微波輻射預(yù)處理提取細風(fēng)輪菜總黃酮工藝及其含量的季節(jié)變化

雷 麗，陳旭波

（麗水學(xué)院生態(tài)學(xué)院，浙江麗水323000）

細風(fēng)輪菜（Clinopodium gracile（Benth.）Matsum），又名塔花、剪刀草、瘦風(fēng)輪等，為一年生唇形科風(fēng)輪菜屬草本植物，主要分布于我國的廣東、福建、江蘇、廣西、云南等地[1]，資源十分豐富。細風(fēng)輪菜作為中藥，全草入藥，有清熱解毒、活血功效，能治療感冒頭痛、中暑腹痛、乳腺炎、痢疾、蕁麻疹、嘔吐、毒蟲咬傷等[2]。

細風(fēng)輪菜化學(xué)成分主要有黃酮類、皂苷類、揮發(fā)油、有機酸類、芳香族類、三萜類、甾體類等，其中皂苷類、黃酮類是該植物的主要活性成分[3-7]。研究表明這兩種活性成分具有抑菌、抗腫瘤[8-10]、治療心血管疾病[11-12]等功效。

活性成分的提取是應(yīng)用的前提，近年來，微波輻射預(yù)處理提取在總黃酮提取工藝優(yōu)化中的效果越來越顯著[13-14]。用該方法對細風(fēng)輪菜三萜皂苷進行提取已有報道[8]，但對細風(fēng)輪菜總黃酮進行提取并未涉及。另外，藥材的有效成分含量與采集時間密切相關(guān)，而細風(fēng)輪菜生長周期較長，麗水本地全年可達10個月左右，而當?shù)厝似蛴陔S時采用。因此，本實驗以細風(fēng)輪菜為原料，采用微波輻射預(yù)處理提取細風(fēng)輪菜總黃酮，研究微波輻射時間、微波功率、汽化劑用量、汽化劑浸潤時間、水浴溫度、乙醇體積分數(shù)、水浴提取時間、料液比等對總黃酮得率的影響，并通過正交試驗優(yōu)化提取工藝。同時，探討總黃酮含量的季節(jié)變化，為細風(fēng)輪菜的綜合利用提供依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本次實驗所用細風(fēng)輪菜于2016年11、12月和2017年3、4月采自浙江省麗水市白云山，曬干粉碎后用石油醚預(yù)處理，風(fēng)干備用。

1.2 儀器與試劑

1.2.1 主要儀器

微波爐（Galanz，P70F20CN3P-SR（WO）型）；紫外可見分光光度計（上海佑科儀器儀表有限公司，UV752）；循環(huán)水式多用真空泵（鞏義市瑞力儀器設(shè)備有限公司，SHZ-95B）；水浴鍋（上海珂淮儀器有限公司，Grant SUB AQUA 12 PLUS）；電子分析天平（梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司，ME104）；烘箱（上海精宏實驗設(shè)備有限公司，DHG-9246A）。

1.2.2 主要試劑

蘆丁（HPLC≥98%，北京世紀奧科生物技術(shù)有限公司）；石油醚（分析純，60-90，杭州高晶精細化工有限公司）；乙醇（分析純，杭州雙林化工試劑有限公司）；氫氧化鈉、硝酸鋁（分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠）；亞硝酸鈉（浙江省蘭溪市化工試劑廠）。

1.3 細風(fēng)輪菜總黃酮的含量測定

1.3.1 總黃酮標準曲線的繪制

采用硝酸鋁顯色法[15]繪制總黃酮標準曲線。

1.3.2 微波輻射預(yù)處理

精確稱取細風(fēng)輪菜5 g放入玻璃培養(yǎng)皿中，預(yù)處理過程參考王趙改[13]等人的方法。將預(yù)處理好的樣品放入燒杯中，加入一定濃度乙醇溶液，恒溫水浴提取，抽濾除渣，得黃酮提取液，待測。

1.3.3 總黃酮含量測定

將細風(fēng)輪菜總黃酮提取液定容，用移液管取1 mL按照標準曲線測定方法進行顯色反應(yīng)，最后定容至25 mL，測定吸光度，重復(fù)3次，取平均值。依據(jù)標準曲線方程，求得總黃酮得率?？傸S酮得率（mg/g）=，其中X為稀釋倍數(shù)，Y為提取液體積，Z為提取液總黃酮濃度（mg/mL），W為粉末質(zhì)量5 g。

1.4 單因素試驗

單因素實驗因素水平見表1，每個因素至少5個水平。

表1 單因素試驗

1.5 正交試驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果設(shè)計因素水平，對微波輻射時間（A）、微波功率（B）、汽化劑用量（C）、汽化劑浸潤時間（D）、水浴溫度（E）、乙醇體積分數(shù)（F）、水浴提取時間（G）、料液比（H）進行8因素3水平正交試驗，因素水平見表2，以細風(fēng)輪菜總黃酮得率為評價指標，通過L27（38）正交試驗確定最佳提取條件，正交表參考表3。

表2 因素水平

1.6 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)均用Excel 2010和Minitab進行數(shù)據(jù)分析及圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘆丁標準曲線繪制

蘆丁標準曲線如圖1。線性回歸方程為Y=9.200 9X+0.008 6，R2=0.998 9，具有較好的相關(guān)性，表明蘆丁在0.2～1.2 mg范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。

圖1 蘆丁標準曲線

2.2 單因素試驗結(jié)果

以總黃酮得率為縱坐標，各因素水平為橫坐標繪制單因素實驗折線圖（圖2～圖9），其中細風(fēng)輪菜春季的總黃酮得率參考左邊（Y軸）的主坐標，冬季的參考右邊（Y軸）的次坐標。

圖2 微波輻射時間對總黃酮得率的影響

2.2.1 微波輻射時間對總黃酮得率的影響

汽化劑用量2 mL、浸潤時間5 min、微波功率560 W、乙醇體積分數(shù)65%、水浴提取固液比1:20 g/mL、水浴溫度60℃、水浴提取時間30 min，考察微波輻射時間30、60、90、120、150 s對總黃酮得率的影響。由圖2可知，隨著微波輻射時間的增加，細風(fēng)輪菜總黃酮得率均先上升，當輻射時間為120 s時，冬季細風(fēng)輪菜總黃酮得率最高，為45.823±0.315 mg/g；當輻射時間為90 s時，春季細風(fēng)輪菜總黃酮得率最高，為223.203±1.052 mg/g，隨著微波輻射時間的增加，細風(fēng)輪菜總黃酮得率均下降。

2.2.2 微波功率對總黃酮得率的影響

汽化劑用量2 mL、浸潤時間5 min、微波輻射時間120 s、乙醇體積分數(shù)65%、水浴提取固液比1:20 g/mL、水浴溫度60℃、水浴提取時間30 min、考察微波功率140、280、420、560、700 W對冬季細風(fēng)輪菜總黃酮得率的影響。由圖3可知，隨著微波功率的增加，冬季細風(fēng)輪菜總黃酮得率先上升，當功率為560 W時，冬季細風(fēng)輪菜總黃酮得率最高，為45.823±0.315 mg/g。

圖3 微波功率對總黃酮得率的影響

汽化劑用量為2 mL、浸潤時間5 min、微波輻射時間90 s、乙醇體積分數(shù)65%、水浴提取固液比1:20 g/mL、水浴溫度60℃、水浴提取時間30 min，考察微波功率對春季細風(fēng)輪菜總黃酮得率的影響。由圖3可知，隨著微波功率的增加，春季細風(fēng)輪菜總黃酮得率先上升后下降，當功率為560 W時，春季細風(fēng)輪菜總黃酮得率最高，為223.203±1.052 mg/g。

隨著微波功率的增大，總黃酮得率均上升，表明需要足夠的微波能量破碎細胞結(jié)構(gòu)，促使細風(fēng)輪菜總黃酮進入溶劑，功率為560 W時，細風(fēng)輪菜總黃酮得率最高，當微波功率達到700 W時，總黃酮得率均極顯著下降（P＜0.01（冬季）；P＜0.01（春季））。

2.2.3 汽化劑用量對總黃酮得率的影響

汽化劑浸潤時間5 min、微波功率560 W、微波輻射時間120 s、乙醇體積分數(shù)65%、水浴提取固液比1:20 g/mL、水浴溫度60℃、水浴提取時間30 min，考察汽化劑用量0、2、4、8、16、24 mL對冬季細風(fēng)輪菜總黃酮得率的影響，不同汽化劑用量下的總黃酮提取規(guī)律見圖4。當汽化劑用量為2 mL時，冬季細風(fēng)輪菜總黃酮得率最高，為45.823±0.315 mg/g；當汽化劑用量為4 mL時黃酮得率最低，僅為39.981±0.307 mg/g。隨著汽化劑用量的增加，冬季細風(fēng)輪菜總黃酮得率再次上升，當汽化劑用量為16 mL以上時冬季細風(fēng)輪菜總黃酮得率趨于穩(wěn)定。

圖4 汽化劑用量對總黃酮得率的影響

汽化劑浸潤時間5 min、微波功率560 W、微波輻射時間90 s、乙醇體積分數(shù)65%、水浴提取固液比1:20 g/mL、水浴溫度60℃、水浴提取時間30 min，考察汽化劑用量對春季細風(fēng)輪菜總黃酮得率的影響。由圖4可知，隨著汽化劑用量的增加，當汽化劑用量為2 mL時，春季細風(fēng)輪菜總黃酮得率最高，為223.203±1.052 mg/g；當汽化劑用量超過2 mL時，春季細風(fēng)輪菜總黃酮得率先下降后上升；在汽化劑用量為8 mL時，春季細風(fēng)輪菜總黃酮得率下降至最低，為210.463±0.634 mg/g；當汽化劑用量為16 mL以上時春季細風(fēng)輪菜總黃酮得率趨于穩(wěn)定。

2.2.4 浸潤時間對總黃酮得率的影響

汽化劑用量2 mL、微波功率560 W、微波輻射時間120 s、乙醇體積分數(shù)65%、水浴提取固液比1:20 g/mL、水浴溫度60℃、水浴提取時間30 min，考察汽化劑浸潤時間0、5、10、20、40、60 min對冬季細風(fēng)輪菜總黃酮得率的影響，不同浸潤時間下的總黃酮提取規(guī)律見圖5。當浸潤時間為5 min時，冬季細風(fēng)輪菜總黃酮得率最高，為45.823±0.315 mg/g，隨著浸潤時間的增加，冬季細風(fēng)輪菜總黃酮得率逐漸下降。

汽化劑用量2 mL、微波功率560 W、微波輻射時間90 s、乙醇體積分數(shù)65%、水浴提取固液比1:20 g/mL、水浴溫度60℃、水浴提取時間30 min，考察汽化劑浸潤時間對春季細風(fēng)輪菜總黃酮得率的影響。由圖5可知，當浸潤時間為5 min時，春季細風(fēng)輪菜總黃酮得率最高，為223.203±1.052 mg/g，隨著浸潤時間的增加，春季細風(fēng)輪菜總黃酮得率逐漸下降。

圖5 浸潤時間對總黃酮得率的影響

2.2.5 水浴溫度對總黃酮得率的影響

汽化劑用量2 mL、浸潤時間5 min、微波功率560 W、微波輻射時間120 s、乙醇體積分數(shù)65%、水浴提取固液比1:20 g/mL、水浴提取時間30 mim，考察水浴溫度40、50、60、70、80、90℃對冬季細風(fēng)輪菜總黃酮得率的影響。如圖6所示，隨著水浴溫度從40℃升高到80℃，總黃酮得率逐漸上升，當水浴溫度為80℃時，總黃酮得率為51.272±0.304 mg/g，隨后總黃酮得率趨于穩(wěn)定，90℃時總黃酮得率下降不顯著（P＞0.05）。

圖6 水浴溫度對總黃酮得率的影響

汽化劑用量2 mL、浸潤時間5 min、微波功率560 W、微波輻射時間90 s、乙醇體積分數(shù)65%、水浴提取固液比1:20 g/mL、水浴提取時間30 mim，考察水浴溫度對春季細風(fēng)輪菜總黃酮得率的影響。如圖6所示，隨著溫度的上升，春季細風(fēng)輪菜總黃酮得率先上升后下降，當水浴溫度為60℃時，總黃酮得率最高，為223.203±1.052 mg/g。

2.2.6 乙醇體積分數(shù)對總黃酮得率的影響

汽化劑用量2 mL、浸潤時間5 min、微波功率560 W、微波輻射時間120 s、水浴提取固液比1:20 g/mL、水浴溫度80℃、水浴提取時間30 mim，考察乙醇體積分數(shù)35、45、55、65、75、85、95%對冬季細風(fēng)輪菜總黃酮得率的影響，見圖7。隨著乙醇體積分數(shù)增加，總黃酮得率先升高后降低，當乙醇體積分數(shù)為45%時，總黃酮得率最高，為52.857±0.662 mg/g。

圖7 乙醇體積分數(shù)對總黃酮得率的影響

汽化劑用量2 mL、浸潤時間5 min、微波功率560 W、微波輻射時間90 s、水浴提取固液比1:20 g/mL、水浴溫度60℃、水浴提取時間30 mim，考察乙醇體積分數(shù)對春季細風(fēng)輪菜總黃酮得率影響，見圖7。隨著乙醇體積分數(shù)增加，總黃酮得率先升高后降低，當乙醇體積分數(shù)為65%時，總黃酮得率最高，為223.203±1.052 mg/g。

2.2.7 水浴提取時間對總黃酮得率的影響

汽化劑用量2 mL、浸潤時間5 min、微波功率560 W、微波輻射時間120 s、乙醇體積分數(shù)45%、水浴提取固液比1:20 g/mL、水浴溫度80℃，考察水浴提取時間30、60、90、120、180 min對冬季細風(fēng)輪菜總黃酮得率的影響，見圖8。隨著水浴時間的增加，總黃酮得率持續(xù)升高，在90 min時達到最高，為61.552±3.790 mg/g；水浴提取時間大于90 min之后，總黃酮得率開始下降。

圖8 水浴提取時間對總黃酮得率的影響

汽化劑用量2 mL、浸潤時間5 min、微波功率560 W、微波輻射時間90 s、乙醇體積分數(shù)65%、水浴提取固液比1:20 g/mL、水浴溫度60℃，考察水浴提取時間對春季細風(fēng)輪菜總黃酮得率的影響，見圖8。春季細風(fēng)輪菜總黃酮得率在30 min時最高，為223.203±1.052 mg/g，隨著水浴提取時間的變長，總黃酮得率呈下降趨勢。

2.2.8 料液比對總黃酮得率的影響

汽化劑用量2 mL、浸潤時間5 min、微波功率560 W、微波輻射時間120 s、乙醇體積分數(shù)45%、水浴溫度80℃、水浴提取時間90 min，考察水浴提取固液比1:10、1:20、1:30、1:40、1:50 g/mL對冬季細風(fēng)輪菜總黃酮得率的影響，見圖9。由圖可知，當料液比從1:10 g/mL增加到1:40 g/mL時，冬季細風(fēng)輪菜總黃酮得率逐漸增加；當料液比為1:40 g/mL時，總黃酮得率最高，為65.742±0.707 mg/g。

汽化劑用量2 mL、浸潤時間5 min、微波功率560 W、微波輻射時間90 s、乙醇體積分數(shù)65%、水浴溫度60℃、水浴提取時間30 min，考察水浴提取固液比對春季細風(fēng)輪菜總黃酮得率的影響，見圖9。由圖可知，當料液比從1:10 g/mL增加到1:40 g/mL時，細風(fēng)輪菜總黃酮得率逐漸增加；當料液比為1:40 g/mL時，總黃酮得率最高，為227.731±0.384 mg/g。

圖9 料液比對總黃酮得率的影響

2.3 正交試驗結(jié)果及驗證實驗

以春季細風(fēng)輪菜為材料，進行正交實驗，正交試驗結(jié)果如表3所示，通過正交實驗結(jié)果極差分析可知，影響細風(fēng)輪菜總黃酮得率的因素順序為：乙醇體積分數(shù)＞水浴溫度＞汽化劑浸潤時間＞水浴時間＞料液比＞微波功率＞微波輻射時間＞汽化劑用量。表4顯示乙醇體積和水浴溫度對春季細風(fēng)輪菜總黃酮得率的影響極顯著（P＜0.01），汽化劑浸潤時間對春季細風(fēng)輪菜總黃酮的提取率影響顯著（P＜0.05），與極差分析提示的主導(dǎo)因素保持一致。綜合極差和方差分析得出最佳組合為A2B1C2D1E3F1G3H3，即春季細風(fēng)輪菜總黃酮的最佳提取條件為微波輻射時間90 s、微波功率420 W、汽化劑用量2 mL、浸潤時間0 min、水浴溫度70℃、乙醇體積分數(shù)55%、水浴提取時間90 min、水浴提取固液比1:50 g/mL。在正交試驗最佳條件下，春季細風(fēng)輪菜總黃酮得率為239.300±0.725 mg/g，顯著高于正交試驗的所有組別（P＜0.05）。

表3 續(xù)表

表3 L27（38）正交試驗結(jié)果

表4 方差分析

2.4 不同方法提取細風(fēng)輪菜總黃酮工藝的比較

如表5所示，在正交試驗方法最佳條件下，春季細風(fēng)輪菜總黃酮得率為239.300±0.725 mg/g，傳統(tǒng)乙醇提取春季細風(fēng)輪菜總黃酮得率為227.671±0.286 mg/g，兩種提取方法對細風(fēng)輪菜總黃酮得率差異極顯著（P＜0.01）；在單因素試驗方法最佳條件下，微波輔助提取冬季細風(fēng)輪菜總黃酮得率為65.742±0.707 mg/g，傳統(tǒng)乙醇提取春冬季細風(fēng)輪菜總黃酮得率為61.999±0.226 mg/g，兩種提取方法對冬季細風(fēng)輪菜總黃酮得率差異顯著（P＜0.01）。

表5 不同提取方法結(jié)果比對

3 討論與結(jié)論

微波輻射預(yù)處理對植物細胞壁產(chǎn)生了破壞作用，幾乎無完整細胞存在。細胞壁破壞嚴重，這就提高了后續(xù)提取的效率，逐漸成為一種理想的植物活性物質(zhì)提取方法[8,13]。本實驗結(jié)果表明，微波輻射預(yù)處理前后總黃酮得率發(fā)生了極顯著的改變，進一步驗證了微波輻射預(yù)處理可以提高活性物質(zhì)的提取率。

總黃酮得率和各個單因素水平有著密切的關(guān)聯(lián)，由于微波輻射時間過長和微波功率過高，實驗中總黃酮得率均出現(xiàn)下降，可能是溫度過高導(dǎo)致樣品中總黃酮被破壞[16-17]?？傸S酮得率在汽化劑用量為2 mL時最高，隨著汽化劑用量的增加使得提取體系增大，即粉末受到的微波處理相對減弱，總黃酮得率下降。接著，隨著汽化劑用量繼續(xù)增加，黃酮溶出動力加大，且這種增大的趨勢逆轉(zhuǎn)了微波能量被分擔的影響，所以黃酮得率有所回升[18]。由結(jié)果可知，溫度升高有利于黃酮的提取，但溫度過高可能會破環(huán)黃酮結(jié)構(gòu)，另一方面溫度過高會造成溶劑的損失，因此造成總黃酮得率的下降[19]。實驗中隨著乙醇體積分數(shù)的增加，總黃酮得率先上升后下降，可能由于乙醇體積分數(shù)越高，對氫鍵的斷裂作用越強，提取率越高；但當乙醇體積分數(shù)過高時，產(chǎn)生了較大滲透壓，破壞了黃酮結(jié)構(gòu)，另一方面，部分醇溶性有機物質(zhì)溶解增加，影響總黃酮提取濃度，導(dǎo)致其提取率下降[18,20-21]。延長水浴時間有利于黃酮的提取，但時間過長總黃酮得率下降，一方面與黃酮長時間處于高溫狀態(tài)而被破壞有關(guān)；另一方面高溫使蛋白質(zhì)凝固，黃酮不易溶出，同時高分子雜質(zhì)浸出增加，影響提取物有效含量[22]。實驗結(jié)果表明，當料液比超過1:40 g/mL時，總黃酮得率下降，這可能是因為乙醇用量過大會增加熱負荷，延長了提取時間[23]。

在單因素實驗中，不同季節(jié)的材料在微波輻射時間和水浴時間這兩個因素中表現(xiàn)出了一定的差異。春季材料所需的最佳微波輻射時間和水浴時間均低于冬季材料，這是否與材料總黃酮含量的高低有關(guān)，還需進一步驗證。

通過試驗表明，細風(fēng)輪菜總黃酮的含量隨著季節(jié)的變化而變化，春季細風(fēng)輪菜總黃酮含量明顯高于冬季細風(fēng)輪菜總黃酮含量，春季的最大值達到冬季的5倍左右。這與李瑞雪等[24]研究桑樹總黃酮含量變化規(guī)律基本一致，不同季節(jié)桑葉的總黃酮含量以春季最高。研究結(jié)論可以為細風(fēng)輪菜作為藥材收獲提供參考，但是，其他活性物質(zhì)成分積累的變化規(guī)律以及活性大小是否與季節(jié)變化有關(guān)需要進一步確認。