微波輔助提取薄荷黃酮的工藝研究*

張仕青，都宏霞，嚴(yán)忠杰，蔣夢宇，劉高榮

(1.南京科技職業(yè)學(xué)院，江蘇 南京 210048；2.南京工業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 211816)

薄荷為唇形科植物，在《唐本草》中很早就有記載，屬多年生草本作物植物，分布廣泛，現(xiàn)在我國多數(shù)地區(qū)有栽培[1]。薄荷藥食同源，同時還應(yīng)用于醫(yī)療、化妝品、香料、煙草工業(yè)、藥品及保健品等領(lǐng)域中[2-3]，深受人們喜愛。

黃酮類化合物是自然界中重要的天然有機化合物，結(jié)構(gòu)類型復(fù)雜且數(shù)量種類繁多[4-5]。作為薄荷提取物之一[6]，薄荷黃酮具有抗氧化、抗癌、抗衰老、抗腫瘤的功效[7]。報道的提取方法有有機溶劑法、超聲輔助提取法、 超臨界CO2萃取法等。張秋燕等以乙醇為溶劑，得到最佳提取工藝為乙醇體積分?jǐn)?shù)95%、固液比 1 g∶15 mL、提取時間 1 h、提取溫度 80 ℃[8]；李靜等采用超聲波輔助工藝提取薄荷黃酮，得到最佳提取工藝為料液比 1 g∶50 mL、乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、超聲時間 5 min、超聲功率 200 W，此時薄荷黃酮得率為2.17%[9]；華燕青等確定夾帶劑用量 6 mL/g、萃取壓力 25 MPa、萃取溫度 55 ℃、萃取時間 90 min 為超臨界CO2萃取薄荷黃酮的最佳工藝[10]；陸海峰等發(fā)現(xiàn)薄荷中黃酮對羥自由基有著很好的清除作用[11]；梁呈元等對薄荷化學(xué)成分及藥理功能展開研究，發(fā)現(xiàn)薄荷中主要含揮發(fā)性油、黃酮類、有機酸、氨基酸，同時對人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、平滑肌以及抗炎鎮(zhèn)痛、抗病原體方面具有一定作用[2]?，F(xiàn)階段對薄荷活性成分的研究不均衡，應(yīng)進(jìn)一步展開對其他成分的探究，從而讓薄荷得到最大化的應(yīng)用，挖掘其潛在價值，促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展[12]。

本文以薄荷為原料，通過微波輔助進(jìn)行提取，研究不同因素對薄荷黃酮提取量的影響，為薄荷資源的綜合利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

薄荷購自北京同仁堂；蘆丁(黃酮標(biāo)準(zhǔn))樣品(國藥集團化學(xué)試劑有限公司)；其它試劑為分析純。

ME204E/02星電子天平(梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司)；7600型紫外分光光度計(上海菁華科技儀器制造有限公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 總黃酮標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

以蘆丁作為標(biāo)準(zhǔn)對照品，用來測量其在紫外分光光度計的吸光度，建立蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1)蘆丁標(biāo)準(zhǔn)試劑的配制

稱取蘆丁藥品，精確到 0.0100 g，將其置于燒杯中，溶解后緩慢轉(zhuǎn)移至 100 mL 容量瓶中，定容，即可得到質(zhì)量濃度為 100 μg/mL 的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2)蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

采用了紫外分光光度法。準(zhǔn)確吸取標(biāo)準(zhǔn)溶液0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL，分別加入6個 25 mL 的比色管中，并在每個比色管中分別加入 5 mL 醋酸鉀、3 mL AlCl3和 3 mL 乙醇，在對照組中加入乙醇 5 mL，然后搖晃均勻。在室溫的條件下反應(yīng) 40 min，測定 415 nm 波長處吸光值。每相同質(zhì)量濃度做3個平行實驗，取平均值并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

3)薄荷黃酮的提取得率

提取得率/(mg/g)=ρVD/m

式中：ρ為試樣的測定質(zhì)量濃度，mg/mL；V為濾液體積，mL；D為稀釋倍數(shù)；m為試樣質(zhì)量，g。

1.2.2 薄荷的預(yù)處理

先將新鮮的薄荷用純水洗凈，晾干，粉碎，裝袋備用。

1.2.3 薄荷黃酮提取的單因素實驗[13-15]

按料液比1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30(g/mL)，微波時間20、30、40、50、60、80、120 s，微波功率80、240、400、640、800 W，乙醇體積分?jǐn)?shù)40%、50%、60%、70%、80%，研究4種因素對薄荷黃酮提取量的影響。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

使用Origin Pro 2018 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果分析

2.1 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線

按照1.2.1節(jié)方法進(jìn)行實驗，回歸方程：Y=0.06232X-0.33996，相關(guān)系數(shù)R2=0.99981(Y為吸光度值，X為總黃酮的質(zhì)量濃度，mg/mL)。

2.2 單因素試驗

2.2.1 料液比對黃酮提取率的影響

如圖1所示，隨著料液比的不斷增加，薄荷黃酮的提取量先增加后下降；料液比為 1 g ∶ 20 mL 時，提取量最大，為 2.09 mg/g。因為料液比的增加可以使體系的溶解度升高，促進(jìn)薄荷細(xì)胞破壁，因此黃酮溢出率也增加。當(dāng)溶解度到達(dá)一定程度時，就會發(fā)生飽和現(xiàn)象；當(dāng)料液比大于 1 g ∶ 20 m L時，隨著提取的溶劑增加，溶解物質(zhì)越來越多，導(dǎo)致黃酮提取量減少。因此選擇料液比為 1 g ∶ 20 mL 進(jìn)行進(jìn)一步工藝探索。

圖1 料液比對黃酮提取量的影響

2.2.2 微波時間對薄荷黃酮提取率的影響

如圖2所示，微波時間從 20 s 到 40 s 之間，薄荷黃酮的提取量急劇上升；40 s 到 60 s 間提取量急劇減少，60 s 后基本穩(wěn)定。因為黃酮隨時間的增加會不斷溢出，但達(dá)到一定時間之后便會發(fā)生分解，導(dǎo)致提取量下降，降到一定程度便會飽和。綜上得到最佳微波時間為 40 s，薄荷黃酮提取率為 3.55 mg/g。

2.2.3 微波功率對薄荷黃酮提取率的影響

如圖3所示，隨著微波功率不斷升高，薄荷黃酮的提取量先增后降，微波功率為 640 W 時薄荷黃酮的提取量最大。主要是由于微波功率的增加可以使體系的溫度升高，促使薄荷細(xì)胞破壁，使內(nèi)容物溢出率增加；當(dāng)微波功率大于 640 W 時，微波功率過大，微波對細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)加熱性能降低，可能會發(fā)生局部溫度過高的現(xiàn)象，部分易溶于水的物質(zhì)被溶解，導(dǎo)致提取率降低。因此，最佳微波功率為 640 W，薄荷黃酮提取率為 4.13 mg/g。

圖2 微波時間對薄荷黃酮提取量的影響

圖3 微波功率對薄荷黃酮提取量的影響

2.2.4 乙醇體積分?jǐn)?shù)對薄荷黃酮提取率的影響

如圖4所示，乙醇體積分?jǐn)?shù)不斷增加，薄荷黃酮的提取量先增加后下降；乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%時，薄荷黃酮的提取量最大。主要因為乙醇分子與水分子間和其自身間均相互結(jié)合形成氫鍵，體系極性降低，故黃酮的提取量在升高，但隨著乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，其極性下降，導(dǎo)致了黃酮的溶解能力減弱，因此最佳乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%，薄荷黃酮的提取量為 5.36 mg/g。

圖4 乙醇體積分?jǐn)?shù)對薄荷黃酮提取量的影響

3 結(jié)論

通過對單因素試驗結(jié)果比較確定提取薄荷黃酮的最優(yōu)提取條件為料液比 1 g ∶ 20 mL、微波時間 40 s、微波功率 640 W、乙醇體積分?jǐn)?shù)60%，此條件下薄荷黃酮提取量為 5.36 mg/g。

利用新型提取技術(shù)對薄荷黃酮提取符合綠色經(jīng)濟，對天然產(chǎn)物提取也符合當(dāng)今社會對綠色生活的推崇和向往，也增強了人民對化學(xué)方法提取的信心。今后應(yīng)該開發(fā)更綠色、高效的提取技術(shù)。

薄荷藥食同源，本研究有助于開發(fā)其潛在利用價值，進(jìn)而應(yīng)用于新產(chǎn)品，并將其工業(yè)化，擴大薄荷這一市場，以此帶動其附加價值再利用。