋(上海浦東躍欣科學(xué)儀器廠)，722型可見分光光度計(上海天翔光學(xué)儀器有限公司)，101A-1型電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海浦東躍欣科學(xué)儀器廠)等.

1.3 方法

1.3.1 標準曲線的制備

準確稱取19.80 mg蘆丁對照品，用35%乙醇溶解，并完全移入100 mL容量瓶中，用35%乙醇定容. 分別取上述蘆丁標準品溶液0、2、4、6、8、10 mL于容量瓶中，用35%乙醇補足至25 mL，加入5%亞硝酸鈉1.4 mL，搖勻，放置5 min后加入10%硝酸鋁1.4 mL，6 min后加入4%氫氧化鈉10 mL，混勻，用35%乙醇稀釋至刻度，10 min后于510 nm波長處比色測定. 標準曲線如圖1.

1.3.2 苦瓜葉中黃酮類化合物的提取、測定

準確稱取苦瓜葉粉1.00 g放入平底燒瓶，在不同的實驗條件進行微波提取，取部分提取液定量測定和分析，然后計算黃酮的提取率.

提取液中總黃酮含量的測定：取一定提取液，離心，后取5 mL上清液移至50 mL容量瓶中，按上述染色法染色，測定在510 nm處的ε值. 總黃酮提取率(%)=(黃酮類化合物質(zhì)量/干物料質(zhì)量)× 100%.

圖1 蘆丁標準曲線

1.3.3 微波處理預(yù)試驗

取一批規(guī)格相同的平底燒瓶，每瓶加乙醇40 mL, 在微波爐中均勻排成一圈，保證每瓶接受的微波劑量相等. 每組分別在20%、40%、60%的功率下進行處理，觀察發(fā)現(xiàn)樣品在20%功率下240 s沸騰，40%的功率80 s沸騰，60%的功率40 s沸騰. 為便于試驗控制，微波功率選擇在20%，即微波強度為160 W. 在以后的實驗中微波輻射時間均應(yīng)短于相應(yīng)微波強度的沸騰時間，超出沸騰時間，提取液容易濺出，實驗結(jié)果不準確.

1.3.4 微波提取

準確稱取苦瓜葉粉1.00 g放入平底燒瓶，加若干乙醇，輕輕搖勻，用脫脂棉塞住瓶口. 置于微波爐中，調(diào)節(jié)微波功率為20%，輻射一定時間，取出，冷卻至室溫. 間隔一定時間，再次放入微波中進行提取，如此重復(fù)提取幾次.

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素分析

2.1.1 提取次數(shù)對提取率的影響

在60%的乙醇、液料比為50∶1(mL/g)、提取時間為3 min的條件下進行微波提取，提取次數(shù)分別為1、2、3、4，相鄰2次提取的間隔時間為20 min,測定并計算提取液中總黃酮的含量，結(jié)果見表1.

實驗結(jié)果表明，苦瓜葉中總黃酮的提取率隨提取次數(shù)的增大而增大，在提取3次時，總黃酮的提取率達到最大，之后隨提取時間的增加，提取率略有下降. 所以提取次數(shù)選擇3次.

表1 提取次數(shù)對提取率的影響

2.1.2 乙醇濃度對提取率的影響

在乙醇質(zhì)量分數(shù)分別為50%、60%、70%、80%、90%，液料比為50∶1(mL/g)，提取時間為3 min的條件下微波提取3次，相鄰2次提取間隔時間為20 min. 測定并計算提取液中總黃酮含量，結(jié)果見表2.

表2 乙醇濃度對提取率的影響/%

實驗結(jié)果表明，隨乙醇濃度升高提取率逐漸升高，但乙醇質(zhì)量分數(shù)高于70%，總黃酮的提取率上升趨于平緩. 這可能是因為提高乙醇濃度可以增加提取劑對物料的滲透性，并可提高黃酮類化合物的溶解度，從而提高黃酮提取率. 但乙醇濃度大，提取所需的溶劑較大，提取成本高. 綜合考慮，乙醇質(zhì)量分數(shù)以70%最佳.

2.1.3 液料比對提取率的影響

因溶劑太少無法浸沒物料，所以選擇在液料比為20∶1、30∶1、40∶1、50∶1、60∶1(mL/g)，乙醇質(zhì)量分數(shù)為70%，提取時間為3min的條件下提取3次，測定并計算提取液中黃酮的含量，結(jié)果見表3.

表3 液料比對提取率的影響

實驗結(jié)果表明，提取率隨液料比的增大逐漸提高，在液料比為50∶1時提取率達到最大，再增加料液比提取率反而下降. 其可能的原因是料液比增大即溶劑比例增大，系統(tǒng)稀釋度增大，有利于黃酮的溶出，提取劑比例的提高主要是增加了物料體系與提取劑體系間有效成分的濃度差，也減少了物料內(nèi)部有效成分的殘余量，從而提高提取率. 當液料比達到50∶1時，繼續(xù)增加液料比，提取劑對微波能的吸收增加導(dǎo)致細胞液對微波能吸收減少，細胞破裂不完全，黃酮不能充分溶出. 液料比增大，會增大溶劑的用量，也會增大后續(xù)處理工序的投入，綜合經(jīng)濟效益和生產(chǎn)管理考慮，選擇液料比為50∶1.

2.1.4 提取時間對提取率的影響

在提取時間為1、2、3、4 min，乙醇質(zhì)量分數(shù)為70%，液料比為50∶1的條件下微波提取3次，相鄰兩次提取間隔時間為20 min，測定并計算提取液中總黃酮的含量，結(jié)果見表4.

表4 提取時間對提取率的影響

實驗結(jié)果表明：在1～3 min范圍時，隨著提取時間的延長提取率升高，但是提取時間超過3 min，提取率反而減小了. 可能是因為所含黃酮類物質(zhì)已基本溶出，所以增加提取時間不能使提取率升高.另外微波作用時間長環(huán)境溫度也會升高，部分溶劑乙醇揮發(fā)從而影響提取效果. 溫度升高一方面會使蛋白質(zhì)及雜質(zhì)沉淀影響黃酮溶出，另一方面會破壞提取液中的有效成分，引起黃酮的分解. 所以選擇提取時間為3 min.

2.1.5 間隔時間對提取率的影響

在乙醇質(zhì)量分數(shù)為70%，液料比為50∶1，提取時間為3 min的條件下微波提取3次，相鄰2次提取的間隔時間分別為20、30、40 min, 測定并計算提取液中總黃酮的含量，結(jié)果見表5.

表5 間隔時間對提取率的影響

實驗結(jié)果表明，隨著提取間隔時間的延長，提取液中總黃酮的含量基本上保持不變，間隔時間對黃酮提取的影響不大，在后面的正交試驗可不予考慮. 從節(jié)約時間的角度考慮，間隔時間以20 min為宜.

2.2 正交分析法

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，對影響苦瓜葉中總黃酮提取率的主要因素乙醇濃度、提取時間、料液比、提取次數(shù)等進行L9(43)正交試驗(各試驗的間隔時間均為20 min，微波功率為160 W)，以確定最佳的工藝條件. 正交實驗因素水平見表6，正交實驗結(jié)果見表7.

表6 因素水平 L9(43)

表7 正交實驗結(jié)果

由正交實驗結(jié)果可知，影響苦瓜葉黃酮提取率各因素的主次順序為B > D > C > A, 即乙醇濃度>提取時間>液料比>提取次數(shù)，經(jīng)極差分析最優(yōu)組合應(yīng)為A2B2C2D2，即乙醇質(zhì)量分數(shù)為70%、液料比50∶1、提取時間為3 min、提取次數(shù)為3次. 在最優(yōu)條件下對苦瓜葉中黃酮進行提取，提取液中總黃酮量為3.54%. 由于本試驗設(shè)置因素未包括微波強度，會對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響，是否有更理想的結(jié)果，還有待進一步研究.

3 結(jié)束語

苦瓜葉中含有豐富的黃酮化合物，本文詳細探討了苦瓜葉總黃酮的微波提取工藝，為開發(fā)利用該資源提供了有益的參考. 微波輔助提取苦瓜葉中黃酮的實驗表明：影響苦瓜葉的黃酮的提取率各因素的主次順序為B > D > C > A，即乙醇質(zhì)量分數(shù)>提取時間>液料比>提取次數(shù). 最佳提取工藝條件為A2B2C2D2，即乙醇質(zhì)量分數(shù)為70%、液料比50∶1、提取時間為3 min、提取次數(shù)為3次. 在此條件下，苦瓜葉總黃酮的提取率為3.54%.

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Microwave-assisted extraction of flavones from leaves of balsam pear

WU Yong-lan, WEN Yao-zhi, BIAN Jie-song, LI Guang-li, LIAO Zhi-yong, HU Ren-li
(Department of Chemical and Life Science, Xiangnan University, Chenzhou 42300, China)

Based on the extraction of flavones with the technology of microwave, the effect of alcohol concentration，the number of extraction times, liquid -material rate and microwave irradiation time on the extraction were investigated. The parameters of extraction process were optimized by orthogonal test. The result shows that four factors on the flavones extraction rate of balsam pear leaves were as follows alcohol concentration, irradiation time, material-liquid, extraction number of times. The best extraction condition was alcohol concentration 70%, liqid-material rate 50:1, irradiation time 3 min, extraction number of times 3 times. The process provided a reference for the falconoid industrial production of flavones in balsam pear leaves.

balsam pear leaves; flavones; microwave-assisted extraction

O 658.2

：A

1672-6146(2010)04-0029-04

10.3969/j.issn.1672-6146.2010.04.009

2010-09-20

湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性試驗計劃2008(271)

吳永蘭(1953-), 女, 教授, 研究方向為野生資源分析與開發(fā).