正交试验优化磁场法提取枸杞黄酮工艺

周 芸，张 珍*，张盛贵，毕 阳，张 佩，庞 晨，胡 伟，刘振斌，周 林，肖 侠

(甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃 兰州 730070)

正交试验优化磁场法提取枸杞黄酮工艺

周 芸，张 珍*，张盛贵，毕 阳，张 佩，庞 晨，胡 伟，刘振斌，周 林，肖 侠

(甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃 兰州 730070)

以新鲜枸杞为原料，采用磁场法提取枸杞黄酮。在单因素试验基础上，通过正交试验优化磁场处理的条件。结果表明，在磁感应强度640mT、磁化时间40min、磁化温度65℃、浸提回流时间60min的条件下，枸杞黄酮的提取率可达到290.81mg/100g。

枸杞黄酮；磁化处理；有机溶剂提取

枸杞(Lycium barbarumL.)是茄科(Solanaceae)多年生落叶小灌木的成熟果实，始载于《神农本草经》，素有“红宝”之称[1]，其果实营养丰富，不仅含有蛋白质、脂肪、碳水化合物、粗纤维、矿物质、胡萝卜素以及多种微量元素，而且含有多种生物活性成分，具有“补肾益精，养肝明目”的功效[2-3]，千百年来被人们作为延年益寿的补品。黄酮类物质作为枸杞中的一种生物活性成分，具有止咳、平喘、祛痰、抗癌等功效，并能扩张冠状动脉、降低血胆固醇，有增强心脏收缩、减少心脏搏动次数及明显的抗氧化等作用[4-5]，因而具有很大的市场前景和开发价值。

目前，国内枸杞黄酮类物质的提取一般采用有机溶剂提取，微波辅助提取和超声波辅助提取[6]。磁场强化萃取技术是借助外加磁场以强化化工分离过程的一种新技术，被称为“绿色分离技术”，它可以利用磁场产生的特殊能量通过改变抗磁性物质的微观结构，使其理化性质发生变化[7]，同时对反应的速率也存在影响，可以强化萃取[8]、离子交换[9]、吸附[10]、絮凝[11]等过程。文献中报道的有关磁场强化萃取技术的研究相对较少，涉及的萃取对象范围也比较狭窄。本研究通过采用外加恒定磁场溶剂浸提法提取枸杞黄酮，研究磁化处理的关键影响因素，优化工艺参数，提高提取效率，以期为枸杞黄酮类物质提供全新的思路和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

新鲜枸杞采自甘肃省景泰县，经过去籽、除杂、榨汁浓缩后制成可溶性固形物含量为63.8%的枸杞浆，后贮藏于－20℃冰箱备用；无水乙醇、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠均为A R。

钕铁硼永磁铁；冷凝回流装置；7202B分光光度计尤尼克上海仪器有限公司。

1.2 工艺流程

1.3 试验设计

1.3.1 单因素试验

基础试验条件：2.000g枸杞浆、磁感应强度640mT、磁化时间60min、磁处理温度55℃、之后75℃水浴浸提回流80min，测定黄酮类物质的提取率。

单因素试验设计为：磁感应强度分别取320、640、960、1280、1600mT；磁处理时间分别取30、60、90、120、150min；磁处理温度取45、55、65、75、85℃；浸提回流时间取0、40、80、120、160min。在基础试验条件的基础上，分别进行各因素的黄酮提取试验。

1.3.2 正交试验设计

根据单因素试验结果，选择因素、设置水平，采用L16(45)正交试验设计，确定磁场辅助萃取枸杞黄酮的最佳工艺参数。

1.3.3 测定方法

1.3.3.1 标准曲线的制备

参照文献[12-13]的方法并加以改进，以芦丁为标准品。准确称取经105℃干燥至质量恒定的芦丁标准品10mg置于10mL容量瓶中，加65%乙醇溶液稀释至刻度，摇匀后稀释得到质量浓度0.2g/L芦丁对照品使用液。

准确吸取上述芦丁对照品使用液0、1、2、4、6、8、10、12mL，转入25mL容量瓶内，加入65%乙醇溶液定容至12.5mL，分别加入5%亚硝酸钠溶液0.7mL，摇匀放置5min，加入10%硝酸铝溶液0.7mL，摇匀后放置6min，加入1.0mol/L氢氧化钠溶液5mL，用65%乙醇溶液定容至刻度，以零管做空白，放置15min后，在波长500nm处测定吸光度，绘制标准曲线，得回归方程y＝0.0005x－0.0131，R2＝0.9995，其中：y为吸光度；x为标准品质量浓度/(μg/mL)。

1.3.3.2 枸杞黄酮含量的测定

吸取枸杞黄酮提取液10.0mL置于25mL容量瓶内，按1.3.3.1节方法，在波长500nm处测定吸光度，计算枸杞黄酮提取率[12]。

式中：A为根据标准曲线计算出样品提取液中黄酮含量/μg；C为样品定容体积/mL；V为待测液体积/mL；m为样品质量/g。

1.4 数据分析

数据采用Excel 2007统计分析，重复3次，结果用平均值表示，并用S P S S软件进行统计处理，采用ANOVA进行Turkey多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 磁感应处理强度对黄酮提取的影响

图1 磁感应强度对黄酮类物质提取的影响Fig.1 Effect of magnetic intensity on the yield of wolfberry flavonoids

由图1可知，当磁感应强度640mT时，枸杞黄酮类物质的提取率最大为270.60mg/100g，且在5%置信水平上有显著差异，之后随着磁感应强度的增加呈下降趋势。因为乙醇、水均为抗磁性物质，在适当外加恒定磁场条件下抗磁性分子将产生与外磁场方向相反的附加磁矩，分子因此获得附加能量，使得抗磁性物质的理化性质发生改变，即扩散系数增加、溶解度增大等，明显改善了其分离性能[14]，进而强化了乙醇提取黄酮的过程。在磁场作用下，该萃取体系的分配系数会随着磁感应强度的增大而减小，磁感应强度越大，越不利于萃取过程的进行和黄酮的分离[15]，所以当磁感应强度达到640mT时，枸杞黄酮类物质的提取率最大。

2.1.2 磁化时间对黄酮类物质提取的影响

图2 磁化时间对黄酮类物质提取的影响Fig.2 Effect of magnetic treatment time on the yield of wolfberry flavonoids

由图2可知，磁处理时间60min时，黄酮提取率达到最高值276.27mg/100g，在5%置信水平有显著差异，之后随着磁处理时间的延长黄酮提取率逐渐降低并且降低趋势不显著。说明随着提取时间的延长，可能会伴有其他类物质的溶出，抑制了黄酮类物质的提取。因此外加恒定磁场处理的时间从节约时间和成本的角度出发选择60min。

2.1.3 磁处理温度对黄酮类物质提取的影响

图3 磁处理温度对黄酮类物质提取的影响Fig.3 Effect of magnetic treatment temperature on the yield of wolfberry flavonoids

由图3可知，磁处理温度45℃时提取率明显低于其他磁处理温度时黄酮类物质的提取率，这是因为加热可以作用于磁场处理后的抗磁性物质，使其表面张力变小，扩散系数增加，从而加大了对黄酮类物质的提取。当磁处理温度达到65℃时，枸杞黄酮类物质的提取率有最大值，为271.15mg/100g，且与75、85℃的试验结果在5%置信水平上有显著性差异，但与55℃结果无显著性差异，因为不同磁感应强度对于不同萃取体系中的扩散系数影响不同，在磁场作用下该萃取体系的相平衡呈现负效应，所以温度越高，越不利于萃取过程进行的现象越明显[15-16]。考虑到节约资源与成本，选择55℃为最佳磁处理温度。

2.1.4 浸提回流时间对黄酮类物质提取的影响

图4 浸提时间对黄酮类提取的影响Fig.4 Effect of reflux extraction time on the yield of wolfberry flavonoids

由图4可知，磁化处理后枸杞黄酮类物质提取率在浸提时间80min达到最高值270.41mg/100g，与0、160min的试验结果有显著性差异，但与40、120min的试验结果无显著性差异，即浸提时间40min后黄酮类物质提取率的变化不显著。这是因为磁场处理使黄酮类物质的分子内聚力减小，扩散系数增加，溶解度增大，从而缩短了黄酮类萃取达到平衡的时间，加速了枸杞黄酮类物质的提取过程[15]。从经济角度考虑，选择浸提时间40min为最佳提取时间。

2.2 正交试验

2.2.1 正交试验分析

根据单因素试验结果，进行L16(45)正交试验，试验设计及结果见表1。

表1 磁场法提取枸杞黄酮工艺优化L16(45)正交试验设计及结果Table 1 Orthogonal array design L16 (45) and corresponding results

由表1极差分析得出，对枸杞黄酮类物质的提取影响因素是：C＞A＞B＞D，即各因素对黄酮类物质提取量产生影响的主次顺序为：磁化温度＞磁感应强度＞磁化时间＞浸提回流时间。从正交试验直观结果可知，最佳提取工艺为A2B1C2D2，即磁感应强度640mT、磁化时间40min、磁化温度65℃、水浴回流时间60min。因为乙醇、水等抗磁性物质处于磁场中时，分子产生与外磁场方向相反的附加磁矩，分子因此获得附加能量[17]，在加热的共同作用下，使抗磁性物质内部分子的内聚力减少，分子势垒降低，引起宏观物理性质发生相应变化，如表面张力的减小，黏度增大，扩散系数增加，溶解度增大等，进而加速了黄酮萃取的过程[18-19]。在磁感应强度、磁化时间、磁化温度以及水浴回流时间这4个因素的共同作用下，使得正交试验得出的枸杞黄酮提取率高于单因素试验的结果。

2.2.2 验证实验

由于L16(45)正交试验得到的最优组合A2B1C2D2在L16(45)正交试验设计中没有出现，所以需对最优组合进行验证实验，实验重复3次，测得枸杞中黄酮类物质提取率为290.81mg/100g，正交试验中任何一种组合的提取率都高，可见正交试验所确定的工艺参数为最佳。

2.2.3 对照实验

比较磁场辅助有机溶剂萃取枸杞黄酮类物质与有机溶剂直接萃取黄酮类物质的提取率，结果见图5。

图5 黄酮提取率对照实验结果Fig.5 Comparison of the yields of wolfberry flavonoids by magnetic field-assisted extraction and organic solvent extraction

由图5可以看出，采用磁场辅助有机溶剂法提取枸杞黄酮类物质，其提取率在0.05的置信水平上显著高于有机溶剂直接提取黄酮类物质，可见磁化处理能够提高黄酮类物质的提取率。

3 结 论

通过研究磁场辅助有机溶剂提取枸杞黄酮类物质，得出最佳提取工艺为磁感应强度640mT、磁处理时间40min、磁处理温度65℃、水浴浸提回流时间60min，在此工艺条件下枸杞黄酮的提取率为290.81mg/100g。

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Using Orthogonal Array Design to Optimize the Extraction of Wolfberry Flavonoids by Magnetic Field Treatment

ZHOU Yun，ZHANG Zhen*，ZHANG Sheng-gui，BI Yang，ZHANG Pei，PANG Chen，
HU Wei，LIU Zhen-bin，ZHOU Lin，XIAO Xia
(College of Food Science and Engineering, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

This work reports the application of magnetic field treatment to extract flavonoids from wolfberries. The optimal extraction conditions were determined by one-factor-at-a-time and orthogonal array design methods as follows: 40 min magnetic field treatment at 65 ℃ and 640 mT and then 60 min reflux solvent extraction. Under these conditions, the yield of flavonoids was 290.81 mg/100 g of wolfberries.

wolfberry flavonoids；magnetic treatment；organic solvent extraction

TS201.2

A

1002-6630(2012)18-0098-04

2011-09-16

“十一五”国家科技支撑计划项目(2007BAD52B07)

周芸(1987—)，女，硕士研究生，研究方向为活性成分提取。E-mail：275774843@qq.com

*通信作者：张珍(1971—)，女，副教授，博士，研究方向为畜产品加工及功能活性物质提取。E-mail：zhangzhen@gsau.edu.cn