超声—微波协同萃取桂花叶总黄酮工艺的优化

2012-04-29李莉张承红杨郭李富兰

湖北农业科学 2012年18期

李莉张承红杨郭李富兰

摘要：运用二次通用旋转组合设计法，研究了采用超声－微波协同萃取法提取桂花（ＯｓｍａｎｔｈｕｓｆｒａｇｒａｎｓＬｏｕｒ．）叶总黄酮工艺中乙醇体积分数、液料比、提取功率、提取时间对桂花叶总黄酮提取率的影响，建立了具有良好预测性能的提取条件数学模型，确定了最佳提取工艺条件。结果表明，最佳工艺条件为乙醇体积分数５９％，提取功率１４０Ｗ，提取时间１3．2 ｍｉｎ，液料比２３∶１（Ｖ／ｍ，ｍＬ∶ｇ），在最佳工艺条件下总黄酮提取率可达４．４２１ 0％。

关键词：超声－微波协同萃取；二次通用旋转组合设计；桂花（ＯｓｍａｎｔｈｕｓｆｒａｇｒａｎｓＬｏｕｒ．）；总黄酮

中图分类号：Ｑ９４９．７７６．２；Ｏ６２３．５４；ＴＱ４６１文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０12）18－4090-04

Optimiztion of the Ultrasonic-Microwave Synergistic Extraction Technology of Total Flavonoids from Osmanthus fragrans Leaves

ＬＩＬｉ，ＺＨＡＮＧＣｈｅｎｇ－ｈｏｎｇ，ＹＡＮＧＧｕｏ，ＬＩＦｕ－ｌａｎ

（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌs ａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｉｃｈｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｉｇｏｎｇ６４３０００，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ－ｍｉｃｒｏｗａｖｅｓｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆｔｏｔａｌｆｌａｖｏｎｏｉｄｓｆｒｏｍＯｓｍａｎｔｈｕｓｆｒａｇｒａｎｓｌｅａｖｅｓｗｅｒｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｙｑｕａｄｒａｔｉｃｇｅｎｅｒａｌｒｏｔａｒｙｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｅｔｈａｎｏｌｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｍａｔｅｒｉａｌｔｏｓｏｌｖｅｎｔｒａｔｉｏ，ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｐｏｗｅｒ，ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｉｍｅｏｎｔｈｅｙｉｅｌｄｏｆｔｏｔａｌｆｌａｖｏｎｏｉｄｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｉｔｈｇｏｏｄｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ；ａｎｄａｎｏｐｔｉｍｕｍ craft ｆｏｒｔｏｔａｌｆｌａｖｏｎｏｉｄｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｅｒｅｅｔｈａｎｏｌｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎ，５９％；ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｐｏｗｅｒ，１４０Ｗ；ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｉｍｅ，１３．２ｍｉｎ；ａｎｄｓｏｌｖｅｎｔｔｏｍａｔｅｒｉａｌｒａｔｉｏ，２３∶1（Ｖ／ｍ，ｍＬ∶ｇ）．Ｔｈｅｙｉｅｌｄｏｆｔｏｔａｌｆｌａｖｏｎｏｉｄｓｃｏｕｌｄｂｅｕｐｔｏ４．４21 0％ｕｎｄｅｒｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ－ｍｉｃｒｏｗａｖｅｓｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ；ｑｕａｄｒａｔｉｃｇｅｎｅｒａｌｒｏｔａｒｙｄｅｓｉｇｎ；Ｏｓｍａｎｔｈｕｓｆｒａｇｒａｎｓ；ｔｏｔａｌｆｌａｖｏｎｏｉｄｓ

桂花（ＯｓｍａｎｔｈｕｓｆｒａｇｒａｎｓＬｏｕｒ．）是木犀科木犀属常绿灌木或小乔木，桂花叶茂而常绿，树龄长久，秋季开花，芳香四溢。中国桂花栽培历史悠久，早在战国时期就有记载，而民间栽培始于宋代，昌盛于明初。在此间形成了湖北省咸宁市、江苏省苏州市、广西壮族自治区桂林市、浙江省杭州市和四川省成都市五大全国有名的桂花商品生产基地，桂花是中国特产的观赏花木和芳香树。

古人认为桂为百药之长，具有散寒破结、化痰止咳、暖胃、平肝、散寒、祛风湿的功效。桂花的根、茎、叶、花均有药用价值。桂花叶中有很多成分如黄酮、生物碱、多糖、氨基酸、维生素和微量元素等，其中黄酮、多糖、生物碱是主要活性成分［１－４］。目前已经有报道用去离子水作为溶剂提取桂花叶中的总黄酮［５］，但是利用超声－微波协同萃取法的相关研究还未见报道。超声－微波协同萃取法是近年发展起来的一种新方法，具有快速、高效、环保、安全等特点。研究利用该新技术提取桂花叶中总黄酮，并用二次通用旋转组合设计优化提取工艺条件，为桂花叶总黄酮的进一步开发利用提供技术参考。

１材料与方法

１．１材料

１．１．１原料桂花叶采自蜀光中学栽培园，将采回来的新鲜桂花叶清洗干净，放入烘箱中于６０ ℃烘干，再用粉碎机粉碎，过６０目筛备用［６］。芦丁标准品购自国药集团化学试剂有限公司，ＮａＯＨ购自重庆川东化工（集团）有限公司化学试剂厂，Ａｌ（ＮＯ３）３购自成都市科龙化工试剂厂，ＮａＮＯ２购自上海试剂一厂，体积分数为９５％的乙醇购自天津市化学试剂二厂。以上均为分析纯。

１．１．２仪器与设备ＣＷ－２０００超声－微波协同萃取仪购自上海新拓微波溶样测试技术有限公司，ＡＲ１１４０电子天平购自梅特勒－托利多仪器（上海）有限公司，ＵＶ－１１００紫外可见分光光度计购自上海美谱达仪器有限公司。

１．２方法

１．２．１芦丁标准溶液的制备精密称取于１２０ ℃干燥至恒重的芦丁标准品１０．００ｍｇ，置于５０ｍＬ的容量瓶中，加入体积分数为６５％的乙醇，置于水浴上微热使之溶解，并用体积分数为６５％的乙醇稀释至刻度，摇匀，备用。

１．２．２最大吸收峰的确定精确移取芦丁标准溶液１０ｍＬ于５０ｍＬ容量瓶中，加入５０ｇ／ＬＮａＮＯ２溶液２ｍＬ，混匀，放置６ｍｉｎ，加入１００ｇ／ＬＡｌ（ＮＯ３）３溶液２ｍＬ，放置６ｍｉｎ，混匀，再加入４０ｇ／ＬＮａＯＨ溶液１０ｍＬ，摇匀，最后加入体积分数为６５％的乙醇定容，放置１５ｍｉｎ，以不加芦丁溶液的为空白对照，于４６０～５８０ｎｍ波长下扫描，发现其在５０２ｎｍ处有最大吸收峰。

１．２．３标准曲线的建立精确移取芦丁标准溶液０、１．０、２．０、３．０、４．０、５．０、６．０、７．０、８．０ｍＬ，分别加入体积分数为６５％的乙醇８ｍＬ，加入５０ｇ／ＬＮａＮＯ２溶液１ｍＬ，混匀，放置６ｍｉｎ，加入１００ｇ／ＬＡｌ（ＮＯ３）３溶液１ｍＬ，混匀，放置６ｍｉｎ，再加入４０ｇ／ＬＮａＯＨ溶液１０ｍＬ，摇匀，最后加入体积分数为６５％的乙醇定容至２５ｍＬ，放置１５ｍｉｎ，在波长５０２ｎｍ处测吸光度。根据测定结果计算得标准方程：■＝０．０１１１３Ｃ

＋０．００５８６，ｒ＝０．９９７７。

１．２．４桂花叶总黄酮提取率的计算称取一定量的桂花叶粉，用一定体积分数的乙醇在一定条件下采用超声－微波协同萃取，将过滤得到的滤液定容，得供试品溶液。精确移取供试品溶液０．５ｍＬ，加入显色剂，定容至２５ｍＬ，在最大吸收波长５０２ｎｍ处测定吸光度，根据标准方程计算总黄酮提取率。

１．２．５单因素试验对影响总黄酮提取率的４个因素提取功率、乙醇体积分数、液料比和提取时间分别进行单因素试验［７－１０］。

１）提取功率对提取率的影响。在乙醇体积分数为６０％，提取温度为５５ ℃，液料比为４∶１（V/m，mL∶g），提取时间为１２ｍｉｎ的条件下，改变提取功率分别为５０、１００、１５０、２００、２５０Ｗ进行提取，计算总黄酮提取率。

２）乙醇体积分数对提取率的影响。在提取功率为１５０Ｗ，提取时间为１２ｍｉｎ，提取温度为５５ ℃，液料比为４∶１（V/m，mL∶g）的条件下，改变乙醇体积分数分别为５０％、６０％、７０％、８０％、９０％进行提取，计算总黄酮提取率。

３）液料比对提取率的影响。在提取功率为１５０Ｗ，乙醇体积分数为６０％，提取时间为１２ｍｉｎ，提取温度为５５ ℃的条件下，改变液料比分别为４∶１、１２∶１、２０∶１、２８∶１、３６∶１（V/m，mL∶g，下同）进行提取，计算总黄酮提取率。

４）提取时间对提取率的影响。在提取功率为１５０Ｗ，乙醇体积分数为６０％，提取温度为５５ ℃，液料比为２８∶１的条件下，改变提取时间分别为６、９、１２、１５、１８ｍｉｎ进行提取，计算总黄酮提取率。

１．２．６二次通用旋转组合设计根据考察的因素数和零水平的试验次数确定星号臂值ｒ为２［１１，１２］。因素与编码水平见表１。

２结果与分析

２．１单因素试验结果分析

２．１．１提取功率对总黄酮提取率的影响由图１可知，随着提取功率的逐渐增大，桂花叶总黄酮提取率也在逐渐增大，当提取功率达到１５０Ｗ时，总黄酮提取率最高，之后随着提取功率的增加，总黄酮提取率逐渐降低，因此选择提取功率为１００～２００Ｗ较为适宜。

２．１．２乙醇体积分数对总黄酮提取率的影响由图２可知，随着乙醇体积分数的增加［１３］，桂花叶总黄酮提取率呈下降趋势。在乙醇体积分数为５０％时提取效果最好，总黄酮提取率最高为２．７９％。随着乙醇体积分数进一步增加，总黄酮提取率逐渐下降，故以乙醇体积分数为５０％最佳。

２．１．３液料比对总黄酮提取率的影响由图３可知，桂花叶总黄酮提取率随着液料比的增加也逐渐增大，当液料比为２8∶１时，总黄酮提取率也达到最大，之后再增加液料比总黄酮提取率反而下降，但减小较少，液料比为２０∶１～２８∶１时，总黄酮提取率变化较小，故选择液料比为２０∶１～２８∶１较为适宜。

２．１．４提取时间对总黄酮提取率的影响由图４可知，随着提取时间增长，桂花叶总黄酮提取率增高。当提取时间为１２ｍｉｎ时总黄酮提取率达到最高，为３．７９％，随后总黄酮提取率逐渐降低。故以提取１２ｍｉｎ为宜。

２．２二次通用旋转组合设计试验结果

二次通用旋转组合试验［１４，１５］结果见表２。对表２的数据进行回归分析得到回归方程：Ｙ＝－２４．４３７７４＋０．６２７００Ｘ１＋１．３６４０６Ｘ２＋０．３９２８４Ｘ３＋０．０２２９２６Ｘ４－０．０１５３５７Ｘ１Ｘ２－６．４１３３３×１０－３Ｘ２Ｘ３－９．６１３３３×１０－４Ｘ２Ｘ４＋１．９４４００×１０－４Ｘ３Ｘ４－９．５８４２９×１０－３Ｘ１２－０．０１９４５１Ｘ２２－２．９０２５７×１０－３Ｘ３２－８．０６４２９×１０－５Ｘ４２。

对这个回归方程分别进行回归系数显著性检验以及失拟性检验，检验结果见表３及表４。由表３可知，各个系数项均显著，说明各个系数是具有统计学意义的。由表４可知，由于ＦＬｆ＜Ｆ０．01（１０，６），失拟性检验不显著，表明无失拟因素、模型有效。因此，可以通过此模型预测和筛选工艺方案。

在试验条件范围内，使用快速登高法对回归方程求极值，可得到：Ｘ１＝２２．８５、Ｘ２＝１３．１９、Ｘ３＝５８．８８、Ｘ４＝１３７．１９，即最佳工艺条件为液料比２３∶１，乙醇体积分数５９％，在１４０Ｗ的提取功率下提取１３．２ｍｉｎ，此条件下的提取率为４．４０２７％。

２．３验证性试验

在上述最优试验条件下，采用液料比为２３∶１的体积分数为５９％的乙醇，用１４０Ｗ的提取功率提取１３．２ｍｉｎ后，得到提取率最高，为４．４２１０％。

３小结与讨论

以桂花叶为原料提取总黄酮，以影响总黄酮提取率的液料比（Ｘ１）、提取时间（Ｘ２）、乙醇体积分数（Ｘ３）、提取功率（Ｘ４）为考察因素，通过二次通用旋转组合设计得到如下回归方程：■＝－２４．４３７７４＋０．６２７００Ｘ１＋１．３６４０６Ｘ２＋０．３９２８４Ｘ３＋０．０２２９２６Ｘ４－０．０１５３５７Ｘ１Ｘ２－６．４１３３３×１０－３Ｘ２Ｘ３－９．６１３３３×１０－４Ｘ２Ｘ４＋１．９４４００×１０－４Ｘ３Ｘ４－９．５８４２９×１０－３Ｘ１２

－０．０１９４５１Ｘ２２－２．９０２５７×１０－３Ｘ３２－８．０６４２９×１０－５Ｘ４２。

对数学模型进行优化可知，４个试验因素在一定的取值范围内均可得到较高的提取率，为方便操作及贴近实际生产，优化的提取条件为乙醇体积分数５９％、液料比２３∶１、提取功率１４０Ｗ、提取时间１３．２ｍｉｎ，此条件下桂花叶总黄酮实际提取率为４．４２１０％，与理论值４．４０２７％接近，表明数学模型对优化桂花叶总黄酮的提取工艺是可行的。

参考文献：

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