蘆筍廢棄老莖總黃酮微波提取工藝

姜慧燕，鄒禮根，陳飛東，趙蕓

（杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江杭州310024）

蘆筍味道鮮美，是一種低熱量、高營養(yǎng)的健康蔬菜，長期食用有助于降血脂、抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)等[1-4]，是我國主要出口創(chuàng)匯的外銷型蔬菜之一。外銷蘆筍除部分鮮銷至日本、韓國等亞洲市場，大部分被加工成罐頭等形式出口至歐美國家。為使產(chǎn)品規(guī)格統(tǒng)一并具較好口感，蘆筍鮮銷及深加工過程中需切除總含量30%以上的老莖。研究表明，廢棄的蘆筍老莖中含豐富的黃酮類物質(zhì)（干基含量達(dá)6.32 mg/g），而黃酮類物質(zhì)因其具有清除自由基、抗氧化、抗腫瘤等生物活性[5-6]被廣泛應(yīng)用于保健食品及藥品中。本文研究利用有機(jī)溶劑萃取結(jié)合微波輔助法提取蘆筍老莖中的總黃酮類化合物，不僅變廢為寶，更消除了潛在的環(huán)境污染。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)材料由富陽東洲蘆筍專業(yè)合作社提供，用于提取試驗(yàn)的蘆筍老莖均經(jīng)干燥后粉碎成粉末。

1.2 主要試劑與儀器

蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品，上海源葉生物科技有限公司；其它試劑均為分析純。

MAS-Ⅱ型微波提取設(shè)備：上海市新儀微波化學(xué)科技有限公司；UV-2550紫外分光光度計：日本島津；N-1100旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：日本理化器械株式會社（EYELA）。

1.3 方法

1.3.1 提取溶劑的選擇

植物有效成分的提取過程是目標(biāo)成分由固相轉(zhuǎn)移到溶劑液相中的傳質(zhì)過程。蘆筍中的黃酮類物質(zhì)主要是極性較大的黃酮苷，易溶于甲醇、乙醇、乙醚、乙酸乙酯等有機(jī)溶劑中，在水中的溶解度較小。因此，本試驗(yàn)選擇安全無毒、經(jīng)濟(jì)易得、易回收利用的乙醇作為蘆筍老莖總黃酮的浸提溶劑。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

通過單因素試驗(yàn)研究乙醇濃度、料液比、微波功率、提取時間和提取次數(shù)等因素對蘆筍老莖總黃酮微波提取過程的影響。各影響因素及水平見表1。

表1 單因素試驗(yàn)因素及水平表Table 1 Factors and levels of single-factor experiment

1.3.9 響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化

通過響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計，對提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。由單因素試驗(yàn)結(jié)果得乙醇濃度、料液比和提取時間對蘆筍老莖總黃酮提取效果影響較顯著，因此在響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計中選取這三個因素為自變量，以總黃酮提取得率為響應(yīng)值，根據(jù)Box-Behnken中心設(shè)計原理，設(shè)計了三因素三水平試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)因素與水平見表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平及編碼Table 2 Factors and codes of RSM

1.4 指標(biāo)

以總黃酮得率為指標(biāo)，衡量微波提取蘆筍老莖總黃酮的效果。黃酮含量采用分光光度法測定[7-8]。

2 結(jié)果與討論

2.1 乙醇濃度對總黃酮提取效果的影響

乙醇濃度對蘆筍老莖總黃酮提取效果影響較大，結(jié)果如圖1所示。

圖1 乙醇濃度對總黃酮提取效果的影響Fig.1 Effect of ethanol concentration on extraction of flavones

總黃酮提得率隨乙醇濃度的增大而提高，當(dāng)乙醇濃度達(dá)到80%時，提取得率達(dá)最大5.52 mg/g；隨著乙醇濃度的進(jìn)一步增大，總黃酮提取得率反而有所下降。究其原因，黃酮類化合物大部分易溶于甲醇、乙醇等有機(jī)溶劑，不易溶于水中；部分帶親水基團(tuán)的易溶于水中。因此當(dāng)乙醇濃度較低時，浸提出的總黃酮較少，隨著乙醇濃度的增加，醇溶性黃酮也被浸提出來；但當(dāng)乙醇濃度進(jìn)一步提高至90%、100%時，由于水溶部分黃酮未被浸提出，總黃酮得率反而有所下降。

2.2 料液比對總黃酮提取效果的影響

料液比對蘆筍老莖總黃酮提取效果的影響如圖2所示。

圖2 料液比對總黃酮提取效果的影響Fig.2 Effect of solid-to-solvent ratio on extraction of flavones

總黃酮提取得率隨料液比比值的降低而提高，當(dāng)料液比為 1∶50（m：v，g/mL）時達(dá)最大。

2.3 微波功率對總黃酮提取效果的影響

微波功率對總黃酮提取效果的影響，如圖3所示。

圖3 微波功率對總黃酮提取效果的影響Fig.3 Effect of microwave power on extraction of flavones

微波功率對蘆筍老莖中總黃酮提取效果的影響較小?？赡苁怯捎谝掖挤悬c(diǎn)較低，料液量也較少，在較低功率下，短時內(nèi)即可達(dá)到沸點(diǎn)，因此微波功率的增加對提取效果影響較小。此外，隨著微波功率的提高，容易引起料液爆沸，導(dǎo)致物料損失，進(jìn)而使得提取得率有所降低。

2.4 提取時間對總黃酮提取效果的影響

提取時間對總黃酮提取效果的影響，如圖4所示。

圖4 提取時間對總黃酮提取效果的影響Fig.4 Effect of extraction time on extraction of flavones

提取時間對蘆筍老莖總黃酮提取效果的影響較為顯著。隨著提取時間從2 min延長至8 min，總黃酮得率由3.83 mg/g增大到5.26 mg/g。但當(dāng)提取時間進(jìn)一步延長，由于物料在沸騰過程中有所損耗，導(dǎo)致總黃酮得率又有所降低。

2.5 提取次數(shù)對總黃酮提取效果的影響

提取次數(shù)對總黃酮提取效果的影響，見圖5。

圖5 提取次數(shù)對總黃酮提取效果的影響Fig.5 Effect of microwave times on extraction of flavones

由圖5可知，隨著提取次數(shù)的增加，總黃酮得率增加幅度越來越小，提取兩次后，總黃酮得率提高已不明顯，第3、4次單次總黃酮得率已接近于0。同時，隨著提取次數(shù)的增加，由于水相中黃酮類物質(zhì)較少，雜質(zhì)等的溶出率反而增加，影響提取物的純度，因此提取次數(shù)選擇2次較為適宜。

2.6 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

微波輔助提取蘆筍老莖總黃酮的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計及結(jié)果見表3、4。利用Matlab軟件對總黃酮得率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得基于編碼值的二元回歸方程為：

方差分析結(jié)果表明，方程決定系數(shù)R2為0.995 1，修正相關(guān)系數(shù)平方和為0.988 8，說明該模型能解釋98.88%響應(yīng)值的變化；此模型達(dá)到高度顯著水平（P＜0.000 1），失擬項(xiàng)小，因而該模型擬合程度良好，表明試驗(yàn)設(shè)計可靠。F檢驗(yàn)表明：對所得方程，X1、X2、X3及對 Y 影響非常顯著（P＜0.01）。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計及結(jié)果Table 3 Design and results of RSM

表4 響應(yīng)面模型方差分析結(jié)果Table 4 Analysis of variance of RSM

通過Matlab分析軟件，以總黃酮得率為指標(biāo)，將一因素固定在零水平繪出響應(yīng)面，結(jié)果如圖6所示，形象的表示出乙醇濃度、料液比和提取時間對微波輔助提取蘆筍老莖中總黃酮的影響。

軟件分析得，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，總黃酮提取得率較高的條件為：乙醇濃度81.2%、微波時間9.83 min、液料比 41.59（即料液比 1∶41.59，g/mL），此時總黃酮得率為5.35 mg/g。在該條件下重復(fù)試驗(yàn)5次，結(jié)果分別為5.30、5.73、5.26、5.43、5.37 mg/g，除去最高值與最低值，得總黃酮平均得率為5.33 mg/g，與預(yù)測值基本一致，說明運(yùn)用本試驗(yàn)建立的模型尋求最佳的微波輔助提取蘆筍老莖總黃酮得率的參數(shù)值是可行的。

圖6 微波提取蘆筍老莖總黃酮的三維響應(yīng)面圖Table 6 Three-dimension response surface of microwave extraction of flavones from asparagus-old-stems

3 結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)研究表明：乙醇濃度、微波時間和料液比等三因素對微波輔助提取蘆筍老莖中總黃酮的影響較大。進(jìn)一步通過響應(yīng)面試驗(yàn)分析建立了微波輔助提取蘆筍老莖中總黃酮的數(shù)學(xué)模型，并分析得出最優(yōu)提取條件為：乙醇濃度 81.2%、料液比 1∶41.59（g/mL）、微波功率300 W、微波溫度78℃、微波時間9.83 min、提取次數(shù)2次，該條件下總黃酮得率為5.33 mg/g，提取率高達(dá)84.33%。本研究為蘆筍加工廢棄老莖的高值化利用奠定了理論基礎(chǔ)；蘆筍老莖的資源化利用，可進(jìn)一步推動蘆筍產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

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