超聲波－微波協(xié)同萃取芹菜黃酮的工藝研究

劉全德 唐仕榮 宋 慧 繆蓉蓉

（徐州工程學(xué)院食品工程學(xué)院，江蘇 徐州 221008）

超聲波－微波協(xié)同萃取芹菜黃酮的工藝研究

劉全德 唐仕榮 宋 慧 繆蓉蓉

（徐州工程學(xué)院食品工程學(xué)院，江蘇 徐州 221008）

研究超聲波－微波協(xié)同萃取芹菜黃酮的工藝條件。以遠(yuǎn)紅外干燥的芹菜粉為原料，通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)探討乙醇濃度、液料比、微波功率、萃取時(shí)間及超聲波等因素對(duì)萃取效果的影響。確定最佳的萃取工藝：80%乙醇為溶劑，液料比30∶1（mL/g），超聲波和600W微波功率協(xié)同萃取240s，芹菜總黃酮和芹菜素提取率分別為1.051%和14.156μg/g，均高于回流提取6h時(shí)的提取率。

芹菜黃酮；芹菜素；超聲波－微波協(xié)同萃取

芹菜屬傘形花科1年生或2年生草本植物，是一種豐富的再生植物資源。芹菜具有降血壓、降血糖、抗炎、抗動(dòng)脈硬化、抗焦慮、抗病毒、抗氧化以及增強(qiáng)免疫力等廣泛的生物活性和重要的藥用價(jià)值［1］。研究［2］表明，芹菜的諸多生理功效中，大多數(shù)都與芹菜黃酮有關(guān)，主要包括芹菜素、芹菜苷、木栓酮等。越來(lái)越多的研究［3－5］表明，芹菜素是芹菜的重要生理功能活性成分，其抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡及其作用機(jī)制已得到較為深入的研究，而且其致畸變毒性與其它黃酮類(lèi)化合物比相對(duì)較低，有望成為治療腫瘤的一種新的藥物。因此加強(qiáng)芹菜黃酮的提取純化，特別是新技術(shù)的引入以提高芹菜黃酮的提取率具有重要的意義［6］。目前，黃酮的提取多采用溶劑回流提取法［7］。近年來(lái)，微波技術(shù)因促進(jìn)反應(yīng)的高效性、強(qiáng)選擇性、操作簡(jiǎn)便、產(chǎn)率高及產(chǎn)物易提純等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用［8－9］。超聲波提取技術(shù)也是近年來(lái)應(yīng)用于天然產(chǎn)物有效成分提取分離的一種新的手段，可簡(jiǎn)化操作、縮短萃取時(shí)間、提高提取效率等［10］。本試驗(yàn)主要探討芹菜黃酮的超聲波－微波協(xié)同萃取工藝條件及其影響因素，為芹菜黃酮的進(jìn)一步研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

鮮西芹：徐州農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)；

蘆丁、芹菜素標(biāo)準(zhǔn)品：中國(guó)藥品生物制品檢定所；

色譜純乙腈：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

亞硝酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉等均為國(guó)產(chǎn)分析純。

超聲－微波協(xié)同萃取儀：CW－2000型，上海新拓分析儀器科技有限公司；

紫外分光光度計(jì)：TU－1810型，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；

高效液相色譜儀：Agilent1100，美國(guó)安捷倫科技有限公司。

1.2 檢測(cè)方法

1.2.1 芹菜總黃酮檢測(cè)方法 采用分光光度法測(cè)定總黃酮［11］，以蘆丁為標(biāo)準(zhǔn)品，在5%亞硝酸鈉溶液存在的堿性條件下，經(jīng)硝酸鋁顯色后，以試劑為空白于510nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光值，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。線(xiàn)性回歸得標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)方程A＝0.010 7C＋0.009 3，相關(guān)系數(shù)R2＝0.997（式中：A為 吸光度；C為樣品濃度，μg/mL）。

1.2.2 芹菜素檢測(cè)方法 采用高效液相色譜法測(cè)定芹菜素［12］。色譜 條 件 ：色 譜 柱 A gilent XDB－C18柱 （4.6mm×150mm，5μm），流動(dòng)相35%乙腈，流速0.8mL/min，檢測(cè)波長(zhǎng)270nm，柱溫30℃，進(jìn)樣量20μL。由峰面積和芹菜素濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，線(xiàn)性回歸得標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)方程y＝40.139 9C－4.867 9，相關(guān)系數(shù)R2＝0.999 2（式中：y為峰面積；C為芹菜素濃度，ng/mL）。

1.3 試驗(yàn)方法

新鮮芹菜洗凈70℃預(yù)煮3min，60℃遠(yuǎn)紅外干燥，粉碎過(guò)60目篩。稱(chēng)取芹菜粉5g于250mL萃取儀專(zhuān)用瓶中，加入100mL 60%的乙醇溶液，在超聲波常開(kāi)條件下（600W）處理210s，離心，取上清液測(cè)定，分別代入芹菜總黃酮及芹菜素回歸方程，得各自含量，由提取液體積、稀釋倍數(shù)及稱(chēng)量質(zhì)量求得提取率。

通過(guò)改變乙醇濃度、液料比、微波功率和微波處理時(shí)間等因素來(lái)探討超聲波－微波協(xié)同萃取技術(shù)對(duì)芹菜總黃酮及芹菜素提取的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 乙醇濃度的影響

芹菜黃酮易溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯等有機(jī)溶劑，由于溶劑毒性問(wèn)題，一般采用乙醇作為溶劑。為優(yōu)選最佳乙醇濃度，選擇不同濃度乙醇溶液為溶劑，考察乙醇濃度對(duì)芹菜黃酮提取的影響。稱(chēng)取芹菜粉5g，分別加入40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%的乙醇溶液100mL，在超聲波常開(kāi)條件下（600W）處理210s。由圖1可知，芹菜總黃酮和芹菜素提取率均隨濃度的增大先增大后降低，在乙醇濃度80%時(shí)最大，因此選擇80%乙醇溶液作為提取溶劑。

圖1 乙醇濃度的影響Figure 1 Effect of ethanol concentration

2.2 液料比的影響

稱(chēng)取芹菜粉5g，分別加入10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1、35∶1的80%的乙醇溶液，在超聲波常開(kāi)條件下（600W）處理210s，考察液料比對(duì)芹菜黃酮提取率的影響。由圖2可知，芹菜總黃酮和芹菜素提取率均隨液料比增大而增加，當(dāng)液料比達(dá)到25∶1時(shí)，總黃酮提取率趨于平穩(wěn)，而芹菜素提取率在液料比達(dá)到30∶1時(shí)趨于平穩(wěn)。綜合考慮液料比選擇30∶1。

圖2 液料比的影響Figure 2 Effect of ratio of liquid to material

2.3 微波功率的影響

稱(chēng)取芹菜粉5g，加入150mL 80%的乙醇溶液，在超聲波常開(kāi)條件下分別在微波功率400，500，600，700，800W 條件下處理210s。由圖3可知，芹菜總黃酮和芹菜素提取率均先隨功率的增大而增加，在600W時(shí)達(dá)到最大。這可能是由于芹菜細(xì)胞中的極性分子和溶劑分子在微波作用下發(fā)生高速轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著功率增加而逐漸增強(qiáng)，促使細(xì)胞快速升溫、升壓，迫使細(xì)胞壁破裂，使細(xì)胞內(nèi)組分迅速釋放，從而有利于提??；當(dāng)微波強(qiáng)度進(jìn)一步提高時(shí)，熱效應(yīng)可能破壞某些有效成分而造成提取率下降。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在較高功率下容易發(fā)生暴沸而影響試驗(yàn)，所以微波功率選取600W。

圖3 微波功率的影響Figure 3 Effect of microwave power

2.4 萃取時(shí)間的影響

稱(chēng)取芹菜粉5g，加入150mL 80%的乙醇溶液，在超聲波常開(kāi)條件、微波功率600W 下分別處理120，150，180，210，240s。由圖4可知，在210s內(nèi)，芹菜總黃酮和芹菜素提取率均隨時(shí)間的增大而增加，當(dāng)超過(guò)210s后提取率反而有所下降?？赡苁怯捎谔幚頃r(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成局部過(guò)熱，反而降低了提取液中黃酮含量。因此處理時(shí)間選擇210s。

2.5 超聲波對(duì)提取的影響

稱(chēng)取芹菜粉5g，加入80%的乙醇溶液150mL，關(guān)閉超聲波僅600W微波處理210s，對(duì)比超聲波對(duì)提取的影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，關(guān)閉超聲波時(shí)芹菜總黃酮和芹菜素提取率分別為0.941%和12.572μg/g，協(xié)同作用時(shí)芹菜總黃酮和芹菜素提取率分別為1.045%和14.108μg/g，體現(xiàn)了超聲波的震動(dòng)和空化作用對(duì)芹菜黃酮的提取有較大的促進(jìn)作用。

圖4 處理時(shí)間的影響Figure 4 Effect of extraction time

2.6 正交試驗(yàn)確定最佳條件

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇微波功率、萃取時(shí)間、乙醇濃度以及液料比為影響因素，選用L9（34）正交表進(jìn)行試驗(yàn)，因素水平見(jiàn)表1，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 正交試驗(yàn)因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiment

由表2可知，各因素對(duì)芹菜總黃酮和芹菜素提取率的影響次序均為：A＞C＞B＞D，即微波功率＞乙醇濃度＞萃取時(shí)間＞料液比。芹菜總黃酮的最優(yōu)提取方案為A2B3C2D2，芹菜素的最優(yōu)提取方案為A2B3C2D3，兩最優(yōu)方案中只有液料比不同，但液料比對(duì)芹菜總黃酮和芹菜素提取率的影響均為最次要因素，故為節(jié)省成本液料比應(yīng)選取D2。因此，芹菜總黃酮和芹菜素的最佳提取方案為A2B3C2D2，即芹菜粉以80%乙醇溶液為溶劑、液料比30∶1（mL/g）、微波功率600W、超聲波常開(kāi)條件下（600W）提取240s。

對(duì)比分析最佳和試驗(yàn)最佳條件（4＃試驗(yàn)）做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，分析最佳條件下，芹菜總黃酮和芹菜素提取率分別為1.051%和14.156μg/g，均高于試驗(yàn)最佳的0.968%和13.752μg/g的提取率。

2.7 與回流提取的比較

使用同一批原料，在以80%乙醇溶液為溶劑，液料比為30∶1（mL/g）條件下，對(duì)比協(xié)同萃取法和回流提取法對(duì)芹菜黃酮的提取差異。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 與回流提取的比較Table 3 Comparison between synergistic extraction and reflux extraction

由表3可知，回流提取法提取6h的芹菜總黃酮和芹菜素提取率均低于協(xié)同萃取240s時(shí)的提取率，這充分體現(xiàn)了超聲波－微波協(xié)同萃取快速高效的優(yōu)點(diǎn)?？赡苁怯捎谖⒉ǖ拇┩甘郊訜嶙饔煤统暡ǖ目栈饔么偈辜?xì)胞壁破裂，強(qiáng)化細(xì)胞內(nèi)活性成分的擴(kuò)散，從而提高活性成分的提取效率。

3 結(jié)論

通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)探討了超聲波－微波協(xié)同萃取芹菜黃酮的工藝條件，確定了最佳萃取工藝參數(shù)：鮮芹菜60℃遠(yuǎn)紅外干燥，粉碎過(guò)60目篩，80%的乙醇溶液為溶劑，液料比30∶1（mL/g），微波功率600W，超聲波常開(kāi)條件下提取240s，芹菜總黃酮和芹菜素提取率分別為1.051%和14.156μg/g，均高于回流提取6h時(shí)的提取率。體現(xiàn)了微波、超聲波提取方法簡(jiǎn)單、高效率等優(yōu)點(diǎn)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

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Technological study on synergistic extraction of celery flavonoids by ultrasonic wave and microwave

LIU Quan－de TANG Shi－rong SONG HuiMIAO Rong－rong

（School of Food Engineering，Xuzhou Institute of Technology，XuZhou，Jiangsu221008，China）

Synergistic extraction technology of celery flavonoids was studied by using ultrasound wave and microwave synergistic extraction equipment.Effects of ethanol concentration，ratio of liquid to material，microwave power，extraction time，and ultrasound wave on extraction yield of celery flavonoids were investigated through single factor and orthogonal tests.The optimum extraction conditions for celery flavonoids were identified as the follows：80%ethanol（V/V）as solvent，ratio of liquid to material 30∶1（mL/g），microwave power as 600W，synergistic extraction time 240swith ultrasound wave and microwave with the material of far－infrared celery powder.The extraction ratio of celery total flavonoids and apigenin were up to 1.051%and 14.156μg/g separately，which was larger than that of refluence extraction for 6h.All these results indicate that ultrasound wave and microwave synergistic extraction is a simple，rapid and efficient method.

celery flavonoids；apigenin；ultrasound wave and microwave synergistic extraction

10.3969 /j.issn.1003－5788.2010.05.039

劉全德（1958－），男，徐州工程學(xué)院副教授。E－mail：lqd＠xzit.edu.cn

2010－05－20