超声波辅助提取苦荞麦总黄酮工艺研究
2018-01-30罗凤莲蒲培瑶
罗凤莲 ，蒲培瑶
荞麦属于蓼科荞麦属作物，可以分为苦荞麦、甜荞麦、金荞麦等，甜荞麦的食用品质最好，而苦荞麦的价值在于其保健功能。荞麦中的VB1和VB2，以及蛋白质、黄酮、膳食纤维等含量较高，因此荞麦被称为“三降”食品，是一种药食兼用的保健食品原料[1]。
黄酮类化合物的结构式中含有2个苯环，在2个苯环之间有连续的3个碳原子相连，是一类以C6-C3-C6结构为基本母核的天然产物，具有抗菌、抗癌、调脂、抗氧化等生物活性[2-7]。目前，已有研究采用超声波辅助提取蕨根[8]、石橄榄[9]、桑叶[10]、大叶子[11]、柿蒂[12]、乌纠[13]、大叶黄杨[14]、香薷[15]等植物中的总黄酮。超声波辅助溶剂提取法的提取率高，对环境无污染。试验采用超声波辅助乙醇提取黄酮的方法，对苦荞麦总黄酮的最佳提取工艺进行研究，并探究不同提取因素及水平对苦荞麦中总黄酮提取率的影响，不仅可以提升苦荞麦的应用价值，同时为开发运用荞麦资源提供一定的理论参考与依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
苦荞麦，购于湖南农业大学东之源超市。
1.2 试剂与仪器
芦丁标准品，甲醇、无水乙醇、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠等均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司提供。
万能高速粉碎机，浙江红景天工贸有限公司产品；722S型分光光度计，上海棱光仪器公司产品；DHG-9240A型电热恒温鼓风干燥箱，上海飞越实验仪器有限公司产品；KH-250DE型数控超声波清洗器，江苏昆山禾创超声仪器有限公司产品；40目（0.45 mm）标准筛，浙江上虞市道墟鉴湖仪器筛具厂产品；分析天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司产品。
1.3 试验方法
1.3.1 黄酮的提取与测定
按照姜艳萍等人[13]测定黄酮含量的方法，对苦荞麦总黄酮进行提取与测定，同时绘制标准曲线。
1.3.2 单因素试验
（1）乙醇体积分数对苦荞麦总黄酮提取率的影响。固定料液比1∶30（g∶mL），超声时间30 min，超声功率80 W的条件下，分别按照55%，65%，75%，85%，95%的乙醇体积分数提取苦荞麦总黄酮，筛选出较佳的乙醇体积分数。
（2）料液比对苦荞麦总黄酮提取率的影响。在固定乙醇体积分数75%，超声时间30 min，超声功率80 W的条件下，分别按照1∶25，1∶30，1∶35，1∶40，1∶45（g∶mL） 料液比处理苦荞麦，探索料液比对苦荞麦总黄酮提取率的影响。
（3） 超声时间对苦荞麦总黄酮提取率的影响。在乙醇体积分数75%，料液比1∶30（g∶mL），超声功率 80 W的条件下，分别按照20，25，30，35，40 min，探索超声时间对苦荞麦总黄酮提取率的影响。
（4） 超声功率对苦荞麦总黄酮提取率的影响。在乙醇体积分数75%，料液比1∶30（g∶mL），超声时间 30 min的条件下，分别按照60，70，80，90，100 W，探索超声功率对苦荞麦总黄酮提取率的影响。
1.3.3 正交试验
在单因素试验的基础上进行L9（34）正交试验。苦荞麦总黄酮提取正交试验因素水平见表1。
表1 苦荞麦总黄酮提取正交试验因素水平
2 结果与分析
2.1 标准曲线的制作
以芦丁的质量（μg）为横坐标，吸光度为纵坐标，得到标准曲线。
芦丁吸光度与质量的标准曲线见图1。
图1 芦丁吸光度与质量的标准曲线
由图1可知，标准曲线的相关系数R2=0.998 8，可用于苦荞麦总黄酮含量的分析。
2.2 单因素试验结果
2.2.1 乙醇体积分数对苦荞麦总黄酮提取率的影响
乙醇体积分数对苦荞麦总黄酮提取率的影响见图2。
图2 乙醇体积分数对苦荞麦总黄酮提取率的影响
由图2可知，当乙醇体积分数在55%～65%时，乙醇体积分数逐渐增大，苦荞麦总黄酮提取率也随之增加；当乙醇体积分数达到65%时，苦荞麦总黄酮提取率达到最高；当乙醇体积分数在65%～95%时，继续增加乙醇体积分数，总黄酮提取率并没有增加反而显著降低。可能是不同体积分数的乙醇极性不同，影响了黄酮类化合物的溶解。从图2可以看出，乙醇体积分数为65%，75%，85%时，苦荞麦中总黄酮的提取率相对较高。
2.2.2 料液比对苦荞麦总黄酮提取率的影响
料液比对苦荞麦总黄酮提取率的影响见图3。
图3 料液比对苦荞麦总黄酮提取率的影响
由图3可知，逐渐减小料液比，苦荞麦中总黄酮的提取率先增加后降低。随着料液比的减小，增大了苦荞麦内外的浓度差，降低了总黄酮从颗粒内部到溶剂主体的溶出阻力，促使总黄酮的提取率增大；当料液比超过1∶30（g∶mL）后，溶剂的用量增加了，同时也增大了超声波破碎样品细胞时的阻力，最终导致黄酮的提取率逐渐下降。从图3可看出，料液比为 1∶25，1∶30，1∶35（g∶mL） 时，苦荞麦总黄酮提取率相对较高。
2.2.3 超声时间对苦荞麦总黄酮提取率的影响
超声时间对苦荞麦总黄酮提取率的影响见图4。
图4 超声时间对苦荞麦总黄酮提取率的影响
由图4可知，随着超声时间的不断延长，苦荞麦总黄酮的提取率先增加后降低，在超声时间30 min时提取率达到最高，之后呈逐渐下降的趋势。因为样品中的黄酮类物质含量是一定的，继续延长时间提取率也不会再提高；同时超声过程中伴有热能产生，可能使提取出来的黄酮类物质发生分解。由图4可看出，超声时间在30，35，40 min时，苦荞麦总黄酮提取率较高。
2.2.4 超声功率对苦荞麦总黄酮提取率的影响
超声功率对苦荞麦总黄酮提取率的影响见图5。
图5 超声功率对苦荞麦总黄酮提取率的影响
由图5可知，苦荞麦总黄酮的提取率随着超声功率的升高而增加。这可能是因为超声功率增加时细胞充分破碎，苦荞麦总黄酮的提取率随之增加。因实验室仪器条件限制（最高功率为100 W），因此选择80，90，100 W为较佳超声功率。
2.3 正交试验结果
在单因素试验的基础上，选择四因素三水平进行正交试验。
苦荞麦总黄酮提取工艺正交试验结果见表2。
表2 苦荞麦总黄酮提取工艺正交试验结果
由表2可以得到正交试验的最佳组合是A3B3C1D3，根据各个因素的极差值R，苦荞麦总黄酮提取率大小的影响因素为C＞B＞D＞A，即料液比＞超声时间＞超声功率＞乙醇体积分数。也就是说，料液比对苦荞麦总黄酮提取率有显著影响，其次就是超声时间和超声功率，而对苦荞麦总黄酮提取率影响最小的因素是乙醇体积分数。
2.4 验证试验
由于正交试验的最佳组合A3B3C1D3没有在上述正交试验中，因此按照优化后的提取工艺（即在乙醇体积分数85%，超声时间40 min，料液比1∶25，超声功率100 W的条件下），提取苦荞麦总黄酮，重复3次。
验证试验结果见表3。
表3 验证试验结果/%
由表3可知，重复3次测得苦荞麦总黄酮的平均提取率为1.404%，RSD为0.151%，说明该优化工艺是稳定可靠的。
3 结论
试验研究了乙醇体积分数、料液比、超声时间、超声功率4个因素对苦荞麦总黄酮提取率的影响，结果表明，乙醇体积分数85%，料液比1∶25（g∶mL），超声功率100 W，超声时间40 min的优化工艺下，超声波辅助提取苦荞麦总黄酮提取率为1.404%。
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