超聲波輔助提取葛根黃酮的工藝研究

王 辰，高 玲

(長江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

超聲波輔助提取葛根黃酮的工藝研究

王 辰，高 玲

(長江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

采用超聲波提取法，研究了乙醇濃度、固液比、超聲波提取時間、超聲波功率4個因素對葛根(Puerariaelobata(Willd．) Ohwi)黃酮提取率的影響，并采用L8(27)正交試驗確定超聲波提取葛根黃酮的最優(yōu)工藝。結(jié)果表明：超聲波作用時間與固液比對葛根黃酮得率有顯著影響(Plt;0.05)，并且其交互影響顯著(Plt;0.05)。優(yōu)化的葛根黃酮提取條件為：乙醇濃度70%、料液比1∶25、超聲功率240 W、超聲時間40 min。

葛根(Puerariaelobata(Willd．) Ohwi)；黃酮；超聲波；提取工藝

葛根(Puerariaelobata(Willd．) Ohwi)為豆科植物, 其味甘、 辛, 性平, 既是中藥材又是營養(yǎng)豐富的食用原料。葛根中含淀粉及葛根素、大豆黃酮、大豆黃酮甙等黃酮類物質(zhì)。葛根黃酮具有清熱解毒、滋補營養(yǎng)、消除氧自由基、抗氧化等功效[1～4]。葛粉生產(chǎn)時篩分與洗滌過程均以流動水處理，黃酮類物質(zhì)損失嚴重，因此，對葛根黃酮的前期提取很有必要。超聲波作用有利于黃酮類物質(zhì)的提取，熱效應(yīng)、乳化、擴散、擊碎、化學(xué)效應(yīng)、凝聚效應(yīng)等能加速植物有效成分在溶劑中的擴散釋放，促進植物有效成分充分與溶劑混合[5,6]。本研究選擇乙醇濃度、超聲功率、固液比和超聲時間這4個因素正交試驗，通過交互分析對超聲波提取葛根黃酮的工藝進行了優(yōu)化。

1 材料與方法

1.1 試驗材料、儀器與試劑

葛根為湖北省鐘祥市客店鄉(xiāng)野生葛根，由鐘祥市質(zhì)檢所提供。試劑蘆丁、乙醇、硝酸鋁、亞硝酸鈉等均為分析純。

1.2 葛根黃酮含量的測定

分別移取0.10 mg/mL蘆丁標準溶液0、1、2、4、6、8 mL于6個25 mL容量瓶中，用30%乙醇補充至10 mL，加入1.0 mL 5%NaNO2溶液，搖勻，放置5 min，加入1.0 mL 10%Al(NO3)3溶液，搖勻，靜置6 min后加入10.0 mL 1 mol/L NaOH溶液，混勻，用30%的乙醇定容，10 min后，以試劑空白為參比，于波長510 nm處測出各濃度下的光密度D后制作標準曲線：盧丁濃度C(mg/mL) = 0.138 5D-0.0 027(R2= 0.995 5)。

葛根中總黃酮含量的確定[4]：精確稱取0.5 g葛根粉末(過80目篩)，加70%乙醇溶液100 mL，放入索式抽提器中。在85 ℃下提取8 h，真空抽濾，收集濾液，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上蒸干，用30%乙醇定容，按標準曲線的制定方法進行檢測，測得原料葛根中總黃酮含量為54.1 mg/g。

吸取2.0 mL提取液置于25 mL容量瓶中，按上述蘆丁標準曲線繪制方法配制溶液，并以試劑空白為參比液調(diào)零，測光密度，按下式計算總黃酮提取率。

式中，C為盧丁濃度(mg/mL)；V0為試驗用提取液體積(mL)；V1為樣品定容體積(mL)；V2為測定光密度樣液的體積(mL)；W為試驗用原料葛根質(zhì)量(g)。

1.3 試驗方法

葛根中黃酮采用以下工藝提取：

覆蓋材料：第1層(底層)為竹葉或稻草，厚度5 cm左右；第2層為有機肥(雞糞或羊肥)+專用配方肥或復(fù)合肥，用量為50 kg/667 m2，忌用硫酸鉀類復(fù)合肥；第3層為竹葉，厚度15 cm，以當年生新竹葉最佳；第4層(最上層)為礱糠，厚度20 cm，忌用稻谷灰、麥麩或糯稻礱糠。

葛根→干燥→粉碎→過篩(40目)→乙醇浸泡→超聲波提取→離心(4 000 r/min，15 min)→抽濾→定容→提取液

(1) 乙醇濃度對黃酮提取率的影響 稱取5份葛根干粉，在按固液比1∶30，超聲波功率180 W，提取時間20 min條件下，采用乙醇濃度40%、50%、60%、70%、80%分別提取黃酮，對提取液進行離心、抽濾處理，定容到50 mL后吸取樣品液2.0 mL，測光密度，計算提取率。

(2)固液比對黃酮提取率的影響 稱取葛根粉5份，采用固液比1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40于乙醇濃度70%，超聲波功率為180 W，超聲作用20 min提取黃酮，吸取樣品液2.0 mL，測光密度，計算提取率。

(3)超聲功率對黃酮提取率的影響 稱取5份葛根干粉，采用固液比1∶30，乙醇濃度70%，分別在超聲功率150 W、180 W、210 W、240 W、270 W下提取黃酮20 min，吸取樣品液2.0 mL, 測光密度，計算提取率。

(4) 超聲時間對黃酮提取率的影響 稱取5份葛根干粉，以固液比1∶30，乙醇濃度70%，于超聲功率210 W，分別超聲處理10 min、20 min、30 min、40 min、50 min，吸取樣品液2.0 mL，測光密度，計算提取率。

(5)超聲波提取葛根黃酮的正交試驗 在單因素試驗基礎(chǔ)上，取乙醇濃度，固液比、超聲波處理時間，超聲波功率4個因素進行正交試驗(表1)，所得渾濁液進行離心抽濾，濾液移到50 mL容量瓶中定容，吸樣品2 mL，測光密度，計算提取率。各實驗重復(fù)3次取平均值。

表1 正交試驗的因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

2 結(jié)果與分析

2.1 不同乙醇濃度對黃酮提取率的影響

圖1 乙醇濃度對葛根黃酮提取率的影響Figure 1 Effects of concentration of ethanol on the yields of flavonoids in Puerariae lobata

如圖1所示，在乙醇濃度為70%時黃酮提取率最高，乙醇體積濃度為40%～70%時葛根中黃酮提取率逐漸提高。當乙醇濃度過高時脂溶性物質(zhì)溶出量也逐漸增大，雜質(zhì)溶出，干擾因素也隨之增加，綜合提取效果，確定乙醇提取濃度為70%。

2.2 不同料液比對黃酮提取率的影響

由圖2可以看出，在固液比為1∶30時光密度度值最高，黃酮類化合物的提取率隨著溶劑量增加而提高，因為溶劑用量增加時，溶液中有效成分濃度降低，與物料及溶劑邊界層的有效成分濃度差大，擴散推動力大，超聲場中的湍動效應(yīng)也使得固液界面中傳質(zhì)邊界層變薄。當繼續(xù)提高溶劑用量，單位體積料液接受微波的能量減少，提取率反而下降。

2.3 不同超聲波功率對黃酮提取率的影響

圖2 固液比對葛根黃酮提取率的影響Figure 2 Effects of ratio of material to solvent on the yields of flavonoids in Puerariae lobata

圖3表明，微波功率低于210 W，隨著功率的增大，黃酮得率有所增加，超聲強化提取的湍流效應(yīng)、微擾效應(yīng)、界面效應(yīng)和聚能效應(yīng)與超聲場的頻率、功率及體系的溫度有關(guān)[7,8]。功率越高、溫度越高，這4種效應(yīng)作用越強，所以超聲提取率增加。但當超聲強度過大時，組織塌陷，超聲空化作用降低，并可能引起有效物質(zhì)的分解。

2.4 不同超聲波時間對黃酮提取率的影響

如圖4所示，隨著超聲時間的延長黃酮得率增加。但超聲提取時間延長，由超聲場產(chǎn)生的聚能效應(yīng)不能忽略，提取液溫度升高，前期可加快提取速度，后期高溫和長時間條件下有效成分產(chǎn)生分解會降低得率。超聲處理時間選擇在40～50 min為宜。

圖3 超聲功率對黃酮得率的影響Figure3 EffectsofUltrasonicwavepowerontheyieldsofflavonoidsinPuerariaelobata圖4 超聲處理時間對黃酮提取率的影響Figure4 EffectsofUltrasonictreatmenttimeontheyieldsofflavonoidsinPuerariaelobata

2.5提取工藝條件優(yōu)化

表2 L8(27)正交設(shè)計及試驗結(jié)果Table 2 Design and results of L8(27) orthogonal test

注：A為乙醇濃度(%)，B為固液比 (W∶V)，C為超聲波處理時間(min)，D為超聲波作用功率(W)。表3同。

采取4因素2水平交互正交試驗優(yōu)化超聲波輔助提取超聲波輔助提取葛根黃酮的工藝，試驗結(jié)果見表2。以提取率為指標，綜合考慮各因素及相互作用對提取率的影響，選擇最優(yōu)水平組合。因素水平及結(jié)果見表1、表2。

表3 正交試驗的方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal experiment

表2的正交試驗極差R顯示，在超聲波強化提取葛根黃酮類物質(zhì)的4個影響因素中，超聲波處理時間影響最大，乙醇溶劑的用量其次，影響黃酮提取率的次序為Cgt;Bgt;Dgt;A。從方差分析(表3)看，超聲波處理時間對葛根黃酮提取率有顯著影響(Plt;0.05)，乙醇溶劑的用量對葛根黃酮提取率有顯著影響(Plt;0.05)，并且兩者之間存在交互作用(B×C的Plt;0.05)，超聲波功率的影響比乙醇濃度的影響大，但無統(tǒng)計學(xué)意義(Pgt;0.05)。

對B、C 2因素進行交互分析(表4)，B1C1組合最大，即葛根中黃酮類物質(zhì)微波輔助提取的最佳工藝條件為A1B1C1D2，即用70%的乙醇溶劑按1∶25的固液比，在240 W的超聲功率下處理40 min。驗證性試驗表明，測得黃酮得率為(80.19±2.32)%，與交互實驗的最大值接近。

3 結(jié)論

在超聲場中進行葛根黃酮的提取，由于超聲空化產(chǎn)生的湍流效應(yīng)，以及超聲空化產(chǎn)生的微擾作用使微孔擴散得以強化，渦流作用加強。超聲空化產(chǎn)生微射流，對固體表面的剝離、凹蝕和粉碎作用也增加了傳質(zhì)界面，加快了提取過程[8]。超聲波法提取葛根黃酮的優(yōu)化工藝條件為：浸提固液比為1∶25，乙醇濃度70%，超聲波功率為240 W，超聲波處理時間為40 min。超聲波處理時間與提取液用量對葛根黃酮提取率影響顯著，并且兩者之間存在交互作用。

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2009-06-18

湖北省教育廳資助項目(D200712007)

王 辰(1965-)，男，湖北洪湖人，副教授，研究方向為食品加工技術(shù).

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2009.04.018

TS201.1

A

1673-1409(2009)04-S061-04