超聲波輔助提取水芹中總黃酮的工藝研究

萬國(guó)福，張 倩，謝雅薇，陳 文，田吉麒，張 蘭

（江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安 223003）

水芹（Oenanthe javanica）又名水芹菜，別名水英、牛草、楚葵、刀芹、蜀芹、野芹菜等，屬于傘形科、水芹菜屬，為多年水生宿根草本植物。水芹含有豐富的維生素、礦物質(zhì)、纖維素、蕓香苷、水芹素、檞皮素及黃酮類化合物等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和活性成分[1]，對(duì)人體機(jī)體功能存在廣泛有益的影響。水芹味甘辛、性涼、入肺、胃經(jīng)，有清熱解毒、養(yǎng)精益氣、清潔血液、降低血壓、宣肺利濕等功效[2]，其中所含黃酮類化合物作為一種天然抗氧化劑，更具有抑菌、抗衰老和抗病毒等作用[3-4]。以水芹為原料，利用乙醇提取法提取總黃酮，通過分析超聲輔助干預(yù)處理的影響因素，運(yùn)用SPSS Statistics 17.0 軟件進(jìn)行正交試驗(yàn)優(yōu)化最佳提取條件。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 材料

水芹，產(chǎn)地淮安。

1.1.2 試劑

蘆丁、NaNO2、Al(NO3)3、NaOH、無水乙醇等均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.1.3 儀器

UV754 型紫外可見分光光度計(jì)，北京普析儀器有限公司產(chǎn)品；DHG-9245A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海躍核儀器有限公司產(chǎn)品；高速粉粹機(jī)，天津市泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品；GN-100Y 型超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)，上海谷寧儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 水芹總黃酮提取工藝

水芹→清洗→55 ℃烘干→打粉→樣品稱量→料液比配制→超聲波處理→離心取上清液→提取、測(cè)定。

1.3 總黃酮測(cè)定方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線制作

精確稱取烘干至恒質(zhì)量的蘆丁標(biāo)品10 mg，加入適量體積分?jǐn)?shù)70%的乙醇溶液中，水浴溶解，冷卻后用體積分?jǐn)?shù)70%乙醇溶液定容至100 mL，配制得質(zhì)量濃度為0.1 mg/mL 的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別準(zhǔn)確量取0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.2 mL 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別置于10 mL 的比色管中，依次加入體積分?jǐn)?shù)70%乙醇溶液補(bǔ)足5 mL，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的亞硝酸鈉溶液0.1 mL，混勻后靜置5 min，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的硝酸鋁溶液0.1 mL，搖勻后再靜置6 min，然后加入濃度為1 mol/L 的氫氧化鈉溶液3 mL。最后用體積分?jǐn)?shù)70%的乙醇溶液定容至10 mL，混勻，靜置10 min 后，于波長(zhǎng)510 nm 處測(cè)定吸光度[3-5]。

蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。

圖1 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線

1.3.2 水芹黃酮提取與測(cè)定

在室溫條件下，準(zhǔn)確稱取1 g 的水芹干粉進(jìn)行超聲波處理后，提取總黃酮并計(jì)算黃酮提取率。

式中：C——試樣的測(cè)定質(zhì)量濃度，mg/mL；

m——樣品質(zhì)量，g；

n——稀釋倍數(shù)；

V——濾液體積，mL。

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4.1 單因素試驗(yàn)

準(zhǔn)確稱量若干份水芹干粉1 g，分別以乙醇體積分?jǐn)?shù)（30%，40%，50%，60%，70%），料液比（1∶30，1∶40，1∶50，1∶60，1∶70），超聲功率（200，250，300，350，400 W），超聲時(shí)間（20，30，40，50，60 min）進(jìn)行單因素試驗(yàn)處理[6-8]，利用1.3 測(cè)定方法提取并計(jì)算黃酮提取率，研究各因素對(duì)水芹菜中總黃酮提取量的影響。

1.4.2 正交試驗(yàn)

依據(jù)上述單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇各因素最佳處理?xiàng)l件設(shè)計(jì)L9（34）正交試驗(yàn)。

正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

2 結(jié)果與分析

2.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)的選擇

乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)水芹中總黃酮提取率的影響見圖2。

圖2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)水芹中總黃酮提取率的影響

水芹中所含的黃酮類化合物極性較大，依據(jù)“相似相溶原理”極性溶劑乙醇的不同體積分?jǐn)?shù)對(duì)黃酮類化合物提取有較大影響。由圖2 可知，水芹總黃酮提取率隨乙醇體積分?jǐn)?shù)不斷增加，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%時(shí)，總黃酮提取率最高。因此，選擇水芹中總黃酮提取的最佳乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%。

2.2 料液比的選擇

料液比對(duì)水芹總黃酮提取率的影響見圖3。

圖3 料液比對(duì)水芹總黃酮提取率的影響

水芹干粉與水的混和比例對(duì)總黃酮提取也有較大影響。由圖3 可知，料液比總黃酮提取率與料液比之間呈現(xiàn)先增加再降低的趨勢(shì)，當(dāng)料液比為1∶40時(shí)，水芹中總黃酮提取率最高，伴隨水的加入量不斷增加即料液比逐漸變小，黃酮提取量也逐漸下降。因此，選擇水芹中總黃酮提取的最佳提取料液比為1∶40。

2.3 超聲功率的選擇

超聲功率對(duì)水芹總黃酮提取率的影響見圖4。

由圖4 可知，在相同的超聲作用時(shí)間內(nèi)，當(dāng)超聲波功率由200～350 W 變化時(shí)，隨著超聲波功率的增加，總黃酮的溶出量越高，提取率也越高。當(dāng)超聲功率為350 W 時(shí)，水芹中總黃酮提取率達(dá)到最大值，若超聲波功率繼續(xù)增大，則總黃酮提取率開始呈下降趨勢(shì)。因此，選擇水芹中總黃酮提取的最佳超聲功率為350 W。

圖4 超聲功率對(duì)水芹總黃酮提取率的影響

2.4 超聲時(shí)間的選擇

超聲時(shí)間對(duì)水芹總黃酮提取率的影響見圖5。

圖5 超聲時(shí)間對(duì)水芹總黃酮提取率的影響

由圖5 可知，在一定條件下，當(dāng)超聲功率相同時(shí)，超聲時(shí)間越長(zhǎng)，總黃酮的溶出量越高，提取率也越高。當(dāng)超聲作用時(shí)間達(dá)到50 min 時(shí)，水芹中的總黃酮提取率達(dá)到最大值，若繼續(xù)延長(zhǎng)作用時(shí)間，總黃酮提取率則會(huì)出現(xiàn)微弱下降。因此，選擇水芹中總黃酮提取的最佳超聲時(shí)間為50 min。

2.5 黃酮提取工藝的優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、超聲時(shí)間、超聲功率4 個(gè)因素利用SPSS Statistics 17.0 軟件進(jìn)行正交試驗(yàn)。

正交試驗(yàn)結(jié)果見表2，正交設(shè)計(jì)方差分析結(jié)果見表3。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

表3 正交設(shè)計(jì)方差分析結(jié)果

由表2 可知，試驗(yàn)4（A2B1C2D3）組合最好，直觀分析獲得的最佳試驗(yàn)組合為A3B1C3D3，即乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，料液比1∶30，超聲時(shí)間60 min，超聲功率400 W。各因素的影響次序?yàn)锽＞D＞A＞C，即料液比＞超聲功率＞乙醇體積分?jǐn)?shù)＞超聲時(shí)間。

由表3 可知，乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、超聲時(shí)間和超聲功率4 個(gè)因素中，料液比和超聲功率2 個(gè)因素為差異極顯著，而乙醇體積分?jǐn)?shù)和超聲時(shí)間2 個(gè)因素為差異顯著。從軟件分析結(jié)果可知，料液比對(duì)提取率影響最大，其次是超聲功率、乙醇體積分?jǐn)?shù)和超聲時(shí)間，與直觀分析結(jié)果相一致。

將最佳試驗(yàn)組合A3B1C3D3進(jìn)行3 次重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)，得到水芹總黃酮提取率平均值為0.874 mg/g。故最終選擇組合A3B1C3D3，即乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，料液比1∶30，超聲時(shí)間60 min，超聲功率400 W 作為水芹中總黃酮超聲波輔助提取工藝的最佳條件。

3 結(jié)論

在室溫條件下，通過單因素試驗(yàn)分析乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、超聲時(shí)間、超聲功率4 個(gè)影響超聲波輔助提取總黃酮的因素，確定出各因素的最佳工藝條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)60%，料液比1∶40，超聲功率350 W，超聲時(shí)間50 min。在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步通過正交試驗(yàn)對(duì)超聲波輔助提取水芹中總黃酮工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，得出最佳工藝參數(shù)為乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，料液比1∶30，超聲時(shí)間60 min，超聲功率400 W。在該工藝條件下水芹中總黃酮的提取率可達(dá)0.874 mg/g。