銀杏葉黃酮活性炭脫色工藝的研究

金華，鐘方麗，李秀萍，王建剛

（1.吉林化工學(xué)院分析測(cè)試中心，吉林吉林132022；2.吉林化工學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院，吉林吉林130022；3.中國石油吉林石化公司研究院，吉林吉林132021）

銀杏葉黃酮活性炭脫色工藝的研究

金華1，鐘方麗2，*，李秀萍3，王建剛1

（1.吉林化工學(xué)院分析測(cè)試中心，吉林吉林132022；2.吉林化工學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院，吉林吉林130022；3.中國石油吉林石化公司研究院，吉林吉林132021）

為了優(yōu)化活性炭對(duì)銀杏葉黃酮脫色的工藝條件，通過單因素實(shí)驗(yàn)考察脫色時(shí)間、pH值、脫色溫度以及活性炭用量對(duì)脫色率和黃酮保留率的影響。在單因素基礎(chǔ)上，采用四因素三水平正交試驗(yàn)分析各因素與脫色率及黃酮保留率的關(guān)系。結(jié)果表明：活性炭脫色最佳條件為脫色時(shí)間60 min、pH 6.0、脫色溫度80℃、活性炭用量2.0%，在該條件下活性炭脫色率達(dá)55.07%，銀杏葉黃酮保留率為87.52%，相對(duì)誤差分別為0.94%及0.19%。脫色使銀杏葉黃酮提取液獲得良好色澤。

正交試驗(yàn)；銀杏葉黃酮；活性炭；脫色

銀杏葉又名白果葉，是我國珍稀樹種銀杏的干燥葉。目前，以其為原料的提取物廣泛應(yīng)用于藥品、保健品、食品添加劑以及化妝品等領(lǐng)域。2015年，銀杏葉制品僅在歐洲市場(chǎng)的年銷售額即為1.9億美元，作為植物界的“軟黃金”被世界各國消費(fèi)者確認(rèn)和接受。黃酮類化合物是銀杏葉提取物中的主要活性成分，具有延緩細(xì)胞老化、抗衰老、防止中老年常見腦部功能不足等功效。日本將已經(jīng)其作為食品添加劑用來制作預(yù)防老年性癡呆的保健食品。國內(nèi)已大量生產(chǎn)銀杏葉提取物出口，并有沖劑、口服液、功能性飲料等保健食品、藥品投放市場(chǎng)。銀杏葉黃酮提取物因含有葉綠素、類胡蘿卜素等雜質(zhì)呈現(xiàn)深綠色，嚴(yán)重影響成品質(zhì)量，因此脫色成為黃酮提取、分離、純化過程中的重要環(huán)節(jié)。目前應(yīng)用較為廣泛的脫色方法有雙氧水法、活性炭法以及新興的大孔樹脂脫色法。雙氧水法是利用其強(qiáng)氧化性破壞色素結(jié)構(gòu)使其不顯色而達(dá)到脫色目的，但同時(shí)也會(huì)對(duì)有效成分造成影響[2]。而活性炭和大孔樹脂是利用其孔狀結(jié)構(gòu)對(duì)色素產(chǎn)生吸附作用使之與有效成分分離而達(dá)到脫色目的，樹脂較活性炭而言，價(jià)格較貴、操作較復(fù)雜，樣品處理量有限；活性炭成本低廉、同樣具有較強(qiáng)吸附能力，在工業(yè)上被廣泛用于分離、純化過程。其脫色效果與活性炭的種類、孔隙結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)以及具體條件有關(guān)[3]。本試驗(yàn)擬采用活性炭吸附脫色法去除銀杏葉黃酮中的色素，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法優(yōu)化脫色的工藝條件，為銀杏葉黃酮的純化和深度開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 材料與試劑

銀杏葉：吉林省吉林市吉林大藥房，顆?；钚蕴浚ǚ治黾儯荷蜿柺行挛髟噭S。

無水乙醇，蘆丁，硝酸鋁，亞硝酸鈉，氫氧化鈉均為國產(chǎn)分析純；去離子水：吉林化工學(xué)院分析測(cè)試中心自制。

1.1.2 儀器與設(shè)備

KQ2200型超聲儀：昆山市超聲儀有限公司；電熱恒溫水浴鍋：金壇市富華儀器有限公司；AUX120電子天平、UV-2501紫外分光光度計(jì)：日本島津；DHG-9070A型烘箱：上海一恒科技有限公司；DIGICEN20型離心機(jī)：德國ORTO ALRESA；PHS-3C型數(shù)顯pH計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 活性炭的預(yù)處理

活性炭在使用前先在烘箱中于105℃下烘30 min～40 min，取出置于真空干燥器中備用。

1.2.2 銀杏葉總黃酮的制備工藝流程[4-5]

銀杏葉→超微粉碎→過60目篩→超聲波提取→過濾→浸膏→總黃酮

1.2.3 黃酮含量的測(cè)定

配制濃度為0.1 mg/mL的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別移取0.00、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00 mL置于10 mL的比色管中，加入5%的亞硝酸鈉溶液0.30 mL，放置6 min，然后再加入10%的硝酸鋁溶液0.30 mL，放置6 min，再加入5%的氫氧化鈉溶液4.00 mL后放置15 min，蒸餾水定容，以空白試劑為參比，在510 nm處測(cè)定吸光度。蘆丁濃度為橫標(biāo)，吸光度為縱標(biāo)作標(biāo)準(zhǔn)曲線，得回歸方程：y=0.113 8x+0.007（R2=0.979 3），線性范圍（0～10 μg/mL）。樣品配制成一定濃度的溶液，根據(jù)回歸方程計(jì)算提取液中總黃酮的含量。

1.2.4 黃酮脫色率和保留率的測(cè)定[6-7]

對(duì)活性炭脫色效果的評(píng)價(jià)，采用脫色率和黃酮保留率來表示。按下面公式計(jì)算脫色率和黃酮保留率（注：如樣品顏色過深時(shí)，稀釋一定倍數(shù)使吸光度滿足標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍再進(jìn)行測(cè)定，以下公式依據(jù)上述情況作相應(yīng)的修正）：

脫色率/%=（脫色前吸光度-脫色后的吸光度）/脫色前的吸光度×100

黃酮保留率/%=脫色后黃酮含量/脫色前黃酮含量×100

1.2.5 活性炭脫色單因素試驗(yàn)[8-10]

準(zhǔn)確移取銀杏葉黃酮提取液5 mL于具塞試管中，加入1.0%的活性炭，攪拌均勻后置于40℃水浴鍋40 min，固定其它條件，分別考察活性炭用量（0%～2.0%）、脫色時(shí)間（10 min～100 min）、脫色溫度（30℃～80℃）以及pH值（4.0～10.0）對(duì)銀杏葉黃酮提取液的脫色率和黃酮保留率的影響。

1.2.6 正交試驗(yàn)優(yōu)化脫色工藝條件

為了考察各因素之間的交互影響，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以活性炭用量、脫色時(shí)間、pH值以及脫色溫度為因素，以脫色率和黃酮保留率為考察指標(biāo)，用四因素三水平的正交試驗(yàn)優(yōu)化工藝條件，因素水平表見表1。

表1 因素水平表Table 1 Factors and levels

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 活性炭用量對(duì)脫色效果的影響

準(zhǔn)確移取銀杏葉黃酮提取液5 mL于具塞試管中，分別按照活性炭用量為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的比例加入活性炭，在中性條件，溫度40℃下振蕩40 min，離心取上清液，測(cè)定吸光度，計(jì)算脫色率和黃酮保留率，如圖1所示。

圖1 活性炭用量對(duì)脫色效果的影響Fig.1 Effect of proportion of active carbon on decolorization

結(jié)果表明，脫色率隨活性炭用量的增加呈遞增趨勢(shì)，活性炭用量增至1.0%后，脫色率增幅減??；黃酮保留率隨活性炭用量增加遞減。為了保證脫色率和黃酮保留率均處在較高水平，選擇1.0%為最佳活性炭用量。

2.1.2 脫色時(shí)間對(duì)脫色率的影響

準(zhǔn)確移取銀杏葉黃酮提取液5 mL于具塞試管中，加入1.0%的活性炭，在中性條件，溫度40℃下，控制振蕩時(shí)間10、20、40、60、80、100 min，離心取上清液，測(cè)定吸光度，計(jì)算脫色率和黃酮保留率，如圖2所示。

圖2 脫色時(shí)間對(duì)脫色效果的影響Fig.2 Effect of bleaching time on decolorization

結(jié)果表明，在60 min前，脫色率隨著時(shí)間延長顯著上升，60 min后脫色率增加趨勢(shì)減緩；同時(shí)黃酮保留率隨時(shí)間延長逐漸下降，這可能是由于活性炭對(duì)黃酮的吸附作用使部分黃酮損失。綜合考慮黃酮保留率及脫色率，選擇60 min為脫色時(shí)間較適宜。

2.1.3 脫色溫度對(duì)脫色率的影響

準(zhǔn)確移取銀杏葉黃酮提取液5 mL于具塞試管中，加入1.0%的活性炭，在中性條件，溫度40、50、60、70、80℃條件下，振蕩40 min，離心取上清液，測(cè)定吸光度，計(jì)算脫色率和黃酮保留率，如圖3所示。

圖3 溶液溫度對(duì)脫色效果的影響Fig.3 Effect of temperature on decolorization

結(jié)果表明，脫色率隨溫度升高而升高，因?yàn)榛钚蕴棵撋俏鼰徇^程，溫度升高有利于色素分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，對(duì)脫色有促進(jìn)作用[12]。黃酮保留率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，一方面是活性炭吸附性能隨溫度升高而增強(qiáng)，造成部分黃酮損失，另一方面隨溫度升高，部分黃酮的結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變化，導(dǎo)致黃酮保留率降低。綜合考慮脫色率及黃酮保留率，選擇70℃為脫色溫度較適宜。

2.1.4 溶液pH對(duì)脫色率的影響

準(zhǔn)確移取銀杏葉黃酮提取液5 mL于具塞試管中，加入1.0%的活性炭，在溫度40℃條件下，用HCl和NaOH溶液調(diào)節(jié)pH為4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、10.0，振蕩40 min，離心取上清液，測(cè)定吸光度，計(jì)算脫色率和黃酮保留率，如圖4所示。

圖4 pH對(duì)脫色效果的影響Fig.4 Effect of pH value on decolorization

結(jié)果表明，pH在酸性或偏酸性范圍內(nèi)，脫色率較好[11]，弱堿性脫色效果與中性條件差異不大，pH為堿性時(shí)，脫色率明顯下降。而黃酮保留率隨溶液pH上升增加增加趨勢(shì)平緩，這可能是由于活性炭的吸附能力隨pH升高而下降的原因。綜合考慮脫色率和黃酮保留率，本試驗(yàn)選擇pH為7.0適宜。

2.2 正交試驗(yàn)優(yōu)化工藝條件

本試驗(yàn)采用綜合加權(quán)評(píng)分法[13-14]，權(quán)重系數(shù)均為0.5，分別把兩項(xiàng)中最大的指標(biāo)定位100分，其它各號(hào)按下式評(píng)分：綜合評(píng)分=（黃酮保留率÷89.24%×100× 0.5）+（脫色率÷55.52%×100×0.5），結(jié)果見表2。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of orthogonal experiment

續(xù)表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Continue table 2 Results of orthogonal experiment

由表2所示的正交試驗(yàn)結(jié)果看出，影響銀杏葉黃酮活性炭脫色效果的因素，按影響程度的大小順序?yàn)锳＞C＞D＞B，即活性炭用量影響最顯著，脫色溫度次之，再次為pH，脫色時(shí)間影響最弱。根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果確定銀杏葉黃酮活性炭脫色的最佳工藝為A3B2C3D1，即活性炭用量2.0%，脫色時(shí)間60 min，脫色溫度80℃，pH值6.0。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

為了檢驗(yàn)正交法所得結(jié)果的可靠性，在最佳試驗(yàn)條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)3次，銀杏葉黃酮脫色率為55.07%，黃酮保留率為87.52%。相對(duì)偏差分別為0.94%和0.19%，說明正交試驗(yàn)分析法所得的最佳工藝可靠，驗(yàn)證了該回歸模型的合理性。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化銀杏葉黃酮活性炭脫色工藝。確定銀杏葉黃酮活性炭脫色最佳工藝為：脫色時(shí)間60 min、pH6.0、脫色溫度為80℃、活性炭用量2.0%。在此條件下驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果為銀杏葉黃酮脫色率為55.07%，黃酮保留率為87.52%。該工藝既保證了銀杏葉黃酮具有較高水平的保留率，又具有較好的脫色效果。經(jīng)脫色后的銀杏葉黃酮顏色由深綠色轉(zhuǎn)變?yōu)闇\黃色。

采用活性炭脫色主要是利用其孔狀結(jié)構(gòu)對(duì)色素產(chǎn)生吸附作用，使之與有效成分分離而達(dá)到脫色目的?；钚蕴康奈叫阅艹伺c吸附條件[15]、吸附質(zhì)性質(zhì)[16]有關(guān)外，更主要地取決于活性炭本身的孔隙結(jié)構(gòu)和表面官能團(tuán)[17]?？紫督Y(jié)構(gòu)可以為吸附質(zhì)提供駐留場(chǎng)所，其大小為吸附質(zhì)的2倍～4倍時(shí)最有利于吸附[18]。本試驗(yàn)中只研究了特定孔隙結(jié)構(gòu)和比表面積的活性炭來討論吸附條件對(duì)吸附性能的影響，在后續(xù)的試驗(yàn)中可以開展根據(jù)吸附質(zhì)分子的大小來選擇活性炭材料的工作，也可以進(jìn)一步討論活性炭表面官能團(tuán)對(duì)吸附性能的影響。只有深入完善影響活性炭吸附性能的相關(guān)研究，才能在實(shí)際生產(chǎn)中真正發(fā)揮指導(dǎo)作用。

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Study on Decolorization Technology of Ginkgo Biloba Leaves Flavonoid with Active Carbon

JIN Hua1，ZHONG Fang-li2，*，LI Xiu-ping3，WANG Jian-gang1
（1.Center of Analysis and Measurement，Jilin Institute of Chemical Technology，Jilin 132022，Jilin，China；2.School of Chemistry and Pharmaceutical Engineering，Jilin Institute of Chemical Technology，Jilin 130022，Jilin，China；3.Research Institute of Jilin Petrochemical Co.，Ltd.，Petro China，Jilin 132021，Jilin，China）

Orthogonal array design was used to optimize the process of bleaching Ginkgo Biloba leaves flavonoid solution with activated carbon.On the basis of single factor test，the influence of four main factors including time，pH，temperature and active carbon amount based on flavonoid retention rate and decolorization rate were investigated.The experimental results showed that the optimal conditions were as follows：time 60 min，pH6.0，temperature 80℃and active carbon addition 2.0%.Under this condition，a decolorization rate of 55.07%and flavonoid retention rate of 87.52%were obtained，of which the relative errors were 0.94%and 0.19%respectively.Decolorization made Ginkgo Biloba leaves flavonoid with better color.

orthogonal array design；Ginkgo Biloba leaves flavonoid；activated carbon；decolorization

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.08.018

2016－07－31

吉林省科技廳項(xiàng)目（20110948）；吉林化工學(xué)院科技項(xiàng)目（2015042）

金華（1977—），女（漢），副教授，碩士，主要從事分析化學(xué)與儀器分析。

*通信作者：鐘方麗，教授。