超聲—微波協(xié)同法優(yōu)化苦瓜提取物的工藝條件

王穎，姚笛，王憲青，鄭瑩瑩

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，大慶 163319）

隨著社會文明和科學(xué)的進(jìn)步，人們不再一味地以藥去治病，而是從食品中提取有價(jià)值的物質(zhì)進(jìn)行食療治病日益重要?？喙线白鳛榻笛亲饔玫闹饕煞郑粌H降糖快速、保持時(shí)間長，而且提取于純天然苦瓜[1]，對心、肝、腎不產(chǎn)生任何不良毒副作用，不強(qiáng)行刺激胰島素分泌，從養(yǎng)護(hù)和修復(fù)胰島細(xì)胞的角度，重新恢復(fù)功能，使患者擺脫藥物依賴成為可能[2]。苦瓜甙還能降低甘油三酯及低密度脂蛋白，從而降低血脂，防止血液粘、稠、濃、聚，從而控制并消除。我國北京大學(xué)醫(yī)學(xué)院的科研人員發(fā)現(xiàn)，苦瓜甙類物質(zhì)有快速降糖，調(diào)節(jié)胰島功能，增加胰島素的敏感性，預(yù)防改善并發(fā)癥，調(diào)節(jié)血脂，提高免疫力的作用[3，4]。印度的科研人員研究發(fā)現(xiàn)苦瓜甙類物質(zhì)有明顯的降低血糖的作用，苦瓜能降低血糖值的原因，在于苦瓜還有與胰島素功能相似的白質(zhì)[5]。眾所周知，胰島素具有使血液中的葡萄糖轉(zhuǎn)換為熱量的作用，借此可以調(diào)節(jié)人體的血糖，使它保持在正常的狀態(tài)下。

前人對苦瓜中主要活性成分甙的提取已有研究，常采用普通有機(jī)溶劑水浴提取、索式提取、滲漏提取、超聲提取等方法，提取率低、提取時(shí)間長，能耗高[6]。微波具有很強(qiáng)的穿透性和很高的加熱效率，可以穿透物質(zhì)而直接使外部與內(nèi)部同時(shí)加熱[7，8]。在超聲振動的空化作用為輔，微波的高能作用為主的協(xié)同提取作用下，可使樣品介質(zhì)內(nèi)各點(diǎn)受到作用一致，降低目標(biāo)物與樣品基本的結(jié)合力，加速目標(biāo)物從固相進(jìn)入溶劑的過程[9，10]?；谝陨蠁栴}，研究首次采用超聲微波協(xié)同萃取法制備以苦瓜甙為主的提取物，以期實(shí)現(xiàn)低溫常壓環(huán)境下進(jìn)行快速、高效、可靠的提取過程，為苦瓜的進(jìn)一步開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.2 試劑

人參皂甙標(biāo)準(zhǔn)品購自上海安譜公司，鹽酸、冰醋酸、高氯酸、無水乙醇、甲醇、香草醛等為天津市大茂化學(xué)試劑廠分析純。

1.3 儀器設(shè)備

電子分析天平：AR2140，梅特勒-托利多儀器上海有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：RE-5298，鄭州恒信儀器設(shè)備有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥器：DGG-9053A，江蘇金壇市金城國盛實(shí)驗(yàn)儀器廠；分光光度計(jì)：722型，北京普析通用儀器限責(zé)任公司；超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)：BILON92-IIDL型，上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

1.4 方法

1.4.1 原材料的預(yù)處理

將市售苦瓜洗凈晾干，然后將其切成小片，在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中60℃烘干，將烘干的苦瓜片在研缽中研碎，放入燒杯中以備后用。

1.4.2 苦瓜提取物粗品的提取

稱取3 g研碎的苦瓜粉樣品，放入到燒杯中，使其均勻分布在燒杯底部，然后加入60 mL蒸餾水，進(jìn)行超聲（360 W，10 min），再加入 5 mL鹽酸，使得苦瓜樣品浸潤一段時(shí)間，按一定料液比加入乙醇，將燒瓶接冷凝管后在微波條件下萃取，萃取結(jié)束后待其自然冷卻，然后過濾得濾液。

3)低空急流的持續(xù)加強(qiáng)為對流的發(fā)生提供了條件性不穩(wěn)定和對流有效位能。暖濕空氣推進(jìn)的過程中在強(qiáng)的風(fēng)速輻合處被強(qiáng)迫抬升至自由對流高度,使不穩(wěn)定能量釋放,觸發(fā)對流。

1.4.3 粗品的分離提純

把圓底燒瓶中的全部物質(zhì)進(jìn)行抽濾，再用萃取介質(zhì)潤洗殘?jiān)?，抽濾完后分離出殘?jiān)褳V液轉(zhuǎn)移到干凈的圓底燒瓶中。濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行減壓蒸餾，蒸餾完后，分離出提取物，并回收萃取劑。在50℃烘干至恒重，稱量出所得的提取物的重量[11]。

1.4.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

稱取人參皂甙標(biāo)準(zhǔn)樣品50 mg，加甲醇溶解定容至 5 mL，搖勻。分別吸取標(biāo)準(zhǔn)品溶液 30、60、90、120、150、180 μL于具塞試管中，水浴揮發(fā)去溶劑，加入新配制的5%香草醛-冰醋酸2 mL，高氯酸8 mL，60℃水浴加熱15 min，冰水冷卻10 min，加冰醋酸5 mL，搖勻，放置15 min至不褪色，在波長500 nm處測定吸光度。以吸光度值為縱坐標(biāo)，人參皂甙標(biāo)準(zhǔn)品的濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.4.5 提取物中苦瓜甙含量的測定

稱取苦瓜提取物300 mg，甲醇溶解（60℃水?。?，定容于25 mL容量瓶中，干燥濾紙過濾，棄去初濾液，精確吸取續(xù)濾液100 μL，根據(jù)公式計(jì)算苦瓜甙的提取率[12]。

1.4.6 單因素實(shí)驗(yàn)

（1）微波功率對苦瓜甙提取率的影響

在超聲（360 W，10 min），料液比 1∶5，輻射時(shí)間7 min的條件下，分別選用微波功率在500，600，700，800 W進(jìn)行提取，并測定苦瓜甙含量，確定最佳微波功率。

（2）輻射時(shí)間對苦瓜甙提取率的影響

在超聲（360 W，10 min），料液比 1∶5，微波功率700 W的條件下，分別選用輻射時(shí)間在4，6，7，8 min進(jìn)行提取，并測定苦瓜甙含量，確定最佳輻射時(shí)間。

（3）料液比對苦瓜甙提取率的影響

在超聲（360 W，10 min），輻射時(shí)間 7 min，微波功率700 W 的條件下，分別選用料液比在 1∶3，1∶4，1∶5，1∶6進(jìn)行提取，并測定苦瓜甙，確定最佳料液比。

1.4.7 以苦瓜甙為主的提取物最佳工藝條件的優(yōu)化

以微波功率、輻射時(shí)間、料液比3個因素為自變量，按表1所列因素水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 人參皂甙標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

以吸光度值為縱坐標(biāo)，人參皂甙標(biāo)準(zhǔn)品的濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。得線性方程：Y=0.0053X，R2=0.9974。

表1 因素水平表Table1 Factors and level table

圖1 人參皂甙標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of Ginsenoside

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 微波功率對苦瓜甙提取率的影響

微波功率對苦瓜甙提取率的影響如圖2。由圖可看出微波功率在500～700 W范圍內(nèi)，苦瓜甙的提取率逐漸增大，但在700～800 W之間提取率下降明顯，這是因?yàn)殡S著微波功率的增大，苦瓜甙容易被氧化，導(dǎo)致提取率降低。因此，微波功率在700 W左右為最佳的提取功率。

圖2 微波功率提取率曲線Fig.2 Microwave power extraction curve

2.2.2 輻射時(shí)間對苦瓜甙提取率的影響

輻射時(shí)間對苦瓜甙提取率的影響如圖3。由圖可看出在微波提取4～7 min之間，提取率會隨著時(shí)間的增加而顯著增加，但增加到7 min以后，苦瓜甙的提取率有所下降。這是因?yàn)樵谖⒉ㄝ椛湎?，不同?xì)胞破裂的難易程度不相同，有的細(xì)胞能很快破裂，有的細(xì)胞需要很長的時(shí)間才破裂。因此，微波輻射時(shí)間在7 min左右為最佳的提取時(shí)間。

圖3 輻射時(shí)間提取率曲線Fig.3 The extraction rate curve of radiation time

2.2.3 輻射時(shí)料液比對苦瓜甙提取率的影響

輻射時(shí)料液比對苦瓜甙提取率的影響如圖4。由圖可看出料液比的增加，有利于苦瓜中的苦瓜甙轉(zhuǎn)移到提取液中，當(dāng)料液比達(dá)到5倍左右的時(shí)候，苦瓜甙提取率達(dá)到高峰，當(dāng)料液比大于5倍的時(shí)候，苦瓜甙的提取率較低，而且造成溶劑不必要的浪費(fèi)。所以料液比在1∶5左右為最佳。

圖4 料液比提取率曲線Fig.4 The extraction curve of solid to liquid

2.3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

微波功率、輻射時(shí)間、液固比3個因素的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。結(jié)果表明：通過實(shí)驗(yàn)，各因素對提取影響程度依次為A>B>C，即微波功率>輻射時(shí)間>料液比，通過極差分析可得到提取苦瓜甙的最佳提取工藝條件。提取苦瓜甙最佳工藝確定為：A1B2C2。即微波功率為600 W，輻射時(shí)間為7 min，料液比為1∶5，測得苦瓜甙提取率為2.43%。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 The orthogonal experimental results

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)以苦瓜為對象進(jìn)行超聲-微波協(xié)同提取以苦瓜甙為主的混合物的生產(chǎn)工藝的試驗(yàn)研究。通過單因素實(shí)驗(yàn)對影響苦瓜甙提取的主要因素（微波功率、輻射時(shí)間、料液比）進(jìn)行了探索，利用正交實(shí)驗(yàn)對各因素的最佳水平范圍進(jìn)行了研究和探討。依據(jù)分析結(jié)果可知提取的最佳工藝條件為：微波功率為600 W，輻射時(shí)間為7 min，料液比為1∶5，測得苦瓜甙提取率為2.43%。傳統(tǒng)水提法提取率在1%左右，提取時(shí)間為30 min左右。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，采用超聲-微波協(xié)同提取法的工藝條件準(zhǔn)確可靠，比較于傳統(tǒng)水提法在提取率和時(shí)間上優(yōu)勢更明顯，具有實(shí)際價(jià)值；但由于超聲波對設(shè)備的要求比較高，目前利用超聲波所進(jìn)行的研究還處于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，要用于大規(guī)模生產(chǎn)，還有待于進(jìn)一步解決有關(guān)工程設(shè)備放大問題。

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