超声波乙醇浸提法提取甘薯茎叶中总黄酮的工艺研究

徐艳

（荆楚理工学院生物工程学院，湖北荆门448000）

超声波乙醇浸提法提取甘薯茎叶中总黄酮的工艺研究

徐艳

（荆楚理工学院生物工程学院，湖北荆门448000）

以鄂薯4号甘薯茎叶为材料，通过单因素和正交试验对超声波乙醇浸提法提取甘薯茎叶总黄酮的工艺进行研究。结果表明，超声波乙醇浸提法提取甘薯茎叶总黄酮的最佳提取工艺为：超声温度40℃、乙醇浓度70%、料液比1∶40（g/mL）、超声时间30min，在此工艺条件下甘薯茎叶总黄酮的得率可达2.65%。

甘薯茎叶；总黄酮；超声波乙醇浸提

黄酮类化合物具有高抗氧化性、能清除人体内自由基、抗老化、抗突变等保健功能，且无毒副作用，有广阔的应用前景[1]。

甘薯又名红薯、番薯、红苕等，在我国各地区广泛种植。甘薯茎叶含有各种营养物质如胡萝卜素、维生素、矿质元素等，同时还含有生物活性物质如黄酮等[2-5]。甘薯茎叶或叶的总黄酮提取工艺已有各种报道[6-16]，但因甘薯的品种和种植地区的不同，以及提取方法的不同（如有机溶剂提取法、温浸法、超声波提取法、超临界提取法等），其总黄酮提取率有明显差异。甘薯是荆门市主要旱粮作物之一，近几年的甘薯种植面积都在3 000公顷左右。荆门市年产红薯茎叶约1万t左右，除部分地区鲜食或作为饲料外，绝大部分被丢弃，造成了资源的极大浪费。本文主要研究甘薯茎叶中总黄酮的超声波乙醇浸提法的相关工艺条件，为开发利用湖北省荆门地区的甘薯茎叶提供依据。

1材料与方法

1.1材料与试剂

甘薯茎叶（鄂薯4号品种）：荆门东宝区；芦丁标准品（分析纯）：北京索莱宝科技有限公司；95%乙醇：武汉中南化工试剂有限公司；亚硝酸钠（分析纯）：武汉江北化工试剂厂；硝酸铝（分析纯）：湖北大学化工试剂厂；氢氧化钠（分析纯）：天津市福晨化学试剂厂。

1.2仪器与设备

FW80高速万能粉碎机：北京市泰和格润仪器有限公司；DZF真空干燥箱：天津科伟永兴仪器有限公司；AB104-N电子分析天平：梅特勒-托利多仪器（北京）有限公司；KQ-100KDB高功率数控超声波清洗器：苏州市超声仪器有限公司；TU-1901双光束紫外可见分光光度计：普析通用仪器（北京）有限责任公司。

1.3方法

1.3.1材料处理

于甘薯块根收获前采摘的新鲜茎叶。甘薯茎叶采摘后，在烘箱中以60℃的温度烘干，然后用万能粉碎机粉碎，在40目的筛子过筛得到甘薯茎叶粉末备用。

1.3.2芦丁标准曲线的绘制

称取20mg芦丁标准品（烘干至恒重），先用少量60%的乙醇使之完全溶解，再用60%的乙醇定容至100mL，摇匀后得到浓度为0.2mg/mL的芦丁标准液。准确吸取0、1.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0mL芦丁标准液，分别置于25mL容量瓶中（依次标记0至6号），加入5%的亚硝酸钠溶液1.0mL，摇匀，静置7 min；加入10%的硝酸铝溶液1.0 mL，摇匀，静置7 min；加入1 mol/L的氢氧化钠溶液10mL，静置12min；最后用60%的乙醇定容至刻度，静置10min。以0号试剂做空白组，测定各组在510 nm的吸光度，以芦丁标准液浓度（mg/mL）为横坐标，吸光度（A）为纵坐标，绘制芦丁标准曲线。

1.3.3甘薯茎叶总黄酮的测定

精密称取定量的甘薯茎叶干粉，加入不同浓度的乙醇，在常温下浸泡18 h后进行超声提取一定时间，抽滤，定容。按照1.3.2的方法操作，并根据下列公式计算出总黄酮得率：

式中：C为对应总黄酮的浓度，mg/mL；V为稀释体积，mL；N为测量时提取液与所取样本的体积比；W为得率，%；m为提取样本质量，g。

1.3.4单因素试验

超声温度的确定：在料液比为1∶30（g/mL）、70%的乙醇浓度为条件下，将1.000 g样品于常温下静置浸泡18 h；然后分别在20、25、30、35、40、45℃的超声温度条件下超声提取30min，抽滤，定容，测定吸光度A值，分别计算甘薯茎叶总黄酮的得率。

乙醇浓度的确定：准确称取1.000 g样品，将40%、50%、60%、70%、80%和90%的乙醇按1∶30（g/mL）的料液比分别加入锥形瓶中，常温下静置浸泡18 h后在30℃超声温度下提取30min，抽滤，定容，测其吸光度A值，分别计算出甘薯茎叶总黄酮的得率。

超声时间的确定：准确称取1.000 g样品，在料液比为1∶30（g/mL）、70%的乙醇浓度条件下，常温下静置浸泡18 h；然后在30℃超声温度条件下将分别提取15、20、25、30、35、40min，抽滤，定容，测定吸光度A值，分别计算甘薯茎叶总黄酮的得率。

料液比的确定：准确称取1.000 g样品，分别按1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40（g/mL）的料液比加入70%的乙醇，常温下静置浸泡18 h；然后在30℃超声温度下提取30min，抽滤，定容，测定吸光度A值，分别计算甘薯茎叶总黄酮的得率。

1.3.5正交试验设计

在单因素试验的基础上设计正交试验，根据正交试验结果进一步确定超声波乙醇浸提法提取甘薯茎叶总黄酮的最佳工艺条件。选用超声温度、乙醇浓度、提取时间和料液比4个因素进行优化组合，因素与水平表见表1。

表1 正交试验因素与水平Table1 Factorsand levelsof orthogonalexperiment

2结果与分析

2.1芦丁标准曲线及回归方程

以芦丁标准液浓度（mg/mL）为横坐标，吸光度（A）为纵坐标，绘制芦丁标准曲线见图1。

图1 芦丁标准曲线Fig.1 Standard curveof rutin

根据图1，求得回归方程A=13.365C+0.305，R2= 0.999 5。其中：C为芦丁含量（mg/mL），A为吸光度。相关系数R2为0.999 5，表明在该浓度范围内芦丁浓度与吸光度线性关系良好。

2.2单因素试验结果

2.2.1超声温度对甘薯茎叶总黄酮得率的影响

在料液比为1∶30（g/mL）、乙醇浓度70%、超声提取时间30min的条件下，分别考察了不同超声温度时甘薯茎叶总黄酮得率的变化情况，结果见图2。

图2 超声温度对甘薯茎叶总黄酮得率的影响Fig.2 Effectsofultrasonic extraction temperatureon total flavonoids from stemsand leavesof sweet potato

由图2可知，超声温度为20℃～40℃时，甘薯茎叶总黄酮得率会随超声温度的升高而增大，且在温度为40℃时，得率达到最高2.64%。但温度超过40℃时，甘薯茎叶总黄酮得率反而下降，说明温度过高，会使提取液中的黄酮类物质受到破坏，造成得率下降。所以甘薯茎叶总黄酮提取时的最佳超声温度为40℃。

2.2.2乙醇提取液浓度对甘薯茎叶总黄酮得率的影响

在料液比为1∶30（g/mL）、超声温度30℃、超声提取时间30min的条件下，分别考察了不同乙醇浓度下甘薯茎叶总黄酮得率的变化情况，结果见图3。

图3 乙醇提取液浓度对甘薯茎叶总黄酮得率的影响Fig.3 Effectsof ethanol concentration on total flavonoids from stem sand leavesof sweet potato

由图3得到，甘薯茎叶总黄酮得率会随着乙醇浓度的增大而增加，且在乙醇浓度达到70%时，甘薯茎叶总黄酮得率达到了最高值；但乙醇浓度超过70%再增加时，得率反而下降，主要原因是甘薯茎叶中其他物质的溶解。综合成本和得率来考虑，甘薯茎叶总黄酮提取时的最佳乙醇浓度为70%。

2.2.3超声时间对甘薯茎叶总黄酮得率的影响

在料液比为1∶30（g/mL）、乙醇浓度70%、超声温度30℃的条件下，分别考察了不同超声时间下甘薯茎叶总黄酮得率的变化情况，结果见图4。

由图4可以看出，甘薯茎叶总黄酮得率开始会随着超声波作用时间的延长而增加，且提取30min时，甘薯茎叶总黄酮得率最大。但超过30min后，可能是由于超声波产生的较强的机械振动作用和空化作用，时间长了会破坏提取液中的黄酮类物质，也会增加甘薯茎叶中其他物质的溶解，使得得率随着时间的增加反而下降。所以甘薯茎叶总黄酮提取时的最佳超声时间为30min。

图4 超声时间对甘薯茎叶总黄酮得率的影响Fig.4 Effectsofultrasonicextraction timeon total flavonoids from stem sand leavesof sweet potato

2.2.4料液比对甘薯茎叶总黄酮得率的影响

在乙醇浓度70%、超声温度30℃、超声时间30min的条件下，分别考察了不同料液比下甘薯茎叶总黄酮得率的变化情况，结果见图5。

图5 料液比对甘薯茎叶总黄酮得率的影响Fig.5 Effectsof liquidm aterial ratio on total flavonoids from stemsand leavesof sweet potato

根据图5可知，甘薯茎叶总黄酮得率开始会随料液比增大而增加，而当料液比大于1∶30（g/mL）以后，提取率趋于恒定。故甘薯茎叶总黄酮提取时的最佳料液比为1∶40（g/mL）。

2.3正交试验结果

在实际提取过程中各单因素之间又会相互交叉影响，因此在单因素试验基础上，又进行了正交试验以进一步研究多因素对甘薯茎叶总黄酮提取效果的影响，正交试验结果见表2，方差结果见表3。

表2 正交试验结果Table2 Resultsoforthogonalexperiment

续表2正交试验结果Continue table2 Resultsof orthogonalexperiment

表3 方差分析Table3 Varianceanalysis

由表2正交试验结果得RB＞RD＞RA＞RC，即4个因素对甘薯茎叶总黄酮得率的影响是乙醇浓度（B）＞超声温度（D）＞超声时间（A）＞料液比（C）。根据正交试验结果中KA2＞KA3＞KA1，KB2＞KB3＞KB1，KC3＞KC1＞KC2，KD2＞KD3＞KD1可知最佳的因素水平组合为A2B2C3D2。且在A2B2C3D2工艺条件（即超声时间30min，乙醇浓度70%，料液比1∶40（g/mL），提取温度40℃）下进行了3次平行试验，结果分别为2.67%、2.58%、2.69%，3次试验的平均值为2.65%，其结果高于正交试验各组得率。

由表3正交试验结果方差分析可知，4个因素都对甘薯茎叶总黄酮得率有极显著的影响（P＜0.01），4个因素对甘薯茎叶总黄酮提取的影响主次顺序为乙醇浓度（B）＞超声温度（D）＞超声时间（A）＞料液比（C）。

3结论

本研究探讨了甘薯茎叶总黄酮的提取工艺，结果表明，超声波乙醇浸提法提取甘薯茎叶总黄酮的最佳工艺为：超声时间30min，乙醇浓度70%，料液比1∶40（g/mL），提取温度40℃，此条件下甘薯茎叶总黄酮的得率为2.65%。根据方差结果，乙醇浓度、超声温度是影响提取效率的两个主要因素。超声波乙醇浸提法提取甘薯茎叶总黄酮具有工艺简单，操作方便，成本低且对环境无污染等优点，将为开发利用湖北省荆门地区的甘薯茎叶提供理论参考。

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Study on the Uultrasonic and Ethanol Extraction of Total Flavonoids from Sweet Potato Stem and Leaves

XUYan
（CollegeofBioengineering，Jingchu Universityof Technology，Jingmen 448000，Hubei，China）

The extraction of total flavonoidswasstudied using the ultrasonic and ethanol from stemsand leaves of'ESHU-4'sweetpotato，Themethodswere applied through the single factorexperimentand orthogonalexperiment.The results showed that the ultrasonic and ethanol immersion extraction was used to extract the optimum extraction condition of total flavonoids from stems and leaves of sweet potato was：40℃ultrasonic extraction temperature，70%volume fraction ofethanol，liquidmaterial ratio 1∶40（g/mL）and 30min ultrasonic extraction time.Under the optimum conditions，the total flavonoids extraction rate of sweet potato stem and leafwas 2.65%.

sweetpotatostem and leaf；total flavonoids；ultrasonicethanolextraction

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.05.017

2016-05-25

荆楚理工学院校级课题[（110456）ZR201307]

徐艳（1981—），女（汉），讲师，硕士，研究方向：植物资源开发与利用。