微波輔助提取柚皮苷的研究分析

林 芳

(湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 莆田 351100)

柚皮苷歸屬天然黃酮類(lèi)，其有良好的生理性能以及藥學(xué)性能，能起到維持、穩(wěn)定人體內(nèi)分泌系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)等的穩(wěn)定運(yùn)行，也具有降低膽固醇，抗突變、抗細(xì)菌繁殖、抗過(guò)敏、解毒護(hù)肝等功效[1]。

相比于溶劑萃取、超聲輔助提取、超臨界CO2提取等傳統(tǒng)方法，微波輔助提取法不僅能提高提取效率，還能減少時(shí)耗、能耗、噪聲污染，適用于包括柚皮苷在內(nèi)的多數(shù)天然物質(zhì)的提取。其技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于：處于微波之中升溫快，且微波較強(qiáng)的穿透力能使反應(yīng)物內(nèi)、外受熱均勻，選擇性高，浸出過(guò)程細(xì)粉不會(huì)大面積凝聚、不會(huì)糊化。植物細(xì)胞處在微波作用下會(huì)發(fā)生細(xì)胞壁破碎，加速溶劑的萃取，明顯的提高提取效率[2]。

本文采用微波輔助法對(duì)莆田文旦柚柚子皮進(jìn)行柚皮苷的提取，試圖尋找最佳實(shí)驗(yàn)條件，為進(jìn)一步醫(yī)藥研究提供參考價(jià)值。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 主要試劑與儀器

試劑：無(wú)水乙醇(AR)；甲醇(AR)；一縮二乙二醇(AR)；氫氧化鈉(AR)；柚皮苷(標(biāo)準(zhǔn)品)；柚子(新鮮采購(gòu))。

儀器：LG-02粉碎機(jī)，上海帥登儀器有限公司；G80F23CN2P-BMI(SO)微波爐，格蘭仕微波爐電器有限公司；KDC-40離心機(jī)，安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司；AUY120電子分析天平，島津(上海)實(shí)驗(yàn)器材有限公司；可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海光譜儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)制備柚皮粉末

將文旦柚柚皮進(jìn)行清洗、切片、曬干、烘干，再用粉碎機(jī)粉碎，過(guò)篩制成不同粒徑的柚皮粉末，密封備用。

(2)測(cè)定柚皮苷提取率

每次稱(chēng)取0.5000 g的柚皮粉末，加入提取溶劑進(jìn)行微波提取試驗(yàn)，試驗(yàn)后在常溫下冷卻0.5 h，所得溶液抽濾后，測(cè)吸光度得出提取率。

計(jì)算方法：提取率=溶液中柚皮苷含量/0.5000

(3)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線

取濃度為0.1 g/L的柚皮苷標(biāo)準(zhǔn)品溶液0、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0 mL于10 mL的比色管中，加入90%的一縮二乙二醇溶液5 mL，再加入4 mol·L-1的氫氧化鈉溶液0.1mL，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，40 ℃水浴加熱，使其反應(yīng)8～10 min，冷卻后于紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)進(jìn)行光譜分析，得出最大吸收波長(zhǎng)為432 nm[3]，并在432 nm波長(zhǎng)下依次測(cè)樣品吸光度。

通過(guò)線性擬合，以柚皮苷的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，做出柚皮苷的標(biāo)準(zhǔn)曲線。所得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程：A=0.033C-0.0066，式中C為溶液濃度，A為標(biāo)準(zhǔn)溶液在432 nm的吸光度，該擬合曲線相關(guān)系數(shù)R為0.998，柚皮苷溶液濃度與吸光度線性關(guān)系較優(yōu)。

2 結(jié)果與討論

2.1 提取溶液的選定

微波提取時(shí)間40 s、液料比50:1(mL/g)、微波設(shè)定功率400 W，提取溶劑分別為蒸餾水、無(wú)水乙醇溶液以及甲醇溶液的條件下進(jìn)行柚皮苷提取試驗(yàn)，所得溶液抽濾后進(jìn)行顯色反應(yīng)，測(cè)吸光度，得出提取率，確定最佳的提取條件。結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同溶劑的提取率Fig.1 Extraction rate of different solvents

從圖1看出，當(dāng)使用甲醇溶液為提取溶劑時(shí)，提取率可達(dá)2.84%，為三種溶液中最高，但由于甲醇毒性很大，對(duì)人體可能造成嚴(yán)重危害，且與乙醇相比只有0.14%的提取率之差，考慮到環(huán)保和試驗(yàn)難度因素，選擇提取溶劑為乙醇。

2.2 乙醇濃度對(duì)柚皮苷提取率的影響

微波設(shè)定功率400 W，液料比50:1(mL/g)，微波提取時(shí)間40 s，加入的乙醇溶液濃度分別為20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%進(jìn)行柚皮苷提取試驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。

圖2 乙醇濃度對(duì)提取率的影響Fig.2 Effect of ethanol concentration on extraction rate

從圖2看出，溶液濃度較低時(shí)柚皮苷提取率隨乙醇溶液濃度增加而增大，當(dāng)濃度增大到60%，柚皮苷得率出現(xiàn)最高峰3.16%，之后濃度提升反而使提取率降低。原因分析柚皮苷是一種極性較強(qiáng)的物質(zhì)，而乙醇溶液會(huì)隨著濃度的增加而發(fā)生極性的下降，根據(jù)相似相溶原理，當(dāng)柚皮苷和乙醇溶液的極性處于最優(yōu)提取點(diǎn)時(shí)，提取率出現(xiàn)最高峰值。因此，得出最佳的提取乙醇濃度為60%。

2.3 液料比對(duì)柚皮苷提取率的影響

提取溶劑使用50%的乙醇溶液，微波提取時(shí)間40 s，微波設(shè)定功率400 W，加入乙醇溶液分別為10、15、20、25、30、35、40、45 mL，進(jìn)行柚皮苷提取試驗(yàn)，結(jié)果如圖3所示。

圖3 液料比對(duì)提取率的影響Fig.3 Effect of liquid-material ratio on extraction rate

從圖3看出，當(dāng)液料比從20:1(mL/g)上升到40:1(mL/g)時(shí)，液料比對(duì)提取率的影響趨勢(shì)較為顯著，之后提取率上升開(kāi)始變得緩慢，到達(dá)60:1(mL/g)時(shí)提取率出現(xiàn)最高值3.14%，隨后開(kāi)始趨于平穩(wěn)并略微下降。原因液料比的增加可以使得提取溶劑和柚皮的相互接觸面積變大，當(dāng)液料比較小時(shí)，溶液較多不易達(dá)到飽和，柚皮苷能更充分的被溶解提取出來(lái)，之后隨著液料比增加，提取溶劑過(guò)剩，飽和度低，導(dǎo)致內(nèi)部雜質(zhì)大量的溶出。因此，選擇液料比為60:1(mL/g)。

2.4 微波設(shè)定功率對(duì)柚皮苷提取率的影響

提取溶劑使用50%的乙醇溶液，微波提取時(shí)間40 s，液料比50:1(mL/g)，微波設(shè)定功率分別為100、200、300、400、500、600 W的條件下進(jìn)行柚皮苷提取試驗(yàn)，結(jié)果如圖4所示。

圖4 微波設(shè)定功率對(duì)提取率的影響Fig.4 Effect of microwave setting power on extraction rate

從圖4看出，微波功率較小時(shí)，提取率會(huì)出現(xiàn)快速的上升，影響較為明顯，并且很快出現(xiàn)最高峰300 W時(shí)的3.18%，之后隨功率增大而出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。原因分析，微波功率增加帶來(lái)爐內(nèi)的瞬間微波能增加，柚皮粉末受熱膨脹加快，細(xì)胞壁破裂速度加快，柚皮中所含物質(zhì)擴(kuò)散速度也會(huì)加快，加速了內(nèi)含柚皮苷的浸出提取，但當(dāng)微波功率過(guò)大時(shí)，瞬間熱量過(guò)高而造成柚皮苷受熱過(guò)度引發(fā)副反應(yīng)或被氧化，導(dǎo)致提取率下降，且出現(xiàn)爆沸可能性大[4]，因此，確定最佳提取功率為300 W。

2.5 微波提取時(shí)間對(duì)柚皮苷提取率的影響

提取溶劑使用50%的乙醇溶液，微波設(shè)定功率400 W，液料比50:1(mL/g)，在微波提取時(shí)間各為10、20、30、40、50、60 s的條件下進(jìn)行柚皮苷提取試驗(yàn)，結(jié)果如圖5所示。

圖5 微波時(shí)間對(duì)提取率的影響Fig.5 Effect of microwave time on extraction rate

從圖5看出，前期隨提取時(shí)間增加，柚皮苷提取率上升迅速，很快就在30 s處出現(xiàn)高峰值3.16%，之后開(kāi)始出現(xiàn)下降并趨于平穩(wěn)。原因分析，微波加熱屬于較快熱傳遞，所以30 s足夠在原料量較少的情況下達(dá)到較佳的提取溫度而提高提取率，之后隨時(shí)間延長(zhǎng)，物料內(nèi)部溫度飛快上升，導(dǎo)致副反應(yīng)產(chǎn)生或高溫?fù)]發(fā)，使得提取率下降[5]。因此，選擇30 s為最佳提取時(shí)間。

2.6 正交優(yōu)化提取條件

選擇重點(diǎn)考察4組單因素變量，微波設(shè)定功率、微波提取時(shí)間、乙醇溶液濃度、液料比，建立正交表格L9(3)4對(duì)結(jié)果優(yōu)化。

從表1、表2可以看出，文旦柚柚皮苷提取影響因素主次關(guān)系，分別為微波設(shè)定功率、微波提取時(shí)間、乙醇溶液濃度、液料比。結(jié)果驗(yàn)證A2B3C2D3為最佳提取條件方案，得出提取率3.38%。

表1 正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)Table 1 Horizontal design of orthogonal design factors

表2 正交設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Orthogonal design and test results

3 結(jié) 論

(1)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果：溶劑為濃度60%的乙醇，微波提取時(shí)間為30 s，液料比為60:1(mL/g)，微波設(shè)定功率為300 W都為最優(yōu)提取工藝條件。

(2)單因素試驗(yàn)需建立在固定的柚皮質(zhì)量的基礎(chǔ)上，不同質(zhì)量的柚皮因液料比不同所需微波時(shí)間、微波功率會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。

(3)正交試驗(yàn)結(jié)果：最佳實(shí)驗(yàn)的正交工藝為A2B3C2D3，其中微波爐功率為最重要影響因素，接著分別為微波提取時(shí)間、乙醇溶液濃度、液料比。優(yōu)化結(jié)果為：微波設(shè)定功率為300 W，微波提取時(shí)間為30 s，乙醇濃度為70%，液料比為70:1(mL/g)提取率最優(yōu)為3.38%。