微波輔助提取加工型番茄植株總黃酮的工藝研究

邸娜，鄭喜清，王靖，王海偉

（河套學(xué)院農(nóng)學(xué)系，內(nèi)蒙古巴彥淖爾015000）

微波輔助提取加工型番茄植株總黃酮的工藝研究

邸娜，鄭喜清，王靖，王海偉

（河套學(xué)院農(nóng)學(xué)系，內(nèi)蒙古巴彥淖爾015000）

研究加工型番茄植株總黃酮的微波輔助提取工藝。結(jié)果表明：4個(gè)因素對提取加工型番茄植株總黃酮影響的主次順序?yàn)椋阂掖紳舛龋疚⒉üβ剩疚⒉〞r(shí)間＞液料比；最佳工藝條件為：乙醇濃度70%，液料比30 mL/g，微波功率280 W，微波時(shí)間1min；優(yōu)化條件下總黃酮的提取率為0.243mg/g。

加工型番茄植株；總黃酮；微波；提取工藝

內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市是我國繼新疆之后第二大加工型番茄種植區(qū)，2012年種植面積為1.13萬hm2［1］，加工型番茄已成為當(dāng)?shù)刂饕慕?jīng)濟(jì)作物之一。巴彥淖爾市乃至全國，每年番茄果實(shí)采摘后，大量的番茄植株被廢棄，沒有得到進(jìn)一步的加工利用。研究表明，番茄植株中含有大量的黃酮和維生素C［2-3］，并可以采用乙醇浸提法對其進(jìn)行提取。目前，研究植物有效成分提取普遍采取微波輔助提取的方法。近年來微波輔助提取技術(shù)發(fā)展迅速，與傳統(tǒng)提取技術(shù)相比，具有操作簡便、提取速度快、效率高、不污染提取產(chǎn)品等優(yōu)點(diǎn)，在植物有效成分的提取中得到了廣泛應(yīng)用。本文采用微波輔助提取的方法提取加工型番茄植株中的總黃酮，以其獲得最適宜的提取工藝參數(shù)，促進(jìn)加工型番茄的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

1　材料與儀器

加工型番茄植株：采自內(nèi)蒙古巴彥淖爾市臨河區(qū)氣象局試驗(yàn)田；蘆丁（Rutin）：生工生物工程（上海）股份有限公司，含量≥98%。

723型分光光度計(jì)：上海鳳凰光學(xué)科儀有限公司；P70D20TP-C6（W0）微波爐：格蘭仕集團(tuán)；BSA323SCW分析天平：德國賽多利斯；TGZ4-WS離心機(jī)：上海盧湘儀離心機(jī)有限公司；XFB-500小型藥材粉碎機(jī)：中誠制藥機(jī)械廠。

2　方法

2.1對照品溶液的制備

準(zhǔn)確稱取烘干至恒重的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品80 mg，用60%乙醇溶液溶解，定容至50 mL，得到1.6 mg/mL蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2.2標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制——亞硝酸鈉-硝酸鋁比色法［3］

精確吸取蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL分別置于25mL容量瓶中，加60%乙醇溶液至12.5mL，混勻；分別加入5%的NaNO20.75 mL，搖勻靜置6 min；加人10%Al（NO3）30.75 mL，搖勻靜置6 min；加入4%NaOH 10 mL，搖勻；最后用60%乙醇溶液定容至25 mL，搖勻靜置10 min，510 nm處測其吸光度值。以黃酮的濃度（c）為橫坐標(biāo)、吸光度（A）為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到回歸方程：y=10.204x-0.005 2，R2= 0.999 6，線性范圍為0.032 mg/mL～0.160 mg/mL。

2.3加工型番茄植株總黃酮的提取工藝流程

加工型番茄植株→50℃烘干→粉碎→微波輔助提取→提取液→離心→上清液→定容，待用

2.4加工型番茄植株總黃酮的含量測定

準(zhǔn)確吸取12.5 mL樣品提取液于25 mL容量瓶中，按照2.2的方法顯色并測定吸光度，代入回歸方程，求得顯色液中總黃酮的濃度c，再按以下公式計(jì)算總黃酮的提取量：

式中：c為回歸方程計(jì)算得出的顯色液中總黃酮的濃度，mg/mL；V為樣品提取液的體積，mL；m為樣品質(zhì)量，g。

2.5單因素試驗(yàn)

2.5.1乙醇濃度對總黃酮提取量的影響

選取乙醇濃度、液料比、微波功率、微波時(shí)間4個(gè)因素，在乙醇濃度分別為10%、30%、50%、70%、90%，其他因素組合為30 mL/g、462 W、1 min的條件下，測定總黃酮的提取量。

2.5.2液料比對總黃酮提取量的影響

在液料比分別為10、20、30、40、50 mL/g，其他因素組合為乙醇濃度50%、微波功率462W、微波時(shí)間1min的條件下，測定總黃酮的提取量。

2.5.3微波功率對總黃酮提取量的影響

在微波火力分別為低火、中低火、中火、中高火、高火，對應(yīng)微波功率分別為119、280、462、595、700 W，其他因素組合為乙醇濃度50%、液料比30 mL/g、微波時(shí)間1 min的條件下，測定總黃酮的提取量。

2.5.4微波時(shí)間對總黃酮提取量的影響

在微波時(shí)間分別為0、0.5、1、1.5、2 min，其他因素組合為乙醇濃度50%、液料比30 mL/g、微波功率462 W的條件下，測定總黃酮的提取量。

2.6正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以乙醇濃度、液料比、微波功率和微波時(shí)間為影響因素，按照L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化加工型番茄植株總黃酮的微波提取工藝，正交試驗(yàn)的因素水平設(shè)計(jì)見表1。

表1　正交試驗(yàn)因素水平Table 1　Factors and levels of orthogonal experiment

3　結(jié)果與分析

3.1單因素試驗(yàn)

3.1.1乙醇濃度對總黃酮提取率的影響

乙醇濃度對總黃酮提取率的影響見圖1。

圖1　乙醇濃度對黃酮浸提率的影響Fig.1　Effect of ethanol concentration on extraction of total flavones

由圖1可見，隨著乙醇濃度的增加，樣品總黃酮的提取率增大，當(dāng)乙醇濃度增大到50%時(shí)，黃酮的提取率達(dá)到最大，之后隨著乙醇濃度的繼續(xù)增加，提取率反而下降，當(dāng)乙醇濃度大于70%時(shí)，提取率急劇下降。這主要與溶劑的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，當(dāng)溶劑濃度改變時(shí)，其極性也隨之發(fā)生改變，乙醇濃度較低時(shí)，溶液極性較大，有研究表明，水能加速植物材料膨脹，膨脹后的植物材料與溶劑接觸的表面積增大，可使植物材料與溶劑接觸充分［4］；而隨著乙醇溶液濃度逐漸增大，其極性逐漸減小，此時(shí)提取液的顏色也由棕黃色逐漸變?yōu)榫G色，根據(jù)相似相溶的原理，說明樣品中像葉綠素這樣極性較小的物質(zhì)溶出增多，過多的葉綠素等物質(zhì)溶出可阻礙黃酮類化合物的溶出，使總黃酮的提取量下降。

3.1.2液料比對總黃酮提取率的影響

液料比對黃酮提取率的影響見圖2。

當(dāng)液料比由10 mL/g提高到20 mL/g時(shí)，總黃酮的提取率明顯增大，其后提取率緩慢增大，液料比繼續(xù)增大到40 mL/g時(shí)總黃酮的提取率達(dá)到最大，但與30 mL/g時(shí)相比增大效果不明顯，且超過40 mL/g提取率下降。這是因?yàn)橐毫媳容^小時(shí)，增加溶劑用量可提高溶劑對黃酮的溶解能力，而且會使樣品與提取液之間總黃酮的濃度差增大，較高的濃度差使黃酮類化合物更易滲出。當(dāng)液料比繼續(xù)增大時(shí)，總黃酮的提取率反而下降，但成本卻隨之增大，因此綜合考慮提取率和提取成本，選擇30 mL/g的液料比為宜。

圖2　液料比對黃酮浸提率的影響Fig.2　Effect of liquid to solid ratio on extraction of total flavones

3.1.3微波功率對總黃酮提取率的影響

微波功率對加工型番茄植株總黃酮提取率的影響如圖3所示。

圖3　微波功率對總黃酮浸提率的影響Fig.3　Effect of microwave power on extraction of total flavones

功率達(dá)到280 W時(shí)，總黃酮的提取率達(dá)到最大，功率增大到462 W時(shí)，提取率急劇下降，以后提取率緩慢下降。微波輔助提取原理是利用微波射線破壞細(xì)胞壁，使細(xì)胞內(nèi)容物釋放到溶劑中［5］。隨著功率的增大，微波對細(xì)胞破壞越嚴(yán)重，物質(zhì)溶出越容易，但當(dāng)微波功率過大時(shí)，加熱速度快，強(qiáng)熱效應(yīng)對黃酮類化合物具有一定的破壞作用，同時(shí)溶出的其他有機(jī)物含量增加，對黃酮的溶出產(chǎn)生一定的阻礙作用。

3.1.4微波時(shí)間對總黃酮提取率的影響

微波時(shí)間對總黃酮提取率的影響如圖4所示。

圖4　微波時(shí)間對總黃酮浸提率的影響Fig.4　Effect of microwave time on extraction of total flavones

微波提取0.5 min較未經(jīng)微波提取的樣品總黃酮的提取率明顯提高，微波提取1 min時(shí)提取率達(dá)到最大，以后下降。這是因?yàn)槲⒉ㄌ幚砜纱龠M(jìn)番茄植株中黃酮類化合物的溶出，而且隨微波時(shí)間延長，其輻射強(qiáng)度可更徹底的破壞細(xì)胞壁，促進(jìn)黃酮類化合物從樣品細(xì)胞中快速溶出，增加總黃酮的提取率，但超過1 min后，體系溫度過高，發(fā)生暴沸，黃酮類化合物結(jié)構(gòu)被破壞，乙醇揮發(fā)降低了溶劑的極性，使提取率反而下降。

3.2微波提取工藝優(yōu)化——正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，為考察各因素對總黃酮提取率影響的顯著性并進(jìn)一步優(yōu)化提取條件，以乙醇濃度、液料比、微波功率和微波時(shí)間為主要因素，進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2　正交試驗(yàn)結(jié)果及分析Table 2　The results and analysis of orthogonal experiment

對加工型番茄植株總黃酮提取率的影響，乙醇濃度、液料比、微波功率和微波時(shí)間均具有極顯著差異。由極差分析可知，乙醇濃度影響最大，液料比影響最小，4個(gè)影響因素的主次順序?yàn)椋阂掖紳舛?微波功率>微波時(shí)間>液料比。由此得出各因素的最優(yōu)組合為A2B1C2D2，即乙醇濃度70%，液料比30 mL/g，微波功率280 W，微波時(shí)間1 min。取A2B1C2D2最優(yōu)因素水平做驗(yàn)證試驗(yàn)，測得加工型番茄植株中總黃酮的含量為0.243 mg/g。其中乙醇濃度的正交試驗(yàn)結(jié)果與單因素試驗(yàn)結(jié)果有一定差異，這可能是多因素作用時(shí)各因素之間存在交互作用。

4　結(jié)論

本試驗(yàn)通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，探討了影響微波輔助提取加工型番茄植株總黃酮的主要因素及其相互作用，確定優(yōu)化提取工藝參數(shù)為：乙醇濃度70%，液料比30 mL/g，微波功率280 W，微波時(shí)間1 min。該條件下，加工型番茄植株總黃酮的提取重復(fù)性好，精密度高，與單因素試驗(yàn)相比，可顯著提高總黃酮的提取率，為加工型番茄植株的利用提供了一個(gè)思路。

［1］高永生，程士哲，張文武.巴彥淖爾市加工番茄食品安全現(xiàn)狀及存在問題［J］.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2013（4）：125-127

［2］趙海清，竇君，阿吉艾克拜爾·艾薩.番茄有效成分含量測定及其綜合利用產(chǎn)業(yè)化構(gòu)想［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（29）：16186-16187

［3］邸娜，韓海軍，鄭喜清，等.番茄植株總黃酮提取工藝優(yōu)化［J］.食品研究與開發(fā)，2015，36（13）：62-65

［4］Li H Z，Pordesimo L，Weiss J.High intensity ultrasound-assisted extraction of oil from soybeans［J］.Food Res Int，2004，37（7）：731-738

［5］黎海彬，王邕，李俊芳，等.微波輔助提取技術(shù)在天然產(chǎn)物提取中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代食品科技，2005，21（3）：148-150

Study on the Processing Technology of Microwave-assisted Extracting Total Flavones from Processing Tomato Plants

DI Na，ZHENG Xi-qing，WANG Jing，WANG Hai-wei
（Agriculture Department，Hetao College，Bayannaoer 015000，Inner Mongolia，China）

Studied on the processing technology of microwave-assisted extracting total flavones from processing tomato plants.The results showed that the order of factors influencing total flavones extraction was ethanol concentration＞microwave power＞microwave time＞liquid to solid ratio；the optimal extraction condition：ethanol concentration was 70%，liquid to solid ratio was 30 mL/g，microwave power was 280 W，microwave time 1 min；under the optimal extraction condition，the total flavones extraction was 0.243 mg/g.

processing tomato plants；total flavones；microwave；processing technology

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.21.010

內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目（NJZC13388）

邸娜（1983—），女（漢），講師，碩士，從事植物栽培生理及天然產(chǎn)物的提取和分離方面的教學(xué)和科研工作。

2015-12-27