正交試驗(yàn)優(yōu)選生姜總黃酮的提取工藝*

周丹紅，王　耀，王大山，邢廷廷

(宿州學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，安徽　宿州　234000)

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正交試驗(yàn)優(yōu)選生姜總黃酮的提取工藝*

周丹紅，王耀，王大山，邢廷廷

(宿州學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，安徽宿州234000)

以生姜為原料，用乙醇作提取劑，采用單因素和正交實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用微波輔助處理浸提法，探討生姜中提取黃酮類化合物的最佳提取工藝條件：微波功率、微波加熱時(shí)間、浸提溫度、浸提時(shí)間等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，微波處理與乙醇提取相結(jié)合的方法的最適工藝參數(shù)是微波功率200 W、微波處理時(shí)間70 s、浸提溫度80 ℃、浸提時(shí)間為30 min，這種工藝可使黃酮提取率達(dá)到最好。

生姜；黃酮；微波處理；提取工藝；正交實(shí)驗(yàn)

生姜是一種藥食兼用植物，富含蛋白質(zhì)、糖類、維生素、生姜揮發(fā)油、黃酮類物質(zhì)、植物抗菌素等多種營養(yǎng)物質(zhì)[1-3]。具且較強(qiáng)的殺菌作用，其中的黃酮類化合物有明顯藥用價(jià)值[4-5]，是一類具有廣泛開發(fā)前景的天然抗氧化劑。目前提取生姜總黃酮的方法主要有水浸取法、索氏提取法等傳統(tǒng)固—液浸提法[6-8]。但這些方法存在原料消耗大，產(chǎn)率較低、提取時(shí)間長等問題。微波輔助提取具有提取時(shí)間短、能耗低、節(jié)約溶劑等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于天然化合物及生物活性成分等物質(zhì)的提取[9-12]。采用在不同條件下，利用微波處理與乙醇提取相結(jié)合的方法提取生姜中黃酮類化合物，再利用分光光度法測定溶液中黃酮的吸光度，探討從生姜中提取黃酮類化合物的最佳工藝條件：提取劑、微波功率、微波輻射加熱時(shí)間、浸提溫度、浸提時(shí)間等，為生姜的開發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)。

1　實(shí)　驗(yàn)

1.1材料與儀器

生姜，盧丁(含量≥95%)、甲醇、乙醇、活性碳、丙酮、Al(NO3)3、NaOH、NaNO2均為分析純，蒸餾水。

SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵、HH-S恒溫水浴鍋、格蘭仕WD900B型微波爐、RE-52AA真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器、722型紫外可見分光光度計(jì)。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1原料的預(yù)處理

生姜→洗凈→切片→真空干燥→冷卻→粉碎過40目篩→制得生姜粉。

1.2.2標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

圖1　蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1　Standard curve of rutin

用將盧丁于120 ℃下干燥至恒重，根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制方法，得到吸光度A與蘆丁含量C(mg/mL)間的標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1所示。

1.2.3生姜中總黃酮的提取及測定

稱取一定量的生姜粉放在磨口三頸燒瓶中，然后加入適量的水。微波輻射加熱一定時(shí)間，再加入一定量的提取劑，水浴加熱80 ℃，浸提一定時(shí)間，抽濾即得總黃酮提取液。抽濾后的濾渣用同樣方法進(jìn)行二次提取、抽濾，把兩次的提取液進(jìn)行混合，放進(jìn)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中50 ℃進(jìn)行減壓濃縮，加水約80 mL溶解，加入0.5 g活性炭脫色10 min，過濾。將濾液加水于100 mL 容量瓶中定容，按照測定蘆丁標(biāo)準(zhǔn)液吸光度的方法測定吸光度A。利用標(biāo)準(zhǔn)曲線可得總黃酮的含量。

2　結(jié)果與討論

2.1提取劑的確定

分別用蒸餾水、乙醇、甲醇、丙酮四中溶劑做提取劑，200 W微波加熱60 s，按照1.2的方法分別提取、測定其吸光度0.203、0.292、0.293、0.294，計(jì)算其提取率分別為6.25%、8.85%、8.87%、8.91%。

圖2　不同提取劑的提取效果Fig.2　Extraction effect of different extraction solution

從圖2的提取率觀察得出:用乙醇、甲醇、丙酮作為提取劑，得到的結(jié)果差別不大，但甲醇和丙酮對(duì)人體有危害，不適用于總黃酮的提取劑，所以以下研究均以乙醇為溶劑。

2.2單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1微波功率對(duì)浸提效果的影響

按照1.2的方法，分別用不同的微波功率140、170、200、230、260、290 W加熱70 s，80 ℃水浴加熱浸提30 min，提取、測定其吸光度，計(jì)算其提取率。

圖3　微波功率對(duì)浸提效果的影響Fig.3　Extraction effect of microwave power

由圖3可以看出，開始時(shí)總黃酮提取率隨功率的增加而逐漸升高，當(dāng)功率達(dá)到200 W時(shí)，總黃酮提取率達(dá)到最高，之后隨功率的增加，總黃酮提取率下降，因此選擇微波功率為200 W適宜。

2.2.2微波加熱時(shí)間對(duì)浸提效果的影響

按照1.2的方法，微波功率200 W，微波加熱時(shí)間分別為40、50、60、70、80、90 s，80 ℃水浴加熱浸提30 min，提取、測定其吸光度，計(jì)算其提取率。

圖4　微波加熱時(shí)間對(duì)浸提效果的影響Fig.4　Extraction effect of microwave heating time

從圖4的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出微波加熱時(shí)間超過70 s時(shí)，提取率下降?？赡苁且?yàn)槲⒉訜釙r(shí)間長導(dǎo)致溫度過高，從而導(dǎo)致提取率下降。

2.2.3浸提溫度對(duì)浸提效果的影響

按照1.2的方法，微波功率200 W，微波加熱70 s，用不同的溫度50、60、70、80、90、100 ℃水浴加熱浸提30 min，提取、測定其吸光度，計(jì)算其提取率。

圖5　浸提溫度對(duì)浸提效果的影響Fig.5　Extraction effect of extraction temperature

從圖5得出：對(duì)于提取溫度的選擇上溫度不能超過80 ℃，否則黃酮氧化，而最佳的提取溫度選擇在80 ℃。

2.2.4浸提時(shí)間對(duì)浸提效果的影響

按照1.2生姜中總黃酮的提取及測定方法，微波功率200 W、 微波加熱70 s、80 ℃水浴加熱、浸提時(shí)間分別為10、20、30、40、50、60 min，提取、測定其吸光度，計(jì)算其提取率。

從圖6的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：提取率隨提取時(shí)間的延長而逐漸升高，浸提時(shí)間為30 min時(shí)的提取效果和時(shí)間為40、50 min 的效果相差不大，但考慮到生產(chǎn)周期和成本，30 min最為適宜。

圖6　浸提時(shí)間對(duì)浸提效果的影響Fig.6　Extraction effect of extraction time

2.3正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別選擇微波功率、加熱時(shí)間、浸提溫度、浸提時(shí)間四個(gè)因素的三個(gè)水平L9(34)，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)。設(shè)計(jì)因素與水平詳見表1，試驗(yàn)方案與結(jié)果見表2。

表1　設(shè)計(jì)因素與水平表Table 1　Design factors and level table

表2　L9(43) 試驗(yàn)方案與結(jié)果表Table 2　L9(43) Design project and experiment result

續(xù)表2

K324.3023.9223.7724.34k17.557.737.887.92k28.258.198.098.26k38.107.977.928.11R0.700.460.210.34

由正交實(shí)驗(yàn)得到生姜中總黃酮提取的最佳工藝條件，通過分析：極差分析為微波功率(A)>加熱時(shí)間(B)>浸提時(shí)間(D)>浸提溫度(C)，提取生姜中總黃酮的最佳條件為A2B2C2D2，即200 W微波加熱70 s，80 ℃ 水浴加熱30 min。試驗(yàn)結(jié)果表明在此條件下，提取率最高。

3　結(jié)　論

由本文的實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析，得出以下結(jié)論：

(1) 生姜中含有豐富的黃酮類化合物，有開發(fā)利用的前景。

(2) 微波處理與乙醇提取相結(jié)合的方法的最適工藝參數(shù)是微波功率200 W、微波波處理時(shí)間70 s、浸提溫度80 ℃、浸提時(shí)間為30 min，這種工藝可使黃酮提取得率達(dá)到最好。

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Optimum Extraction of Total Flavonoid from Ginger Established by Orthogonal Test*

ZHOUDan-hong,WANGYao,WANGDa-shan,XINGTing-ting

(School of Chemistry and Chemical Engineering, Suzhou University, Anhui Suzhou 234000, China)

With ginger as raw material, ethanol extracting with microwave processing to distill flavonoids from ginger with single factor test and orthogral test, the optimum extracting condition of flavonoids from ginger, such as microwave power, microwave radiation heating time, extraction temperature, extraction time, etc., were discussed. Experimental results showed that the optimum conditions of ethanol extracting with microwave processing were as follows: 200 W of microwave power for 70 s, extracting at 80 ℃ for 30 min. Using this technology, the extraction rate of total flavonoids in ginger achieved the best.

ginger; flavonoids; microwave treatment; extraction process; orthogral test

安徽省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(AH201410379071，AH201410379063)；宿州學(xué)院科研平臺(tái)開放課題(KYLXLKYB15-02)。

周丹紅(1969-)，女，副教授，主要從事天然產(chǎn)物的提取及應(yīng)用方面的研究。

R284.2

A

1001-9677(2016)08-0067-03