棗核總黃酮的微波輔助提取工藝優(yōu)化

張吉祥，歐來(lái)良

(1.廊坊師范學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，河北 廊坊 065000；2.南開大學(xué) 生物活性材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300071)

棗核總黃酮的微波輔助提取工藝優(yōu)化

張吉祥1，歐來(lái)良2

(1.廊坊師范學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，河北 廊坊 065000；2.南開大學(xué) 生物活性材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300071)

目的：采用正交試驗(yàn)法，優(yōu)選棗核中總黃酮的微波輔助提取工藝。方法：以蘆丁為對(duì)照品，采用分光光度法進(jìn)行測(cè)定，以棗核黃酮提取率作為考查指標(biāo)，對(duì)影響黃酮提取工藝的因素進(jìn)行研究。通過(guò)單因素試驗(yàn)研究微波功率、提取時(shí)間、提取溫度、料液比和提取溶劑乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)提取效果的影響。然后，利用正交試驗(yàn)法優(yōu)化最佳提取工藝條件。結(jié)果：對(duì)棗核黃酮提取的影響程度大小順序?yàn)榱弦罕龋咎崛囟龋咎崛r(shí)間＞乙醇體積分?jǐn)?shù)＞微波功率，正交試驗(yàn)結(jié)果表明最佳提取工藝參數(shù)為料液比1:60(g/mL)、提取溫度60℃、乙醇體積分?jǐn)?shù)50%、提取時(shí)間20min、微波功率500W。在最佳工藝條件下，棗核黃酮粗品的提取產(chǎn)率為10.14%，粗品中黃酮含量為7.00%。結(jié)論：采用正交試驗(yàn)-微波提取工藝，能顯著提高棗核黃酮的提取效率，具有較好的提取效果。

正交試驗(yàn)法；微波；提??；棗核；總黃酮

紅棗，又名中華大棗、小棗，是鼠李科棗屬植物棗(Zizyphus jujuba Mill)的果實(shí)[1]。紅棗果肉營(yíng)養(yǎng)豐富且含大量生物活性成分，如大棗皂甙Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(ziziphus saponin Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)、酸棗仁皂甙B(jujuboside B)、光千金藤堿(stepharine)、葡萄糖、果糖、蔗糖、環(huán)磷腺苷(cAMP)、環(huán)磷烏苷(cGMP)等，具有獨(dú)特的營(yíng)養(yǎng)和藥用價(jià)值[2-5]。目前，除對(duì)棗肉中有效成分進(jìn)行研究外，以往作為廢料丟棄的棗核中有效成分的研究也成為人們關(guān)注的課題[6-9]。研究表明，紅棗棗核含黃酮類有效成分，具有預(yù)防心腦血管疾病、防癌抗癌之功效[9-10]。目前，天然產(chǎn)物中有效成分的傳統(tǒng)提取方法有醇滲漉法、浸漬法、索氏抽提法和加熱回流法。但這些提取方法存在提取時(shí)間長(zhǎng)、溶劑用量大、提取率低等問(wèn)題。近年來(lái)，現(xiàn)代提取技術(shù)微波輔助提取法在環(huán)境、生化、食品及天然產(chǎn)物等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。微波提取具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作時(shí)間短、熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于天然產(chǎn)物中揮發(fā)油、苷類多糖、生物堿等成分的提取[11-14]。經(jīng)查閱，采用微波輔助法對(duì)紅棗棗核中黃酮類有效成分進(jìn)行提取的報(bào)道甚少[15]。本實(shí)驗(yàn)以紅棗核為試驗(yàn)材料，采用正交試驗(yàn)法，利用微波輔助提取法對(duì)紅棗核中的總黃酮進(jìn)行提取研究，旨在獲得最佳提取工藝，為紅棗核的綜合利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品 中國(guó)食品藥品檢定研究院；紅棗棗核樣品 河北滄州金絲小棗棗核 河北獻(xiàn)縣海英棗業(yè)有限公司；乙醇(分析純)、氫氧化鈉(分析純) 天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠；三氯化鋁(分析純) 天津市虹迪化工有限公司；亞硝酸鈉(分析純) 天津市化學(xué)試劑一廠。

1.2 儀器與設(shè)備

XH100B電子微波催化合成/萃取儀 北京祥鵠科技發(fā)展有限公司；UV-2550型紫外-可見分光光度計(jì) 日本島津公司；FA1604N電子天平 上海精密科學(xué)儀器有限公司；SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵 鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；RE-52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠；中草藥粉碎機(jī) 天津市泰斯特儀器有限公司；ZK-82B型真空干燥箱 上海實(shí)驗(yàn)儀器總廠；溶劑過(guò)濾器 天津津騰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

以蘆丁為對(duì)照品，配制系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，在波長(zhǎng)507nm處測(cè)定吸光度，以吸光度對(duì)質(zhì)量濃度做標(biāo)準(zhǔn)曲線[16]。蘆丁對(duì)照品溶液在一定質(zhì)量濃度范圍內(nèi)與吸光度呈良好線性關(guān)系，線性回歸方程為A＝0.01925+13.82c，線性相關(guān)系數(shù)為r＝0.9999，標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍為0.0032～0.048mg/mL。

1.3.2 提取工藝與提取效果衡量指標(biāo)

棗核 → 洗凈烘干 → 粉碎過(guò)200目篩 → 加入提取劑 →微波提取 → 0.45μm微孔濾膜過(guò)濾得澄清透明液體 → 減壓濃縮回收提取劑 → 真空干燥 → 得棗核黃酮提取物粗品 → 計(jì)算粗品提取產(chǎn)率 → 測(cè)定粗品中黃酮含量。

取一定體積經(jīng)微孔濾膜過(guò)濾后的溶液，按1.3.1節(jié)步驟測(cè)定波長(zhǎng)507nm處吸光度，計(jì)算溶液質(zhì)量濃度，轉(zhuǎn)化為以棗核原料為基準(zhǔn)的黃酮提取率，作為提取效果的衡量指標(biāo)。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

1.3.3.1 料液比的選擇

準(zhǔn)確稱取6份粉碎的棗核樣品各1.0000g置于250mL圓底燒瓶中，分別加入體積分?jǐn)?shù)為50%的乙醇溶液20. 00、30.00、40.00、50.00、60.00、70.00mL作為溶劑，設(shè)定微波功率400W，微波輻射溫度40℃，提取時(shí)間20min，進(jìn)行微波提取。浸提液經(jīng)減壓抽濾，取一定體積溶液按1.3.1節(jié)操作步驟測(cè)定，計(jì)算黃酮提取率作為提取指標(biāo)。

1.3.3.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)的選擇

準(zhǔn)確稱取6份粉碎的棗核樣品各1.0000g置于250mL圓底燒瓶中，分別加入40.00mL乙醇溶液作為溶劑，控制乙醇體積分?jǐn)?shù)為20%、30%、40%、50%、60%、70%，設(shè)定微波功率400W，微波輻射溫度40℃，提取時(shí)間20min，進(jìn)行微波提取。浸提液經(jīng)減壓抽濾，取一定體積溶液并按1.3.1節(jié)操作步驟測(cè)定，計(jì)算黃酮提取率作為提取指標(biāo)。

1.3.3.3 提取時(shí)間的選擇

準(zhǔn)確稱取6份粉碎的棗核樣品各1.0000g置于250mL圓底燒瓶中，加入40.00mL 50%的乙醇溶液作為溶劑，設(shè)定微波功率400W，微波輻射溫度40℃，分別控制提取時(shí)間10、15、20、25、30、35min進(jìn)行微波提取。浸提液經(jīng)減壓抽濾，取一定體積溶液并按1.3.1節(jié)操作步驟測(cè)定，計(jì)算黃酮提取率作為提取指標(biāo)。

1.3.3.4 微波功率的選擇

準(zhǔn)確稱取6份粉碎的棗核樣品各1.0000g置于250mL圓底燒瓶中，加入40.00mL 50%的乙醇溶液作為溶劑，設(shè)定微波功率分別為200、300、400、500、600、700W，微波輻射溫度40℃，微波提取20min，浸提液經(jīng)減壓抽濾，取一定體積溶液并按1.3.1節(jié)操作步驟測(cè)定，計(jì)算黃酮提取率作為提取指標(biāo)。

1.3.3.5 提取溫度的選擇

準(zhǔn)確稱取6份粉碎的棗核樣品各1.0000g置于250mL圓底燒瓶中，加入40.00mL 50%的乙醇溶液作為溶劑，設(shè)定微波輻射溫度分別為30、40、50、60、70、80℃，微波輻射溫度400W，微波提取20min，浸提液經(jīng)減壓抽濾，取一定體積溶液并按1.3.1操作步驟測(cè)定，計(jì)算黃酮提取率作為提取指標(biāo)。

1.3.4 棗核總黃酮的微波輔助提取工藝正交優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用正交試驗(yàn)法以料液比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、微波功率、提取時(shí)間和微波輻射溫度作為5個(gè)考察因素，選取4個(gè)水平進(jìn)行試驗(yàn)。采用L16(45)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定微波提取的最佳工藝條件。

1.4 棗核黃酮粗品提取產(chǎn)率的計(jì)算

將浸提液減壓濃縮回收溶劑，將產(chǎn)品真空干燥得棗核黃酮粗品，計(jì)算粗品的提取產(chǎn)率。

式中：ω為棗核黃酮粗品提取產(chǎn)率/%；X為棗核黃酮提取物粗品質(zhì)量/g；m為棗核質(zhì)量/g。

1.5 棗核黃酮粗品中黃酮含量的計(jì)算

準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的黃酮粗品，溶解并定容至25mL容量瓶中，取一定體積溶液并按1.3.1節(jié)方法測(cè)定吸光度，將吸光度換算成質(zhì)量濃度，計(jì)算棗核粗品中黃酮含量。

式中：w為棗核粗品中黃酮含量/%；c為溶液中黃酮質(zhì)量濃度/(mg/mL)；V為所取溶液體積/mL；M為棗核粗品質(zhì)量/g。

2 結(jié)果與分析

2.1 棗核總黃酮的微波輔助提取工藝單因素試驗(yàn)

2.1.1 料液比的選擇

圖1 料液比對(duì)棗核黃酮提取率的影響Fig.1 Effect of solid-to-solvent ratio on extraction efficiency of total flavonoids

由圖1可知，隨著溶劑量的增加，黃酮提取率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)料液比在1:20～1:50時(shí)，提取率隨著溶劑量的增大而升高，這是因?yàn)樘崛÷实母叩团c黃酮向溶劑中擴(kuò)散有關(guān)，料液比小，兩相界面間的濃度差小，不利于黃酮的擴(kuò)散。當(dāng)料液比在1:50～1:70時(shí)，提取率反而降低，這可能是由于已浸出的黃酮對(duì)未浸出的黃酮的協(xié)同浸提作用的影響，料液比大，黃酮質(zhì)量濃度下降，不利于協(xié)同浸提，因而總黃酮提取率反而降低。因此，選定1:30、1:40、1:50、1:60作為正交試驗(yàn)的4個(gè)水平。

2.1.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)的選擇

圖2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)棗核黃酮提取率的影響Fig.2 Effect of ethanol concentration on extraction efficiency of total flavonoids

由圖2可知，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大，棗核中總黃酮的提取率先增大后減小。這是因?yàn)橐掖紝?duì)黃酮的溶解度比水大，乙醇對(duì)細(xì)胞的破壞作用比水強(qiáng)，在微波作用下表現(xiàn)得更加明顯。乙醇體積分?jǐn)?shù)在30%～60%之間時(shí)，棗核黃酮提取率較高。由此可以看出，乙醇體積分?jǐn)?shù)不宜過(guò)高和過(guò)低，且乙醇體積分?jǐn)?shù)過(guò)高會(huì)增加生產(chǎn)成本。因此，選定30%、40%、50%、60%作為正交試驗(yàn)的4個(gè)水平。

2.1.3 提取時(shí)間的選擇

圖3 提取時(shí)間對(duì)棗核黃酮提取率的影響Fig.3 Effect of extraction time on extraction efficiency of total flavonoids

由圖3可知，隨著微波作用時(shí)間的延長(zhǎng)，棗核總黃酮的提取率迅速增大。這是因?yàn)槲⒉ù┩改芰?qiáng)，微波輻射能導(dǎo)致植物細(xì)胞內(nèi)的極性物質(zhì)，尤其是水分子吸收微波能，產(chǎn)生大量的熱，使細(xì)胞內(nèi)溫度迅速上升，液態(tài)水汽化產(chǎn)生的壓力將細(xì)胞膜和細(xì)胞壁沖破，使胞外溶劑進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，溶解并釋放出胞內(nèi)物質(zhì)。但是，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，部分黃酮受熱變質(zhì)，黃酮提取率反而降低。因此，選定15、20、25、30min作為正交試驗(yàn)的4個(gè)水平。

圖4 微波功率對(duì)棗核黃酮提取率的影響Fig.4 Effect of microwave power on extraction efficiency of total flavonoids

2.1.4 微波功率的選擇由圖4可知，棗核黃酮的提取率隨微波功率的增加而逐漸提高，這是因?yàn)殡S著微波功率的增加，加熱速率增大，分子運(yùn)動(dòng)速度加快，黃酮類物質(zhì)的提取率增大。但微波功率大于400W后，棗核總黃酮的提取率隨微波功率的增加有所降低。原因可能是：一方面強(qiáng)熱效應(yīng)破壞了溶液中已有的棗核提取物中的黃酮成分；另一方面高溫使蛋白質(zhì)凝固，黃酮成分不易破壁溶出。因此，選定300、400、500、600W作為正交試驗(yàn)的4個(gè)水平。

2.1.5 提取溫度的選擇

圖5 提取溫度對(duì)棗核中黃酮提取率的影響Fig.5 Effect of extraction temperature on extraction efficiency of total flavonoids

由圖5可知，隨著微波輻射溫度的上升，棗核中黃酮的提取率呈先升降的趨勢(shì)。分析原因是：從較低溫度升至60℃，熱效率升高，分子運(yùn)動(dòng)加快，利于黃酮的破壁溶出；隨著溫度的繼續(xù)升高，一方面已經(jīng)溶出得黃酮隨著熱效應(yīng)加強(qiáng)而變質(zhì)，另一方面，高溫逐漸使部分蛋白凝固不利于黃酮溶出。據(jù)此，選定50、60、70、80℃作為正交試驗(yàn)的4個(gè)水平。

2.2 棗核總黃酮的微波輔助提取工藝正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，選取影響棗核總黃酮提取效果各因素中有意義的水平做正交試驗(yàn)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行極差分析，以確定最佳的提取條件。采用L16(45)正交表以提取時(shí)間(A)、微波功率(B)、料液比(C)、乙醇體積分?jǐn)?shù)(D)和提取溫度(E)作為5個(gè)考察因素，選取4個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)，因素及水平見表1，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2。

表1 棗核總黃酮的微波輔助提取工藝優(yōu)化L16(45)正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels used in orthogonal array design

表2 棗核總黃酮的微波輔助提取工藝優(yōu)化L16(45)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Orthogonal array design and corresponding experimental results

由表2數(shù)據(jù)極差分析可知，RC＞RE＞RA＞RD＞RB，各因素對(duì)棗核中總黃酮的提取率的影響程度依次為料液比＞提取溫度＞提取時(shí)間＞乙醇體積分?jǐn)?shù)＞微波功率，料液比對(duì)提取的影響最為顯著，在試驗(yàn)設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)，優(yōu)化得到微提取棗核黃酮的最佳條件為A2B3C4D3E2，即提取時(shí)間20min、微波功率500W、料液比1:60、乙醇體積分?jǐn)?shù)50%、提取溫度60℃。棗核黃酮提取率預(yù)測(cè)值為0.657%以上。

2.3 最佳工藝條件驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

按A2B3C4D3E2條件進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，實(shí)測(cè)棗核黃酮提取率平均值為0.71%，此工藝條件下棗核黃酮提取率高于表2中任一組試驗(yàn)結(jié)果，故A2B3C4D3E2為最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件。

2.4 棗核黃酮提取物粗品的制備

取3份棗核樣品各10.0000g，采用上述最佳提取條件進(jìn)行提取，得黃酮提取液，再按照1.3.2提取工藝，將該溶液進(jìn)行濃縮精制，得到棗核黃酮粗品，稱量計(jì)算得平均質(zhì)量為1.0142g，計(jì)算得到黃酮粗品提取產(chǎn)率為10.14%，該棗核黃酮粗品中黃酮含量為7.00%，約為棗核樣品中黃酮含量的10倍。

3 結(jié) 論

3.1 本實(shí)驗(yàn)采用正交試驗(yàn)法優(yōu)選棗核黃酮的最佳提取工藝條件為料液比1:60、提取溫度60℃、提取時(shí)間20min、乙醇體積分?jǐn)?shù)50%、微波功率500W，得到棗核黃酮粗品的提取產(chǎn)率為10.14%，粗品中黃酮含量為7.00%。

3.2 實(shí)驗(yàn)采用微波提取方法，可以極大地縮短提取時(shí)間，且能達(dá)到較高的提取效率。因此，微波提取法是一種較為理想的提取方法，具有省時(shí)、高效、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。

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更 正

本刊2012年14期第321～325頁(yè)刊載的第一作者為徐安書的論文——《莖瘤芥葉胡蘿卜混合汁復(fù)合乳酸菌發(fā)酵飲料的研制》補(bǔ)充基金項(xiàng)目“涪陵榨菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)集成應(yīng)用與創(chuàng)新服務(wù)體系建設(shè)項(xiàng)目(10)”。特此更正！

Optimization of Microwave-assisted Extraction of Total Flavonoids from Chinese Date Seeds

ZHANG Ji-xiang1，OU Lai-li,ang2
(1. Faculty of Chemistry and Material Science, Langfang Teachers College, Langfang 065000, China；
2. Key Laboratory of Bioactive Materials, Ministry of Education, Nankai University, Tianjin 300071, China)

Objective: Orthogonal array design was used to optimize the microwave-assisted extraction of total flavonoids from Chinese date seeds. Methods: Total flavonoids were spectrometrically determined using rutin as a reference compound. The effects of microwave power, extraction time, temperature, solid-to-solvent ratio and ethanol concentration on the extraction yield of total flavonoids were investigated by one-factor-at-a-time experiments. Subsequently, these extraction parameters were optimized by orthogonal array design. Results: Five extraction parameters were ranked in descending order of their effect on the extraction of total flavonoids as follows: solid-to-solvent ratio＞extraction temperature＞extraction time＞ethanol concentration＞microwave power. Their optimal levels were 1:60 (g/mL), 60 ℃, 20 min, 50% and 500 W, respectively. Under these conditions, the extraction yield of crude total flavonoids was 10.14%, and the total flavonoid content of the extract obtained was 7.00%. Conclusion: The extraction efficiency of total flavonoids from Chinese date seeds is remarkably increased by microwave extraction and orthogonal array optimization.

orthogonal array design；microwave extraction；Chinese date seeds；total flavonoids

S511

A

1002-6630(2012)16-0045-05

2011-07-06

河北省教育廳青年基金項(xiàng)目(2010156)

張吉祥(1973—)，男，副教授，博士，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物中有效成分的提取與分離。E-mail：zhangjixiang1973@163.com