超聲波法提取野生蒲公英植株及花中黃酮類化合物的研究

曹麗麗，曲妍，紀(jì)德清

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)理學(xué)院，大慶 163319）

蒲公英是一種非常常見(jiàn)的多年生草本植物，具有抑菌和抗氧化等作用[1-3]，蒲公英植株[4]和蒲公英花中[5]的黃酮類化合物含量都比較高。早在1985 年，WolbisMaria 等[6]就曾對(duì)蒲公英花進(jìn)行過(guò)色譜分析，并從中檢出20 種黃酮類化合物。黃酮類化合物具有較強(qiáng)的防止氧化、衰老、預(yù)防心腦血管疾病、抗腫瘤、消炎、鎮(zhèn)痛、利膽、保肝等功效[7]，常用于冠心病、心絞痛治療的舒血寧片中就含有黃酮類化合物。研究發(fā)現(xiàn)黃酮類化合物對(duì)人體健康十分重要，由于人體不能直接合成黃酮類化合物，只能通過(guò)食用富含黃酮類化合物的食物來(lái)滿足人體對(duì)黃酮的需求，野生的蒲公英就是廉價(jià)、易得獲取黃酮類化合物的來(lái)源之一。蒲公英野生資源極為豐富，對(duì)食品、保健品和藥品行業(yè)來(lái)說(shuō)具有很高的開(kāi)發(fā)價(jià)值[8]。

目前，蒲公英中所含的黃酮類化合物的提取方法主要有回流法、超聲波法、微波法和超臨界流體萃取法等[9]。金京玲等[10]采用傳統(tǒng)熱回流法提取蒲公英中的黃酮類化合物，結(jié)果表明堿地蒲公英中黃酮類化合物含量為4.16%。賈娟等[11]采用超聲波和微波法提取蒲公英中的黃酮類化合物，結(jié)果表明超聲法得率為1.9121%，微波法得率為2.406 6%，微波法提取效果更好。范萌等[12]利用乙醇浸提法提取蒲公英中的黃酮類化合物，黃酮類化合物提取率為4.86%。朱慶莉等[13]通過(guò)超臨界CO2流體萃取工藝對(duì)蒲公英中的黃酮類化合物進(jìn)行提取，初步探討了黃酮類化合物對(duì)淀粉液化芽孢桿菌、大腸桿菌和黑曲霉均具有一定程度的抑制效果；史易暖[14]研究發(fā)現(xiàn)蒲公英中黃酮類化合物對(duì)乳腺癌細(xì)胞具有一定的影響。但目前對(duì)于蒲公英不同部位（蒲公英植株和蒲公英花）有效成分的含量分析及比較，以及各部位的性質(zhì)、特點(diǎn)、應(yīng)用等研究還不多見(jiàn)。

試驗(yàn)以大慶地區(qū)野生蒲公英植株和蒲公英花作為原料，利用超聲波法以乙醇為提取溶劑對(duì)其中的黃酮類化合物進(jìn)行提取，經(jīng)可見(jiàn)光譜和紅外光譜測(cè)試對(duì)黃酮類化合物粗提液成分進(jìn)行了定性分析[15]，以期為蒲公英植株及蒲公英花的成分的進(jìn)一步研究及其深加工提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

蒲公英植株和蒲公英花，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)校園；無(wú)水乙醇，分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；硝酸鋁，分析純，天津市福晨化學(xué)試劑廠；亞硝酸鈉，分析純，沈陽(yáng)新興試劑廠；蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品，江西佰草源生物科技有限公司。

1.2 主要儀器

T6-1650E 紫外-可見(jiàn)分光光度儀：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；Nicolet iS5 紅外光譜儀：賽默飛世爾科技有限公司；ALC-310.3 電子分析天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司；KH-500DE 數(shù)控超聲波清洗器：昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司；HH-1 數(shù)顯恒溫水浴鍋：江蘇維納太科儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品預(yù)處理

采集帶花的蒲公英，將植株和花分離后分別洗凈曬干，粉碎，密封冷藏，備用。

1.3.2 最大吸收波長(zhǎng)的測(cè)定

黃酮類化合物和蘆丁結(jié)構(gòu)中都含有2-苯基色原酮，具有相同的吸光特性，因此，試驗(yàn)選用蘆丁作為標(biāo)準(zhǔn)品溶液[16]進(jìn)行最大吸收波長(zhǎng)的測(cè)定和標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立。參考相峰[17]的方法并稍作修改，具體步驟如下：準(zhǔn)確稱取12.5 mg 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品，用60%的乙醇溶劑溶解后定容至50 mL，此時(shí)溶液濃度為0.25 mg·mL-1。吸取上述容量瓶中溶液2.00 mL 于25 mL 容量瓶中，采用亞硝酸鈉-硝酸鋁比色法進(jìn)行下一步溶液的配制；首先向容量瓶中加入0.50 mL 的亞硝酸鈉（10%）溶液，搖勻并充分反應(yīng)5 min；再向其中加入2.00 mL 硝酸鋁溶液（5%）；搖勻并充分反應(yīng)5 min 后用60%的乙醇定容。在400～700 nm 范圍內(nèi)進(jìn)行吸光度的測(cè)定，吸光度最大處所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液的最大吸收波長(zhǎng)。

1.3.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

分別準(zhǔn)確吸取0、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mL和6.00 mL 1.3.2 中的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液于7 個(gè)25 mL 容量瓶中，采用與上述1.3.2 中相同的比色法進(jìn)行溶液的配制。以1.3.2 測(cè)得的最大吸收波長(zhǎng)為入射光波長(zhǎng)，分別測(cè)定上述7 個(gè)不同濃度溶液的吸光度。最后根據(jù)計(jì)算出的7 個(gè)溶液的濃度和測(cè)得的吸光度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.4 單因素試驗(yàn)

（1）用分析天平準(zhǔn)確稱取1 g 蒲公英植株和蒲公英花干粉，用60%乙醇溶液浸提，分別改變料液的配比〔1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60（g∶mL）〕，于50 ℃下超聲30 min，超聲功率300 W。

（2）用分析天平準(zhǔn)確稱取1 g 蒲公英植株和蒲公英花干粉，用60%乙醇溶液浸提，分別改變超聲時(shí)間（20、30、40、50、60 min），于50 ℃下及料液比1∶40 的條件下進(jìn)行提取，超聲功率300 W。

（3）用分析天平準(zhǔn)確稱取1 g 蒲公英植株和蒲公英花干粉，用60%乙醇溶液浸提，分別改變超聲溫度（40、50、60、70、80 ℃），于料液比1∶40 的條件下超聲40 min，超聲功率300 W。

按照上述條件對(duì)蒲公英植株和花中的黃酮類化合物進(jìn)行提取。將過(guò)濾后的粗提液用吸量管準(zhǔn)確移取2.00 mL 于25 mL 容量瓶中，按照1.3.2 配制標(biāo)準(zhǔn)溶液的試驗(yàn)步驟進(jìn)行粗提液的配制，考察各單因素不同水平對(duì)蒲公英植株和花中黃酮類化合物的影響。在測(cè)得的最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定上述粗提液的吸光度，根據(jù)1.3.3 中所得的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程由吸光度計(jì)算出蒲公英植株和花的粗提液中黃酮類化合物的得率，從而確定較優(yōu)的提取條件。黃酮類化合物得率的計(jì)算方法為[15]：

式中：C：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算得到的粗提液中黃酮類化合物的濃度（μg·mL-1）；V：粗提液的體積（mL）；N：粗提液的稀釋倍數(shù)；M：蒲公英植株或蒲公英花的質(zhì)量（g）。

1.3.5 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過(guò)單因素試驗(yàn)確定每個(gè)因素的水平范圍，即選取得率最大處及其前后兩個(gè)點(diǎn)作為每個(gè)因素的水平值，再結(jié)合料液比、超聲時(shí)間、溫度三個(gè)因素，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，以探尋蒲公英植株和花中黃酮類化合物提取條件的最優(yōu)組合。表1 和表2 為所設(shè)計(jì)的正交試驗(yàn)因素水平表。

表1 蒲公英植株正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factor level table of dandelion plant orthogonal test

表2 蒲公英花正交試驗(yàn)因素水平表Table 2 Factor level table of dandelion flower orthogonal test

1.3.6 黃酮類化合物的定性表征

可見(jiàn)光譜法：取1.3.4 中配制好的蒲公英植株和蒲公英花的粗提液，在400～700 nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行光譜掃描，并與1.3.2 中蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品溶液的可見(jiàn)吸收光譜進(jìn)行對(duì)比，初步確定粗提液的成分。

紅外光譜法：在波數(shù)為4 000～500 cm-1的范圍內(nèi)，對(duì)蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品、蒲公英植株、蒲公英花粗提液進(jìn)行測(cè)試，并根據(jù)各基團(tuán)吸收峰范圍，將蒲公英植株、蒲公英花紅外光譜與蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品的紅外光譜進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步確定粗提液的成分。

2 結(jié)果與分析

2.1 最大吸收波長(zhǎng)的確定

蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品溶液在400～700 nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)的最大吸收波長(zhǎng)見(jiàn)圖1。

圖1 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液的可見(jiàn)吸收光譜Fig.1 Visual absorption spectrum of rutin standard solution

圖1 表明：在測(cè)定的可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)，最大吸光度處所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為510 nm。因此，試驗(yàn)以510 nm為最大吸收波長(zhǎng)確定蒲公英植株和花中的黃酮類化合物。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

根據(jù)1.3.3 測(cè)定結(jié)果繪制的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品的標(biāo)準(zhǔn)曲線。根據(jù)朗伯比爾定律對(duì)曲線進(jìn)行線性擬合，擬合后的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為：y=0.007 91 x，方程的決定系數(shù)R2=0.999 6。

2.3 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.3.1 蒲公英植株中黃酮類化合物的提取

不同料液比條件下，蒲公英植株中黃酮類化合物的得率變化情況如圖2（a）示。在料液比為1∶40 之前，料液比增大，蒲公英植株中黃酮類化合物的得率增加；在料液比為1∶40 之后，隨著溶劑用量的增大，蒲公英植株中黃酮類化合物的得率稍有下降；得率在料液比為1∶40 處最大。這主要是由于溶劑用量增加的同時(shí)，黃酮類化合物與溶劑的接觸空間（或面積）也增加了，此時(shí)黃酮類化合物的溶解平衡向溶解方向移動(dòng)，因此得率也隨之增加。但是當(dāng)料液比增大到一定程度，乙醇溶劑中黃酮類化合物基本達(dá)到飽和狀態(tài)而使溶解過(guò)程達(dá)到平衡而不再發(fā)生移動(dòng)，得率基本不會(huì)再增加[18]。

圖2 各因素對(duì)蒲公英植株中黃酮類化合物得率的影響Fig.2 Effect of various factors on the extraction rate of flavonoids from dandelion plants

蒲公英植株中黃酮類化合物得率隨提取時(shí)間的變化如圖2（b）所示。超聲時(shí)間從20 min 增加至40 min，得率從2.80%增加到4.50%；當(dāng)時(shí)間從40 min 增加至60 min，得率卻由4.50%降至3.56%，黃酮類化合物的得率在40 min 處達(dá)到峰值。這是因?yàn)槠压⒅仓曛械狞S酮類化合物溶解到溶劑中的這一過(guò)程達(dá)到平衡需要時(shí)間，時(shí)間較短，黃酮類化合物沒(méi)有被完全浸提出來(lái)，得率較低；而時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則會(huì)使已經(jīng)被浸提出來(lái)的黃酮類化合物發(fā)生氧化，濃度降低，得率也會(huì)隨之下降[19]。所以，蒲公英植株中黃酮類化合物的最佳提取時(shí)間為40 min。超聲波提取法能夠使溶劑的機(jī)械振動(dòng)加快，從而使溶解速度加快，試驗(yàn)在40 min的得率可達(dá)4.50%，而熱回流提取法90 min 的得率僅為4.16%[10]。

圖2（c）是不同溫度下，蒲公英植株中黃酮類化合物得率的變化情況。溫度在40 ℃至60 ℃區(qū)間內(nèi)得率急劇增大，溫度到達(dá)60 ℃時(shí)得率最高為4.12%；溫度再升高得率明顯下降。其中一個(gè)原因是：溫度升高，分子的運(yùn)動(dòng)加劇，從動(dòng)力學(xué)角度來(lái)看溶解速度迅速增大，從而使蒲公英植株中的黃酮類化合物快速溶解到溶劑中；但溫度達(dá)到某一值后，溶解主要受熱力學(xué)控制而達(dá)到平衡。另一原因是因?yàn)楦邷貤l件加速了黃酮類化合物的氧化反應(yīng)[20]。因此蒲公英植株中黃酮類化合物的最佳提取溫度為60 ℃。

2.3.2 蒲公英花中黃酮類化合物的提取

不同料液比條件下，蒲公英花中黃酮類化合物的得率情況如圖3（a）所示。當(dāng)料液比在1∶40 之前，隨著溶劑用量的增大，蒲公英花中黃酮類化合物的得率呈線性增加；在料液比為1∶40 之后，隨著溶劑用量的增大，蒲公英花中黃酮類化合物的得率呈現(xiàn)不明顯的減小趨勢(shì)。其原因與蒲公英植株中黃酮類化合物的提取相似，由此可知提取蒲公英花中黃酮類化合物的最佳料液比為1∶40。

圖3 各因素對(duì)蒲公英花中黃酮類化合物得率的影響Fig.3 Effect of various factors on the extraction rate of flavonoids from dandelion flowers

圖3（b）為不同提取時(shí)間條件下，蒲公英花中黃酮類化合物的得率變化情況。超聲時(shí)間在50 min 時(shí)，對(duì)蒲公英花中黃酮類化合物的提取效果最好，得率最大；在50 min 前，得率隨著超聲時(shí)間的增加而增加；在超聲時(shí)間超過(guò)50 min 之后，得率呈下降趨勢(shì)。原因與蒲公英植株中黃酮類化合物的提取相似，提取蒲公英花中黃酮類化合物的最佳超聲時(shí)間為50 min。

蒲公英花中黃酮類化合物的得率隨溫度的變化如圖3（c）所示，得率最大出現(xiàn)在溫度60 ℃處。在40～60 ℃之間，黃酮類化合物的得率與溫度呈正相關(guān)；60 ℃以后，黃酮類化合物的得率與溫度呈負(fù)相關(guān)。原因與蒲公英植株中黃酮類化合物的提取相似，蒲公英花中黃酮類化合物的最佳提取溫度為60 ℃。

2.4 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

表3、表4 為三因素三水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表及結(jié)果。

表3 L9（33）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果（蒲公英植株）Table 3 Orthogonal experimental design and results of L9（33）（dandelion plant）

表4 L9（33）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果（蒲公英花）Table 4 Orthogonal experimental design and results of L9（33）（dandelion flowers）

根據(jù)表3 中試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在提取過(guò)程中選取的三個(gè)影響因素中，影響蒲公英植株中黃酮類化合物得率最為明顯的因素是A，其次為B、C，即主次順序?yàn)椋毫弦罕龋境晻r(shí)間＞溫度。在試驗(yàn)范圍內(nèi)提取蒲公英植株中黃酮類化合物的最優(yōu)組合為A3B2C2，對(duì)應(yīng)表1 中的料液比1∶50（g∶mL），超聲時(shí)間40 min，溫度60 ℃。

由表4 試驗(yàn)結(jié)果可知，三個(gè)影響因素中，對(duì)蒲公英花中黃酮類化合物的提取效果影響最大的為C，其次為A、B，即主次順序?yàn)椋簻囟龋玖弦罕龋境晻r(shí)間。在試驗(yàn)范圍內(nèi)提取蒲公英花中黃酮類化合物的最優(yōu)組合為A2B2C3，對(duì)應(yīng)表2 中的料液比1∶40（g∶mL），超聲時(shí)間50 min，溫度70 ℃。

2.5 驗(yàn)證試驗(yàn)

在蒲公英植株和蒲公英花的最佳提取工藝條件下，即蒲公英植株∶料液比1∶50（g∶mL），超聲時(shí)間40 min，溫度60 ℃；蒲公英花∶料液比1∶40，超聲時(shí)間50 min，溫度70 ℃，對(duì)蒲公英植株與蒲公英花中的黃酮類化合物進(jìn)行了提取，得率分別為，蒲公英植株：4.86%、蒲公英花：3.95%。與范萌等[12]通過(guò)Design-Expert 軟件設(shè)計(jì)的響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)所得的蒲公英植株中黃酮類化合物的得率相當(dāng)。

2.6 黃酮類化合物的表征與定量檢測(cè)

2.6.1 粗提液的可見(jiàn)吸收光譜

如圖4 所示，蒲公英植株和花的可見(jiàn)吸收光譜與標(biāo)準(zhǔn)品的可見(jiàn)吸收光譜基本一致，最大吸收峰所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)都是510 nm。由此得知，蒲公英植株和花的粗提液成分與蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液成分基本一致。

圖4 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品、蒲公英植株和蒲公英花提取液的可見(jiàn)吸收光譜圖Fig.4 Visual absorption spectrum of rutin standards Dandelion plant and Dandelion flower extracts

圖5 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品、蒲公英植株和蒲公英花提取液的紅外吸收光譜圖Fig.5 Infrared absorption spectrum of rutin standards，Dandelion plant and Dandelion flower extracts

2.6.2 紅外吸收光譜

圖4 為蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品、蒲公英植株和蒲公英花的紅外吸收光譜。

羥基、烷氧基和異戊烯氧基等基團(tuán)是天然黃酮類化合物中常有的取代基，波數(shù)在3 100～3 460、1 600～1 640 cm-1，以及1 372、1 242、1 058 cm-1的紅外光譜振動(dòng)峰是黃酮類化合物的特征峰[21]。

如圖4 蒲公英植株和花的紅外光譜在3 426 cm-1處出現(xiàn)的寬而強(qiáng)的峰為O-H 基的吸收峰，說(shuō)明存在大量締合的-OH 基團(tuán)；在2 926、2 850、1 387 cm-1附近有較強(qiáng)的表征CH2-和CH3-的吸收峰出現(xiàn)，證明飽和碳上的氫較多；1 635 cm-1處的吸收峰為羰基的伸縮振動(dòng)峰；1 518～1 322 cm-1范圍內(nèi)的吸收峰為苯環(huán)的吸收峰，證明苯環(huán)的存在；1 320～1 158 cm-1范圍內(nèi)的吸收峰是羥基的彎曲振動(dòng)吸收峰；在1 271 和1 045 cm-1兩處的吸收峰分別為C-O-C 鍵的反對(duì)稱和對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰；890～700 cm-1范圍內(nèi)的吸收峰為苯環(huán)上取代基引起的吸收峰。上述特征峰與標(biāo)準(zhǔn)品特征峰基本一致，說(shuō)明蒲公英植株和花的粗提液是典型的黃酮類化合物。

3 結(jié)論

（1）蒲公英植株與蒲公英花的粗提液中含有黃酮類化合物。

（2）結(jié)合單因素試驗(yàn)所確定的因素水平范圍，選取料液比、超聲時(shí)間、溫度三個(gè)因素，設(shè)計(jì)三因素三水平的正交試驗(yàn)并得出：影響蒲公英植株中黃酮類化合物得率的三個(gè)主要因素，影響作用由大到小依次為：超聲時(shí)間＞料液比＞溫度；影響蒲公英花中黃酮類化合物得率的三個(gè)主要因素，影響作用由大到小依次為：溫度＞料液比＞超聲時(shí)間。

（3）蒲公英植株中黃酮類化合物的最佳提取條件為：料液比1∶50（g∶mL），超聲時(shí)間40 min，溫度60 ℃；蒲公英花中黃酮類化合物的最佳提取條件為：料液比1∶40（g∶mL），超聲時(shí)間50 min，溫度70 ℃。應(yīng)用上述條件，對(duì)蒲公英植株和花中的黃酮類化合物進(jìn)行提取并驗(yàn)證，得到蒲公英植株的得率為4.86%，蒲公英花為3.95%。試驗(yàn)結(jié)果表明，蒲公英植株中黃酮類化合物的含量高于蒲公英花中黃酮類化合物的含量。

（4）試驗(yàn)為蒲公英及蒲公英花中黃酮類化合物的研究，及其深加工提供了有益的參考。