超聲波輔助乙醇提取蔓菁中總黃酮的工藝研究

◎ 楊 悅，吳宇倫，葛 琳，周文靜

（青島工學(xué)院，山東 青島 266300）

蔓菁，學(xué)名蕪菁，俗稱大頭菜，又名九英菘、合掌菜、結(jié)頭菜等，是一種既可作食物，又可以入藥的植物。近年來的研究表明，蔓菁擁有獨(dú)特的營養(yǎng)價(jià)值，其藥理學(xué)研究也正在不斷引人關(guān)注，有潤肺、健胃消食、增強(qiáng)體質(zhì)[1]等營養(yǎng)價(jià)值，這為開發(fā)蔓菁保健食品提供了較為充分的理論依據(jù)[2]，使得蔓菁在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、食品領(lǐng)域等都具有廣闊前景。其中，黃酮是蔓菁中分布較廣也較為重要的主要活性成分之一[3]。

目前國內(nèi)外有諸多關(guān)于黃酮的提取方法。其中，超聲波技術(shù)具有較為先進(jìn)且功能性強(qiáng)的特點(diǎn)[4]，但有關(guān)超聲波輔助乙醇提取蔓菁中總黃酮的研究并不多，因此本試驗(yàn)采用超聲波輔助乙醇提取蔓菁中總黃酮，研究其總黃酮含量。通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)共同得出蔓菁中總黃酮含量[5]，為蔓菁中總黃酮的發(fā)掘和利用提供更多有效的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蔓菁粉末，無腐爛及異味。

無水乙醇（≥99.7%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；亞硝酸鈉（分析純，天津盛鑫源化工）；硝酸鋁水合結(jié)晶體（上海之臻化工有限公司）；氫氧化鈉（中石化巴陵石油化工有限公司）；蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品（UV ≥95%河北碩興生物科技有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

101-1 型電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱（南昌匯力礦山設(shè)備制造廠）；UV2000 型光譜儀（上海甬能實(shí)業(yè)有限公司）；ALJ200-5DA 型分析天平（北京漢達(dá)森機(jī)械技術(shù)有限公司）；Thermo Heraeus Pico 17 微量高速離心機(jī)（上海珂淮儀器有限公司）；BKE-1002DHT 數(shù)顯小型超聲波清洗機(jī)（杭州博可超聲波設(shè)備有限公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品的制備

用電子天平準(zhǔn)確稱取1.0 g 粉末固體樣品，精確至0.01 g，用55%乙醇水溶液作為溶劑，料液比1∶25，在50 ℃、50 W 下超聲30 min，通過電動離心機(jī)轉(zhuǎn)取后經(jīng)過濾獲得上層清液，移至比色管并用55%乙醇定容至刻度線（25 mL），得到樣品提取液。

1.3.2 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

使用電子天平稱取一定量的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品與無水乙醇混合定容，得到0.2 mg·mL-1蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別量取0.0 mL、0.2 mL、0.4 mL、0.6 mL、0.8 mL 和1.0 mL濃度為0.2 mg·mL-1的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液，置于10.0 mL具塞比色管中，分別添加3.0 mL、2.8 mL、2.6 mL、2.4 mL、2.2 mL 和2.0 mL 無水乙醇于相應(yīng)試管中，使其總體積不超過3.0 mL，加入5%亞硝酸鈉溶液0.5 mL，混勻后放置6 min，加入10% Al(NO3)3，搖勻后再靜置6 min[4-8]，再加入濃度為4.0%的NaOH 溶液4.0 mL，超純水定容，靜置15 min，得到最終反應(yīng)混合液[6]。在508 nm 波長下繪制蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線，以蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度（mg·mL-1）為橫坐標(biāo)，OD508為縱坐標(biāo)繪制蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線?；貧w方程式為y=9.7x+0.001 7（R2=0.999 2），線性關(guān)系良好。

1.3.3 樣品總黃酮測定

用移液槍吸取樣品提取液于10.0 mL 具塞比色管內(nèi)，加入2.7 mL 無水乙醇，按照上述步驟添加同樣的試劑、相同的劑量，在同樣的反應(yīng)條件下，得到最終樣品溶液。在508 nm 波長下，用未加樣品的試管作為空白對照組，測定其吸光值并代入回歸方程計(jì)算黃酮質(zhì)量[5]。

式中：X為黃酮化合物總含量，mg·g-1；m為標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出的黃酮質(zhì)量，mg；W為樣品質(zhì)量，g；d為稀釋倍數(shù)。

1.3.4 蔓菁總黃酮提取單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在預(yù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用電子天平稱取1.00 g 蔓菁粉末倒入燒杯中，以不同濃度梯度的乙醇溶液（45%、55%、65%、75%、85%），在不同的超聲波功率條件下（60 W、70 W、80 W、90 W、100 W），以不同料液比（1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40）、不同的提取溫度（30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃）提取不同時間25 min、30 min、35 min、40 min、45 min，得到最終提取結(jié)果。對得出的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析。

1.3.5 優(yōu)化提取條件正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)對單因素試驗(yàn)結(jié)果的測定及數(shù)據(jù)結(jié)果分析，以乙醇濃度、料液比、超聲時間、超聲功率作為本次試驗(yàn)對象進(jìn)行正交試驗(yàn)，4 個影響因素中每一個因素設(shè)計(jì)3 組平行水平，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，優(yōu)化試驗(yàn)最佳提取工藝條件，見表1。

表1 正交因素試驗(yàn)分析表

2 結(jié)果與分析

2.1 蔓菁總黃酮提取條件試驗(yàn)分析

2.1.1 乙醇濃度對提取蔓菁總黃酮的影響

由圖1 可知，隨著乙醇濃度的逐步提高，提取液中總黃酮含量整體呈現(xiàn)上升的動態(tài)趨勢。然而當(dāng)乙醇濃度為45%時，樣品提取液中總黃酮含量只有0.120 mg·g-1，當(dāng)乙醇濃度增大至55%，達(dá)到試驗(yàn)的峰值0.230 mg·g-1，此時黃酮的提取效果最好。隨著濃度的不斷攀升，總黃酮含量呈現(xiàn)下滑趨勢。

圖1 乙醇濃度對總黃酮含量提取的影響圖

2.1.2 超聲波功率對提取蔓菁總黃酮的影響

由圖2 可知，當(dāng)超聲波功率提升至70 W 時，總黃酮含量達(dá)到峰值0.240 mg·g-1，此時蔓菁總黃酮的提取效率最高。由試驗(yàn)結(jié)果可知，并不是超聲波功率越高，總黃酮含量就越高，過高的超聲波功率會降低總黃酮含量。

圖2 超聲波功率對總黃酮含量提取的影響圖

2.1.3 料液比對提取蔓菁總黃酮的影響

由圖3 可知，隨著料液比的逐步提高，提取液中總黃酮含量呈現(xiàn)先上升后下降的動態(tài)趨勢。當(dāng)料液比為1∶20 時，提取液中總黃酮含量為0.15 mg·g-1。當(dāng)料液比減小至1∶25 時，總黃酮含量達(dá)到峰值0.260 mg·g-1。當(dāng)料液比繼續(xù)減小，總黃酮含量呈現(xiàn)下降趨勢。

圖3 料液比對總黃酮含量提取的影響圖

2.1.4 超聲波溫度對提取蔓菁總黃酮的影響

由圖4 可知，超聲波溫度低，總黃酮提取量小。當(dāng)超聲波溫度為30℃時，提取液中黃酮化合物總含量僅為0.16 mg·g-1。當(dāng)超聲波溫度提升至40 ℃，總黃酮含量達(dá)到峰值0.28 mg·g-1，此時提取效率最大。

圖4 超聲波溫度對總黃酮含量提取的影響圖

2.1.5 超聲波時間對提取蔓菁總黃酮的影響

由圖5 可知，超聲時間不斷增加，樣液中總黃酮含量整體呈現(xiàn)上升的動態(tài)趨勢。當(dāng)超聲波時間調(diào)整至25 min 時，試樣中總黃酮含量較低，當(dāng)不斷延長超聲波時間至40 min 時，總黃酮含量達(dá)到峰值0.280 mg·g-1。

圖5 超聲波時間對總黃酮含量提取的影響圖

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

在對單因素試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，選定乙醇濃度、料液比、超聲時間、超聲功率進(jìn)行正交試驗(yàn)。由表2 可知，乙醇濃度對蔓菁中總黃酮的提取具有重要影響，其R值為0.053，超聲功率影響最小，其R值為0.013。試驗(yàn)的最佳提取組合為A2B3C2D3，與正交因素水平表中最佳組合A2B3C1D1不符。經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)，A2B3C2D3最終得到總黃酮含量為0.291 mg·g-1，高于A2B3C1D1組合所得到的數(shù)據(jù)結(jié)果0.285 mg·g-1。綜上所述，A2B3C2D3為本次試驗(yàn)的最佳組合，即料液比1∶30、超聲波功率80 W、超聲波時間40 min、乙醇濃度55%、超聲溫度40 ℃。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果表

3 結(jié)論

蔓菁的利用價(jià)值還需通過多方面的試驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)的論證。本試驗(yàn)利用超聲波對蔓菁中的總黃酮進(jìn)行提取試驗(yàn)，研究了超聲波提取蔓菁總黃酮的影響因素，并對其相應(yīng)的影響因素進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，最終得出乙醇濃度55%、料液比1∶30、超聲時間40 min、超聲功率80 W 為本次試驗(yàn)最佳條件，最終得出總黃酮含量為0.291 mg·g-1。本次試驗(yàn)可證明蔓菁中總黃酮含量較高。但本試驗(yàn)仍存在許多不足之處，例如是否存在其他提取條件影響最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果，離心時間的長短是否會對提取率造成影響等，此類問題后續(xù)將持續(xù)探討。