微波輔助提取航天紫花苜蓿中總黃酮工藝研究

黃曉慧，張宏，李鵬，廖天江，趙靜

（甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天水 741025）

牧草專欄

微波輔助提取航天紫花苜蓿中總黃酮工藝研究

黃曉慧，張宏，李鵬，廖天江，趙靜

（甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天水 741025）

本研究通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)設(shè)計確定微波輔助提取航天紫花苜蓿中黃酮的優(yōu)化工藝條件：提取時間30min、乙醇濃度60%、微波功率600W、固液比1：15、提取溫度80℃。

微波；航天紫花苜蓿；黃酮；提取工藝

紫花苜蓿有“牧草之王”的美稱，經(jīng)航天誘變選育的紫花苜蓿具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)，多葉率（5葉為主）高的特性[1]。苜蓿含有多種生物活性成分，在禽畜養(yǎng)殖、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域有很高的利用價值。苜蓿中的黃酮類化合物結(jié)構(gòu)多樣，種類繁多，可有效清除人體內(nèi)的自由基，有抗氧化作用和多種保健功效[2,3]。與傳統(tǒng)中草藥相比，以苜蓿作為黃酮類化合物的來源，具有資源豐富、價格低廉等特點(diǎn)。苜蓿是大田作物，適宜大規(guī)模種植，產(chǎn)量較高；將苜蓿提取物加工后作為飼料添加劑應(yīng)用，具有安全環(huán)保的特點(diǎn)；把苜蓿黃酮類化合物等活性成分的產(chǎn)品加入到草業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中，不僅能增加苜蓿的經(jīng)濟(jì)附加值，還可以延長產(chǎn)業(yè)鏈、提升產(chǎn)業(yè)層次，促進(jìn)生產(chǎn)和科研的發(fā)展[4]。

苜蓿中黃酮的提取多采用乙醇提取法。微波法是近20年來迅速發(fā)展起來的提取新技術(shù)，具有無噪聲、能耗低、效率高、不破壞活性成分的特點(diǎn)[5]。目前國內(nèi)對于航天育種紫花苜蓿營養(yǎng)價值和有效成分提取分離的相

關(guān)研究較少，對其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用結(jié)果更是鮮有報道。本文研究了應(yīng)用微波技術(shù)輔助提取航天紫花苜?？傸S酮的工藝，旨在為航天綠色藥材的開發(fā)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料

1．1 試驗(yàn)材料

航天紫花苜蓿全草取自天水國家高新農(nóng)業(yè)園區(qū)甘肅省航天育種工程技術(shù)中心，經(jīng)中國科學(xué)院西北高原生物研究所趙強(qiáng)博士鑒定，將苜蓿風(fēng)干、粉碎、過篩、備用；黃酮（蘆?。φ掌罚▏幖瘓F(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品）；水為去離子水；其余試劑均為分析純。

1．2 儀器

XH-100A型微波催化合成/萃取儀（北京祥鵠科技發(fā)展有限公司）、759型紫外可見分光光度計（浙江福立分析儀器有限公司）、SHB-IV22A型循環(huán)水式多用真空泵（鄭州長城科工貿(mào)有限公司）、FA2104型電子天平（成都一科儀器設(shè)備有限公司）。

2 方法

2．1 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

精密稱取蘆丁對照品0.0258g，置于25mL容量瓶中，以80%乙醇溶解并用去離子水稀釋至刻度，搖勻，得貯備液（濃度為1mg/mL）。分別取貯備液配制成黃酮濃度為0.00mg/mL、0.20mg/mL、0.40mg/mL、0.60mg/mL、0.80mg/mL、1.00mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液，做兩份平行樣，于510nm波長處測定吸光度[6]，制作繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2．2 工藝研究

2.2.1 黃酮提取試驗(yàn)

稱取5.0g航天紫花苜蓿干粉，置于磨口三頸瓶中，加一定濃度的相應(yīng)體積的乙醇溶液。放置在XH-100A0型微波催化萃取儀中，在一定溫度、功率條件下，連續(xù)微波輻射一定時間后，抽濾；濾液加石油醚萃取3～5次，去除葉綠素干擾[7]，濃縮，用相應(yīng)濃度的乙醇溶液將濾液定容至100mL，于510nm波長處測定吸光度，并計算黃酮含量。

黃酮含量（mg/g）=（C·V）/m

式中，C為提取液中黃酮質(zhì)量濃度（mg/mL）；V為提取液總體積（mL）；m為原料干粉質(zhì)量。

2.2.2 單因素試驗(yàn)

開展在正交試驗(yàn)之前進(jìn)行單因素試驗(yàn)，分別考察提取時間、提取溫度、固液比、乙醇濃度和微波功率對含量的影響。

2.2.3 正交試驗(yàn)

為確定提取過程中各因素對黃酮含量影響的大小，將優(yōu)化后的提取時間（A）、乙醇濃度（B）、微波功率（C）、固液比（D）、提取溫度（E）5個因素，以L10(45)正交表進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計。因素水平如表1。

表1 因素水平

3 結(jié)果與分析

3．1 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線

圖1 黃酮標(biāo)準(zhǔn)曲線

蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示。結(jié)果表明，蘆丁檢測濃度在0～1.0mg/mL范圍內(nèi)與吸收度呈良好線性關(guān)系（R2=0.9998），得其回歸方程為：Y=0.2956X-0.0013（其中，Y為吸光度，X為檢測濃度）。

3．2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

3.2.1 提取時間對黃酮含量的影響

按照2.2.1所述方法，擬定提取溫度60℃、固液比1∶15、微波功率600W條件下用50%乙醇溶液提取一次，考察不同提取時間對黃酮含量的影響，結(jié)果如表2所示。

表2 提取時間對黃酮含量的影響

由表2可知，該條件下微波提取30min后，提取的黃酮含量趨于平衡，不隨提取時間的增加而變化，故選擇提取時間30min為宜。

3.2.2 提取溫度對黃酮含量的影響

按照2.2.1所述方法，提取時間由3.2.1確定，擬定固液比1∶15、微波功率600W條件下用50%乙醇溶液提取一次，考察不同提取溫度對黃酮含量的影響，結(jié)果如表3所示。

表3 提取溫度對黃酮含量的影響

由表3可知，60～80℃范圍內(nèi)，黃酮含量隨著溫度的升高先增大后減小，80℃時提取的黃酮含量相對達(dá)到最大，故選擇提取溫度80℃為宜。

3.2.3 固液比對黃酮含量的影響

按照2.2.1所述方法，提取時間由3.2.1確定，提取溫度由3.2.2確定，擬定微波功率600W條件下用50%乙醇溶液提取一次，考察不同固液比對黃酮含量的影響，結(jié)果如表4所示。

表4 固液比對黃酮含量的影響

由表4可知，黃酮含量隨著固液比的增大而增加，但該增長趨勢并不顯著，即固液比對黃酮含量的影響不大，故選取的溶劑量只需將原料完全浸沒即可，則固液比選取1∶15為宜。后續(xù)單因素試驗(yàn)均以固液比1∶15進(jìn)行操作。

3.2.4 乙醇溶液濃度對黃酮含量的影響

按照2.2.1所述方法，提取時間由3.2.1確定，提取溫度由3.2.2確定，固液比由3.2.3確定，擬定微波功率600W條件下用不同濃度乙醇溶液提取一次，考察不同乙醇溶液濃度對黃酮含量的影響，結(jié)果如表5所示。

表5 乙醇溶液濃度對黃酮含量的影響

由表5可知，黃酮含量隨著乙醇濃度的增大呈現(xiàn)出先增大后減小的變化；當(dāng)乙醇溶液濃度為60%時黃酮含量最高，故選擇60%乙醇進(jìn)行提取為宜。

3.2.5 微波功率對黃酮含量的影響

在3.2.1、3.2.2、3.2.3和3.2.4確定的最佳因素條件下，考察不同微波功率對黃酮含量的影響，結(jié)果如表6所示。

表6 微波功率對黃酮含量的影響

由表6可知，微波功率設(shè)定為600W時，同等條件下黃酮的提取含量可達(dá)最大值，故選擇微波功率600W為宜。

3．3 單因素試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

單因素試驗(yàn)條件下得出了優(yōu)化工藝參數(shù)：提取時間30min、乙醇濃度60%、微波功率600W、固液比1∶15、提取溫度80℃。相同工藝條件下重復(fù)3批原料的提取試驗(yàn)，結(jié)果如表7。

表7 單因素試驗(yàn)結(jié)果

3．4 正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)結(jié)果見表8，方差分析結(jié)果如表9表示。

表8 正交試驗(yàn)結(jié)果

表9 方差分析結(jié)果

由表8、表9可知，各因素對黃酮提取含量影響的大小順序?yàn)椋禾崛囟龋疽掖紳舛龋咎崛r間＞微波功率＞固液比。提取溫度影響最大，固液比影響最小。由直觀的極差分析初步認(rèn)為優(yōu)化工藝參數(shù)是A4B3C2D4E4，即提取時間30min、乙醇濃度70%、微波功率600W、固液比1∶25、提取溫度80℃。

3．4 正交試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

按照A4B3C2D4E4條件下重復(fù)3批原料的試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如表10。

表10 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

3批驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果比較接近，說明該優(yōu)化工藝基本穩(wěn)定，適用于從航天紫花苜蓿中提取黃酮。

相比較，正交試驗(yàn)驗(yàn)證的黃酮含量9.04mg/g略低于單因素驗(yàn)證試驗(yàn)的9.48mg/g，這是由提取條件中乙醇濃度和固液比這兩個影響因素的參數(shù)不同而引起的。然而，單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)結(jié)果中均顯示固液比對黃酮含量的影響很小，若將固液比的影響忽略不計，則可視作同等條件下，60%乙醇提取黃酮含量略高于70%乙醇提取的量，故可考慮選擇60%乙醇進(jìn)行提取，提高黃酮含量的同時也可減少乙醇的用量。

3 結(jié)論

黃酮類化合物的傳統(tǒng)提取方法主要是水煎法，主要缺點(diǎn)是提取效率低、能耗大。超聲波輔助提取法可用來提取黃酮類化合物，但存在噪聲污染等問題從而難以廣泛應(yīng)用[8]。相比較而言，微波輔助萃取天然產(chǎn)物中活性成分具有設(shè)備簡單、適用范圍廣、萃取效率高、重現(xiàn)性好、節(jié)省時間、節(jié)省試劑、污染小等特點(diǎn)。采用微波輔助提取航天紫花苜蓿的工藝方法，單因素試驗(yàn)與正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較接近，考慮到實(shí)際操作中固液比和時間的增大會增大能耗，并且增大后續(xù)工作難度，因此將該工藝條件定為：提取時間30min、乙醇濃度60%、微波功率600W、固液比1∶15、提取溫度80℃。

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Abstract:This study was to optimize the parameters for extraction of flavonoids from space breeding alfalfa by microwave-assisted method through single factor design and orthogonal test. And the optimum conditions of the extraction process were as follows: 30min of microwave-assisted extraction time, 60% of ethanol concentration,600W of microwave power, 1:15 of solid-liquid ratio, and 80℃ of extraction temperature.

Key words:Microwave; Space breeding alfalfa; Flavonoids; Extraction process

Study on Microwave-assisted Extraction Process of Total Flavonoids from Space Breeding Alfalfa

HUANG Xiao-hui, ZHANG Hong, LI Peng, LIAO Tian-jiang, ZHAO Jing
(Gansu Industry Polytechnic College, Tianshui 741025)

S823.3

A

1004-4264（2017）09-0061-04

10.19305/j.cnki.11-3009/s.2017.09.016

2017-06-10

甘肅省高等學(xué)?？茖W(xué)研究自籌經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（2015B-154）。

黃曉慧（1983-），女，漢族，講師，碩士，主要從事化學(xué)分析、化工技術(shù)方面的專業(yè)研究及教育教學(xué)工作。