超聲波乙醇浸提法提取甘薯莖葉中總黃酮的工藝研究

徐艷

（荊楚理工學(xué)院生物工程學(xué)院，湖北荊門448000）

超聲波乙醇浸提法提取甘薯莖葉中總黃酮的工藝研究

徐艷

（荊楚理工學(xué)院生物工程學(xué)院，湖北荊門448000）

以鄂薯4號(hào)甘薯莖葉為材料，通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)對(duì)超聲波乙醇浸提法提取甘薯莖葉總黃酮的工藝進(jìn)行研究。結(jié)果表明，超聲波乙醇浸提法提取甘薯莖葉總黃酮的最佳提取工藝為：超聲溫度40℃、乙醇濃度70%、料液比1∶40（g/mL）、超聲時(shí)間30min，在此工藝條件下甘薯莖葉總黃酮的得率可達(dá)2.65%。

甘薯莖葉；總黃酮；超聲波乙醇浸提

黃酮類化合物具有高抗氧化性、能清除人體內(nèi)自由基、抗老化、抗突變等保健功能，且無(wú)毒副作用，有廣闊的應(yīng)用前景[1]。

甘薯又名紅薯、番薯、紅苕等，在我國(guó)各地區(qū)廣泛種植。甘薯莖葉含有各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如胡蘿卜素、維生素、礦質(zhì)元素等，同時(shí)還含有生物活性物質(zhì)如黃酮等[2-5]。甘薯莖葉或葉的總黃酮提取工藝已有各種報(bào)道[6-16]，但因甘薯的品種和種植地區(qū)的不同，以及提取方法的不同（如有機(jī)溶劑提取法、溫浸法、超聲波提取法、超臨界提取法等），其總黃酮提取率有明顯差異。甘薯是荊門市主要旱糧作物之一，近幾年的甘薯種植面積都在3 000公頃左右。荊門市年產(chǎn)紅薯莖葉約1萬(wàn)t左右，除部分地區(qū)鮮食或作為飼料外，絕大部分被丟棄，造成了資源的極大浪費(fèi)。本文主要研究甘薯莖葉中總黃酮的超聲波乙醇浸提法的相關(guān)工藝條件，為開(kāi)發(fā)利用湖北省荊門地區(qū)的甘薯莖葉提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料與試劑

甘薯莖葉（鄂薯4號(hào)品種）：荊門東寶區(qū)；蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品（分析純）：北京索萊寶科技有限公司；95%乙醇：武漢中南化工試劑有限公司；亞硝酸鈉（分析純）：武漢江北化工試劑廠；硝酸鋁（分析純）：湖北大學(xué)化工試劑廠；氫氧化鈉（分析純）：天津市福晨化學(xué)試劑廠。

1.2儀器與設(shè)備

FW80高速萬(wàn)能粉碎機(jī)：北京市泰和格潤(rùn)儀器有限公司；DZF真空干燥箱：天津科偉永興儀器有限公司；AB104-N電子分析天平：梅特勒-托利多儀器（北京）有限公司；KQ-100KDB高功率數(shù)控超聲波清洗器：蘇州市超聲儀器有限公司；TU-1901雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：普析通用儀器（北京）有限責(zé)任公司。

1.3方法

1.3.1材料處理

于甘薯塊根收獲前采摘的新鮮莖葉。甘薯莖葉采摘后，在烘箱中以60℃的溫度烘干，然后用萬(wàn)能粉碎機(jī)粉碎，在40目的篩子過(guò)篩得到甘薯莖葉粉末備用。

1.3.2蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

稱取20mg蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品（烘干至恒重），先用少量60%的乙醇使之完全溶解，再用60%的乙醇定容至100mL，搖勻后得到濃度為0.2mg/mL的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)液。準(zhǔn)確吸取0、1.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0mL蘆丁標(biāo)準(zhǔn)液，分別置于25mL容量瓶中（依次標(biāo)記0至6號(hào)），加入5%的亞硝酸鈉溶液1.0mL，搖勻，靜置7 min；加入10%的硝酸鋁溶液1.0 mL，搖勻，靜置7 min；加入1 mol/L的氫氧化鈉溶液10mL，靜置12min；最后用60%的乙醇定容至刻度，靜置10min。以0號(hào)試劑做空白組，測(cè)定各組在510 nm的吸光度，以蘆丁標(biāo)準(zhǔn)液濃度（mg/mL）為橫坐標(biāo)，吸光度（A）為縱坐標(biāo)，繪制蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.3甘薯莖葉總黃酮的測(cè)定

精密稱取定量的甘薯莖葉干粉，加入不同濃度的乙醇，在常溫下浸泡18 h后進(jìn)行超聲提取一定時(shí)間，抽濾，定容。按照1.3.2的方法操作，并根據(jù)下列公式計(jì)算出總黃酮得率：

式中：C為對(duì)應(yīng)總黃酮的濃度，mg/mL；V為稀釋體積，mL；N為測(cè)量時(shí)提取液與所取樣本的體積比；W為得率，%；m為提取樣本質(zhì)量，g。

1.3.4單因素試驗(yàn)

超聲溫度的確定：在料液比為1∶30（g/mL）、70%的乙醇濃度為條件下，將1.000 g樣品于常溫下靜置浸泡18 h；然后分別在20、25、30、35、40、45℃的超聲溫度條件下超聲提取30min，抽濾，定容，測(cè)定吸光度A值，分別計(jì)算甘薯莖葉總黃酮的得率。

乙醇濃度的確定：準(zhǔn)確稱取1.000 g樣品，將40%、50%、60%、70%、80%和90%的乙醇按1∶30（g/mL）的料液比分別加入錐形瓶中，常溫下靜置浸泡18 h后在30℃超聲溫度下提取30min，抽濾，定容，測(cè)其吸光度A值，分別計(jì)算出甘薯莖葉總黃酮的得率。

超聲時(shí)間的確定：準(zhǔn)確稱取1.000 g樣品，在料液比為1∶30（g/mL）、70%的乙醇濃度條件下，常溫下靜置浸泡18 h；然后在30℃超聲溫度條件下將分別提取15、20、25、30、35、40min，抽濾，定容，測(cè)定吸光度A值，分別計(jì)算甘薯莖葉總黃酮的得率。

料液比的確定：準(zhǔn)確稱取1.000 g樣品，分別按1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40（g/mL）的料液比加入70%的乙醇，常溫下靜置浸泡18 h；然后在30℃超聲溫度下提取30min，抽濾，定容，測(cè)定吸光度A值，分別計(jì)算甘薯莖葉總黃酮的得率。

1.3.5正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步確定超聲波乙醇浸提法提取甘薯莖葉總黃酮的最佳工藝條件。選用超聲溫度、乙醇濃度、提取時(shí)間和料液比4個(gè)因素進(jìn)行優(yōu)化組合，因素與水平表見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平Table1 Factorsand levelsof orthogonalexperiment

2結(jié)果與分析

2.1蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線及回歸方程

以蘆丁標(biāo)準(zhǔn)液濃度（mg/mL）為橫坐標(biāo)，吸光度（A）為縱坐標(biāo)，繪制蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線見(jiàn)圖1。

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

根據(jù)圖1，求得回歸方程A=13.365C+0.305，R2= 0.999 5。其中：C為蘆丁含量（mg/mL），A為吸光度。相關(guān)系數(shù)R2為0.999 5，表明在該濃度范圍內(nèi)蘆丁濃度與吸光度線性關(guān)系良好。

2.2單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1超聲溫度對(duì)甘薯莖葉總黃酮得率的影響

在料液比為1∶30（g/mL）、乙醇濃度70%、超聲提取時(shí)間30min的條件下，分別考察了不同超聲溫度時(shí)甘薯莖葉總黃酮得率的變化情況，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 超聲溫度對(duì)甘薯莖葉總黃酮得率的影響Fig.2 Effectsofultrasonic extraction temperatureon total flavonoids from stemsand leavesof sweet potato

由圖2可知，超聲溫度為20℃～40℃時(shí)，甘薯莖葉總黃酮得率會(huì)隨超聲溫度的升高而增大，且在溫度為40℃時(shí)，得率達(dá)到最高2.64%。但溫度超過(guò)40℃時(shí)，甘薯莖葉總黃酮得率反而下降，說(shuō)明溫度過(guò)高，會(huì)使提取液中的黃酮類物質(zhì)受到破壞，造成得率下降。所以甘薯莖葉總黃酮提取時(shí)的最佳超聲溫度為40℃。

2.2.2乙醇提取液濃度對(duì)甘薯莖葉總黃酮得率的影響

在料液比為1∶30（g/mL）、超聲溫度30℃、超聲提取時(shí)間30min的條件下，分別考察了不同乙醇濃度下甘薯莖葉總黃酮得率的變化情況，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 乙醇提取液濃度對(duì)甘薯莖葉總黃酮得率的影響Fig.3 Effectsof ethanol concentration on total flavonoids from stem sand leavesof sweet potato

由圖3得到，甘薯莖葉總黃酮得率會(huì)隨著乙醇濃度的增大而增加，且在乙醇濃度達(dá)到70%時(shí)，甘薯莖葉總黃酮得率達(dá)到了最高值；但乙醇濃度超過(guò)70%再增加時(shí)，得率反而下降，主要原因是甘薯莖葉中其他物質(zhì)的溶解。綜合成本和得率來(lái)考慮，甘薯莖葉總黃酮提取時(shí)的最佳乙醇濃度為70%。

2.2.3超聲時(shí)間對(duì)甘薯莖葉總黃酮得率的影響

在料液比為1∶30（g/mL）、乙醇濃度70%、超聲溫度30℃的條件下，分別考察了不同超聲時(shí)間下甘薯莖葉總黃酮得率的變化情況，結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4可以看出，甘薯莖葉總黃酮得率開(kāi)始會(huì)隨著超聲波作用時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，且提取30min時(shí)，甘薯莖葉總黃酮得率最大。但超過(guò)30min后，可能是由于超聲波產(chǎn)生的較強(qiáng)的機(jī)械振動(dòng)作用和空化作用，時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)破壞提取液中的黃酮類物質(zhì)，也會(huì)增加甘薯莖葉中其他物質(zhì)的溶解，使得得率隨著時(shí)間的增加反而下降。所以甘薯莖葉總黃酮提取時(shí)的最佳超聲時(shí)間為30min。

圖4 超聲時(shí)間對(duì)甘薯莖葉總黃酮得率的影響Fig.4 Effectsofultrasonicextraction timeon total flavonoids from stem sand leavesof sweet potato

2.2.4料液比對(duì)甘薯莖葉總黃酮得率的影響

在乙醇濃度70%、超聲溫度30℃、超聲時(shí)間30min的條件下，分別考察了不同料液比下甘薯莖葉總黃酮得率的變化情況，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 料液比對(duì)甘薯莖葉總黃酮得率的影響Fig.5 Effectsof liquidm aterial ratio on total flavonoids from stemsand leavesof sweet potato

根據(jù)圖5可知，甘薯莖葉總黃酮得率開(kāi)始會(huì)隨料液比增大而增加，而當(dāng)料液比大于1∶30（g/mL）以后，提取率趨于恒定。故甘薯莖葉總黃酮提取時(shí)的最佳料液比為1∶40（g/mL）。

2.3正交試驗(yàn)結(jié)果

在實(shí)際提取過(guò)程中各單因素之間又會(huì)相互交叉影響，因此在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了正交試驗(yàn)以進(jìn)一步研究多因素對(duì)甘薯莖葉總黃酮提取效果的影響，正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，方差結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table2 Resultsoforthogonalexperiment

續(xù)表2正交試驗(yàn)結(jié)果Continue table2 Resultsof orthogonalexperiment

表3 方差分析Table3 Varianceanalysis

由表2正交試驗(yàn)結(jié)果得RB＞RD＞RA＞RC，即4個(gè)因素對(duì)甘薯莖葉總黃酮得率的影響是乙醇濃度（B）＞超聲溫度（D）＞超聲時(shí)間（A）＞料液比（C）。根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果中KA2＞KA3＞KA1，KB2＞KB3＞KB1，KC3＞KC1＞KC2，KD2＞KD3＞KD1可知最佳的因素水平組合為A2B2C3D2。且在A2B2C3D2工藝條件（即超聲時(shí)間30min，乙醇濃度70%，料液比1∶40（g/mL），提取溫度40℃）下進(jìn)行了3次平行試驗(yàn)，結(jié)果分別為2.67%、2.58%、2.69%，3次試驗(yàn)的平均值為2.65%，其結(jié)果高于正交試驗(yàn)各組得率。

由表3正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析可知，4個(gè)因素都對(duì)甘薯莖葉總黃酮得率有極顯著的影響（P＜0.01），4個(gè)因素對(duì)甘薯莖葉總黃酮提取的影響主次順序?yàn)橐掖紳舛龋˙）＞超聲溫度（D）＞超聲時(shí)間（A）＞料液比（C）。

3結(jié)論

本研究探討了甘薯莖葉總黃酮的提取工藝，結(jié)果表明，超聲波乙醇浸提法提取甘薯莖葉總黃酮的最佳工藝為：超聲時(shí)間30min，乙醇濃度70%，料液比1∶40（g/mL），提取溫度40℃，此條件下甘薯莖葉總黃酮的得率為2.65%。根據(jù)方差結(jié)果，乙醇濃度、超聲溫度是影響提取效率的兩個(gè)主要因素。超聲波乙醇浸提法提取甘薯莖葉總黃酮具有工藝簡(jiǎn)單，操作方便，成本低且對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，將為開(kāi)發(fā)利用湖北省荊門地區(qū)的甘薯莖葉提供理論參考。

[1]延璽,劉會(huì)青,鄒永青,等.黃酮類化合物生理活性及合成研究進(jìn)展[J].有機(jī)化學(xué),2008,28(9):1534-1544

[2]中國(guó)植物志編輯委員會(huì).中國(guó)植物志[M].北京:科學(xué)出版社,1979: 88-90

[3]胡立明,高蔭榆,陳才水,等.甘薯葉研究進(jìn)展[J].鄭州工程學(xué)院學(xué)報(bào),2002,23(1):79-84

[4]張文啟,陳才水.甘薯葉的研究與開(kāi)發(fā)[J].中國(guó)畜產(chǎn)與食品,1999,6 (2):85-87

[5]徐君飛,張居作,莫亦佳.紅薯莖葉保健醋飲料的研究與開(kāi)發(fā)[J].中國(guó)釀造,2014,33(1):150-153

[6]李鳳林,李青旺,高大威,等.超聲波法提取甘薯葉總黃酮的工藝研究[J].江蘇調(diào)味副食品,2008,25(3):14-15

[7]朱紅,鈕福祥,張愛(ài)君,等.甘薯葉中黃酮類化合物提取工藝研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2006(5):154-156

[8]王玫,張?zhí)┿?熊運(yùn)海.超聲波法提取紫甘薯葉總黃酮的工藝研究[J].廣州化學(xué).2010,35(2):13-17

[9]許本波,熊書武,余少平,等.紅薯藤中黃酮提取條件的優(yōu)化[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,47(12):1484-1486

[10]李光,余霜,陳慶富.正交設(shè)計(jì)在紅薯葉黃酮提取中的應(yīng)用[J].北方園藝,2012(1):41-42

[11]章英,宋江峰,李大婧,等.均勻設(shè)計(jì)優(yōu)選超聲波提取甘薯葉黃酮的研究[J].食品科技,2010,35(6):190-194

[12]杜鵑,崔瑞峰.紅薯莖葉中黃酮類化合物的提取工藝[J].食品工程,2013(3):21-23

[13]李光,余霜,鄧銀,等.甘薯葉總黃酮含量的測(cè)定[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2011,37(12):152-154

[14]陳瑛,孫興力,王文淵.紅薯葉中黃酮類化合物的超臨界提取研究[J].廣州化工,2011,39(6):82-84

[15]顧英,韓鳳麗,王洪洋.響應(yīng)面法優(yōu)化紅薯葉類黃酮提取工藝的研究[J].食品工業(yè)科技,2012,33(3):286-288

[16]韋學(xué)豐,羅靜.甘薯葉黃酮微波提取工藝的響應(yīng)面法優(yōu)化[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,52(6):1391-1394

Study on the Uultrasonic and Ethanol Extraction of Total Flavonoids from Sweet Potato Stem and Leaves

XUYan
（CollegeofBioengineering，Jingchu Universityof Technology，Jingmen 448000，Hubei，China）

The extraction of total flavonoidswasstudied using the ultrasonic and ethanol from stemsand leaves of'ESHU-4'sweetpotato，Themethodswere applied through the single factorexperimentand orthogonalexperiment.The results showed that the ultrasonic and ethanol immersion extraction was used to extract the optimum extraction condition of total flavonoids from stems and leaves of sweet potato was：40℃ultrasonic extraction temperature，70%volume fraction ofethanol，liquidmaterial ratio 1∶40（g/mL）and 30min ultrasonic extraction time.Under the optimum conditions，the total flavonoids extraction rate of sweet potato stem and leafwas 2.65%.

sweetpotatostem and leaf；total flavonoids；ultrasonicethanolextraction

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.05.017

2016-05-25

荊楚理工學(xué)院校級(jí)課題[（110456）ZR201307]

徐艷（1981—），女（漢），講師，碩士，研究方向：植物資源開(kāi)發(fā)與利用。