西蘭花總黃酮提取工藝優(yōu)化研究*

文 瑤

(廣東藥科大學 藥學院，廣東 廣州 510006)

西蘭花(BrassicaoleraceaL.var.italica，Plenck)原產于地中海東部沿岸邊，是一種十字花科植物[1]。西蘭花富含維生素、黃酮和多酚等營養(yǎng)物質，具有降血糖、抗氧化等功能[2]，所以受到越來越多的消費者的青睞。因此，對西蘭花展開深入研究有非常重要的意義。國內外對西蘭花總黃酮的提取方法主要有：乙醇回流提取[3]、超聲輔助法提取[4]等。其中，超聲波輔助法提取西蘭花總黃酮是一種較綠色、新穎的提取工藝，具有提取效率高、操作方便且溶劑用量較少的優(yōu)點[5]。因此，本實驗采用超聲輔助提取法提取西蘭花總黃酮，為西蘭花后續(xù)更好地開發(fā)利用其潛在的藥用價值提供了實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

西蘭花粉(江蘇省)；無水碳酸鈉(天津致遠化學試劑有限公司)；乙醇(天津致遠化學試劑有限公司)；NaOH(天津致遠化學試劑有限公司)；亞硝酸鈉(天津致遠化學試劑有限公司)；硝酸鋁(天津致遠化學試劑有限公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 蘆丁標準曲線的繪制

參考江石平[6]等的實驗方法配制蘆丁標準品，采用亞硝酸鈉-硝酸鋁-氫氧化鈉顯色法，在 510 nm 處測吸光度。以蘆丁質量濃度為橫軸，以吸光度為縱軸繪制標準曲線，得到蘆丁的回歸方程為Y=3.3381X+0.0385，R2=0.9992。由此可得西蘭花總黃酮提取率的計算公式：

ρ為西蘭花樣品溶液中總黃酮的質量濃度，mg/mL；V為西蘭花總黃酮溶液的體積，mL；D為西蘭花溶液的稀釋倍數(shù)；m為西蘭花粉的質量，g。

1.2.2 單因素試驗

以西蘭花總黃酮提取率為指標，采用控制變量法分別考察超聲溫度(40、50、60、70、80 ℃)、液料比(10、15、20、25、30 mL/g)、超聲功率(120、160、200、240、280 W)、乙醇體積分數(shù)(50%、60%、70%、80%、90%)和超聲時間(30、40、50、60、70 min)對西蘭花總黃酮提取率的影響。

1.2.3 響應面法優(yōu)化西蘭花總黃酮的提取工藝方法

根據(jù)單因素實驗結果，以乙醇體積分數(shù)(A)、超聲時間(B)、料液比(C)為自變量，西蘭花總黃酮提取率為響應值，利用Box-Behnken中心設計方法進行因素水平設計。

2 實驗結果與討論

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 超聲溫度的選擇

如圖1所示，隨著提取溫度的升高，西蘭花總黃酮的提取率逐漸增大， 60 ℃ 時，提取率達到最大。當提取溫度超過 60 ℃ 后，提取率反而有所下降，造成這種現(xiàn)象可能是提取溫度太高導致乙醇揮發(fā)，進而料液比增大，導致雜質溶出量增加，最終總黃酮提取量減少。故選 60 ℃ 作為響應面中心點。

圖1 超聲溫度對西蘭花總黃酮提取率的影響

2.1.2 超聲時間的選擇

如圖2所示，隨著超聲時間的延長，西蘭花總黃酮的提取率先增大后減少。在提取時間為 60 min 時，提取率最高，之后繼續(xù)延長反應時間，提取率反而出現(xiàn)下降的趨勢，這可能是提取時間過長造成黃酮類化合物的結構被破壞，從而導致提取率降低。故選擇 60 min 為響應面中心點。

圖2 超聲時間對西蘭花總黃酮提取率的影響

2.1.3 料液比的選擇

如圖3所示，隨著液料比的逐步增大，西蘭花總黃酮的提取率出現(xiàn)先增大后降低的趨勢，在液料比為25∶1(mL/g)時為最佳。繼續(xù)加大液料比反而出現(xiàn)提取率降低的現(xiàn)象，這可能是與此時黃酮類化合物已基本溶解，若繼續(xù)增加液料比，提取率不僅不會有顯著的增加，反而會有降低的趨勢，甚至出現(xiàn)浪費溶劑的現(xiàn)象。故選擇25∶1(mL/g)為響應面中心點。

圖3 液料比對西蘭花總黃酮提取率的影響

2.1.4 乙醇體積分數(shù)的選擇

如圖4所示，隨著乙醇體積分數(shù)的增大，西蘭花總黃酮的提取率出現(xiàn)先增大后下降的趨勢，當乙醇體積分數(shù)為60%時，提取率達到最大值，這可能是60%乙醇的溶液極性與黃酮類化合物的極性相當，故選擇60%乙醇為響應面中心點。

圖4 乙醇濃度對西蘭花總黃酮提取率的影響

2.1.5 超聲功率的選擇

如圖5所示，隨著超聲功率的逐漸增大，西蘭花總黃酮的提取率出現(xiàn)先增大后降低的現(xiàn)象。在超聲功率為 240 W 時達到最大值，超過 240 W 時提取率出現(xiàn)降低的趨勢，這原因可能是過高的超聲功率使其黃酮類成分被破壞分解，從而導致提取率出現(xiàn)下降的趨勢。因此，選擇 240 W 為響應面中心點。

圖5 超聲功率對西蘭花總黃酮提取率的影響

2.2 響應面法優(yōu)化

2.2.1 實驗數(shù)據(jù)分析

依據(jù)Box-Benhnken法，經(jīng)單因素實驗結果分析后，選擇乙醇體積分數(shù)、液料比和超聲時間3個因素作為自變量，西蘭花總黃酮的提取率作為因變量，選擇三因素三水平進行響應面分析。得到優(yōu)化實驗共17組，詳見表1。多元回歸擬合結果詳見表2。

表1 實驗設計及結果表

表2 回歸分析結果表

通過Design Expert 13.0.1.0 軟件對表2數(shù)據(jù)進行二元回歸分析，得到以西蘭花總黃酮得率為響應值的回歸方程：即總黃酮得率Y=2.66-0.0616A-0.0764B-0.1006C+0.0342AB+0.00313AC+0.0019BC-0.1904A2-0.1496B2-0.1283C2，回歸系數(shù)R2=0.9870，說明該模型擬合度良好，模型的F值為255.78、P<0.0001，說明該模型極顯著；失擬項P值為0.5436>0.05，影響不顯著，證明非試驗因素對本實驗結果影響不大。實驗結果中，若F值越大，P值越小，即該因素對響應值影響越大，反之則表示該因素對響應值影響越小，故根據(jù)表2中的F值和P值可知，三因素對西蘭花總黃酮的提取率的影響大小為液料比>超聲時間>乙醇體積分數(shù)。

2.2.2 響應面交互作用分析

依據(jù)回歸模型作出相應的響應曲面圖，響應面坡度越陡峭表示兩因素交互作用越大，反之則表示兩因素交互作用不顯著。等高線呈橢圓形，則表示兩因素交互作用影響較大，否則反之。由圖6～8可見，超聲時間和乙醇體積分數(shù)的交互影響最大，其次是乙醇體積分數(shù)和料液比的交互影響，再其次是超聲時間和料液比二者的交互影響。

圖6 乙醇體積分數(shù)與超聲時間的交互作用對西蘭花總黃酮提取率的影響

圖7 乙醇體積分數(shù)與液料比的交互作用對西蘭花總黃酮提取率的影響

圖8 液料比與超聲時間的交互作用對西蘭花總黃酮提取率的影響

2.3 比較實驗分析

通過響應面軟件分析得到，料液比為1∶23(g/mL)、乙醇體積分數(shù)為54%、超聲時間 53 min。驗證實驗得到的總黃酮提取率為 2.69 mg/mL，預測值為 2.54 mg/mL，兩者較為接近，說明此條件下提取西蘭花總黃酮比較可靠且具有一定的參考價值。普通水提法得到的總黃酮提取率為 1.06 mg/mL，表明用超聲輔助法提取西蘭花總黃酮比普通水提法的提取率更高，具有一定的可行性。

3 結論

本文使用超聲輔助法提取西蘭花總黃酮，單因素實驗結果為超聲溫度 60 ℃、乙醇體積分數(shù)度60%、料液比1∶25(g/mL)、超聲功率 240 W 和超聲時間 60 min。通過響應面分析法確定西蘭花總黃酮的最佳提取工藝條件為：乙醇體積分數(shù)54%、料液比1∶23(g/mL)、超聲時間 53 min。通過驗證實驗得到優(yōu)化后的提取率為 2.69 mg/g，普通水提為 1.06 mg/g。實驗結果對西蘭花總黃酮進一步的深入研究和開發(fā)應用具有很大的實用價值。