苦荞麦米黄酮提取的两种工艺研究

田晓晶，李莉莉，陈四平

（河北师范大学化学与材料科学学院，河北石家庄050024）

苦荞麦属于寥科荞麦属，为一年生草本双子叶谷类植物[1]。苦荞麦学名为鞑靼荞麦，还有许多别称例如荞叶七、万年荞、乌麦、菠麦和花荞等[2]。苦荞麦米是由苦荞麦原颗粒经过脱壳后而成。我国苦荞麦大多分布于西南地区的四川、云南、贵州、甘肃、陕西等省[3]。《本草纲目》中记载苦荞可以“降气宽肠，磨积滞，清热解毒镇风痛”[4]。中医学上认为苦荞麦是谷类作物中唯一集七大营养素于一身的农作物，被誉为“五谷之王”[5]。苦荞麦中不仅含有膳食纤维、维生素、蛋白质、淀粉、氨基酸、不饱和脂肪酸、微量元素、矿物质等营养成分[6-8]，还含有其它谷类作物所不具有的生物类黄酮物质芦丁[9-11]，这些黄酮类物质具有抗氧化[12]、抗病毒[13]、抗疲劳[14]、抗癌[15-16]、抗菌[17]、降血糖[18]、降血脂[19]、降尿糖[20]、清热解毒、活血化瘀[21]等广泛的药理作用。苦荞麦营养价值极为丰富，食疗功效非凡，可用来预防和辅助治疗糖尿病、高血脂症和高血压等疾病[22]。近年来苦荞麦逐渐成为食品研究开发关注的焦点，目前以苦荞麦作为原料开发成各种保健食品，例如苦荞麦复合饮料[23]、苦荞麦面包、苦荞麦挂面、苦荞麦维夫饼干等[24]。可见，苦荞麦是一种极具开发应用潜力和重要研究价值的药食两用绿色食品。本文通过分析恒温水浴法与超声波法两种提取苦荞麦米中黄酮的工艺，以获得更适合提取苦荞麦米黄酮的最佳工艺[25]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

苦荞麦米：产地云南，购于石家庄北国超市；芦丁（批准号S20141120）：中国药品生物制品鉴定所；乙醇（分析纯）：天津百世化工有限公司；亚硝酸钠、硝酸铝（分析纯）：天津市大陆化学试剂厂；氢氧化钠（分析纯）：天津市博迪化工有限公司。

1.2 仪器与设备

JA2003 电子精密天平：上海舜宇恒平科学仪器有限公司；SSW 型电热恒温水槽：上海沪西分析仪器厂有限公司；KQ-500 型超声波清洗机：昆山市超声仪器有限公司；T6 紫外分光光度计：北京普析通用仪器公司；YB-250 型万能高速粉碎机：浙江红景天工贸有限公司产品；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；40 目（0.45 mm）标准筛：浙江上虞市道墟鉴湖仪器筛具厂产品。

1.3 方法

1.3.1 苦荞麦米粉的制备

采购市售的苦荞麦米，将苦荞麦米放入电热恒温鼓风干燥箱中50 ℃加热3 h 进行烘干，将烘干的苦荞麦米再放入万能高速粉碎机中进行粉碎呈粉末状，将苦荞麦米粉过40 目筛，装袋密封保存备用。

1.3.2 苦荞麦米黄酮类化合物的提取

称取0.5 g 粉碎的苦荞麦米，用70%的乙醇，按料液比 1 ∶70（g/mL）在 80 ℃超声波清洗机中提取 1 h。冷却至室温（25 ℃）后用真空泵抽滤，用70%乙醇定容至 50 mL，储存备用[26]。

1.3.3 总黄酮含量的测定方法

配制标准品溶液：精密称取10 mg 芦丁标准品，用70 %乙醇溶解，定容至50 mL 容量瓶中，即可得到0.2 mg/mL 芦丁标准品，待用。精密吸取 0、1、2、3、4、5、6 mL 的上述储备液分别置于7 个25 mL 容量瓶中，加入5%NaNO2溶液0.7 mL 摇匀，静置6 min；加入10%Al（NO3）3溶液0.7 mL 摇匀，静置6 min；加入4%NaOH溶液10 mL 摇匀后，用70%乙醇进行定容，放置15 min，立即在510 nm 波长处测定其吸光度。以芦丁浓度为横坐标，以吸光度为纵坐标绘制标准曲线，得到线性回归方程为y=12.188x-0.007 4，R2=0.999 5，芦丁浓度与吸光度（0～0.671）具有良好的线性关系。

移取5 mL1.3.2 中提取液于25 mL 容量瓶中，按上述方法操作，于波长510 nm 处测定其吸光度，按下面公式计算总黄酮含量。

式中：n 为稀释倍数；c 为黄酮类化合物的浓度，mg/mL；V 为试液总体积，mL；m 为原料的质量，g。

1.3.4 苦荞麦米中提取黄酮的单因素试验

1.3.4.1 超声波法单因素试验

称取0.5 g 的苦荞麦米粉放入100 mL 的烧杯中，按料液比1 ∶60（g/mL）加入不同浓度的乙醇，放入超声波中设置温度为60 ℃，超声时间30 min，抽滤后得提取液，根据1.3.3 测定总黄酮的含量确定最佳的乙醇浓度。依次做料液比、温度、超声时间的单因素试验，获得各自单因素的最佳条件。

1.3.4.2 恒温水浴法单因素试验

称取0.5g 的苦荞麦米粉放入100 mL 的烧杯中，按料液比1 ∶60（g/mL）加入不同浓度的乙醇，放入恒温水浴锅中设置温度为70 ℃，水浴提取60 min，抽滤后得提取液，根据1.3.3 测定总黄酮的含量确定最佳的乙醇浓度。依次做料液比，温度，超声时间的单因素试验，获得各自单因素的最佳条件。

2 结果与讨论

2.1 单因素试验

2.1.1 超声波法单因素试验结果

乙醇浓度对总黄酮的影响见图1。

由图1 可知，苦荞麦米提取液中总黄酮的含量随着乙醇浓度的增加而增大，这与黄酮类化合物的种类有关，其更易溶于极性相似的乙醇中，苦荞麦米中的黄酮类化合物主要是芦丁（黄酮苷类）。70%左右的乙醇适合提取黄酮苷类，随着乙醇浓度越大，易溶解出其他干扰成分从而降低黄酮含量[27]。

图1 乙醇浓度对总黄酮的影响Fig.1 Effect of ethanol concentration on flavonoids

图2 料液比对总黄酮的影响Fig.2 Effect of ratio of material to liquid on flavonoids

由图2 可知，苦荞麦米中总黄酮的含量随着溶剂体积的增加而增大，较大的溶剂体积会使生产成本变高并且增加后期旋蒸的工作量，从效率和成本方面考虑应该选择料液比为1 ∶60（g/mL）较为合适。

温度对总黄酮的影响见图3。

图3 温度对总黄酮的影响Fig.3 Effect of temperature on flavonoids

由图3 可知，苦荞麦米中总黄酮的含量随着温度的升高而增大，当温度为80 ℃时，总黄酮含量达到最高。由于超声波仪器本身的限制，温度最高只能达到80 ℃。

超声时间对总黄酮的影响见图4。

图4 超声时间对总黄酮的影响Fig.4 Effect of time on flavonoids

由图4 可知，苦荞麦米中总黄酮的含量随着超声时间的增长呈先升高后降低的趋势。在60 min 前，超声辅助提取动力大使总黄酮含量升高；在60 min 后，由于超声动力不足以及产热效应使总黄酮含量降低[28]。因此，超声辅助提取最佳时间为60 min。

2.1.2 恒温水浴法单因素试验

（1）研究了不同设计阶段数据需要的内容，建立了基于BIM技术的PKPM系列绿色建筑设计软件数据模型，在软件研发中利用基于BIM技术的设计理念，达到了数据共享、提高效率的目的。

乙醇浓度对总黄酮的影响见图5。

图5 乙醇浓度对总黄酮的影响Fig.5 Effect of ethanol concentration on flavonoids

由图5 可知，在乙醇浓度为70%时提取的黄酮含量达到最高。在低浓度的乙醇中，黄酮类物质的酚羟基易与苦荞麦米中的糖类、蛋白质以氢键缔合，而提取液中水的含量低，不足以断裂这种连接[29]，从而使含量降低；而在高浓度乙醇中溶解出更多的醇溶性杂质，这些杂质会与黄酮类物质竞争同一乙醇水分子[30]，造成黄酮含量下降。

料液比对总黄酮的影响见图6。

由图6 可知，在料液比为 1 ∶60（g/mL）时黄酮含量达到最高。溶剂体积的增加可加速黄酮的扩散，故增大溶剂体积可使黄酮含量变大；当溶剂体积过大小时，黄酮含量下降。为了节省原料和溶剂量，确定最佳料液比为 1 ∶60（g/mL）[31]。

温度对总黄酮含量的影响见图7。

图6 料液比对总黄酮的影响Fig.6 Effect of ratio of material to liquid on flavonoids

图7 温度对总黄酮的影响Fig.7 Effect of temperature on flavonoids

由图7 可知，随着温度的升高，黄酮含量呈先升高后降低趋势。在40 ℃～80 ℃，由于温度升高，分子运动加速使氢键更易断裂，同时黄酮的渗透、溶解、扩散速度也加快，因而黄酮类物质更易于从原料中溶出；而在90 ℃时，温度过高抑制提取率，高温会使部分黄酮类物质分解[32-33]。

水浴时间对总黄酮含量的影响见图8。

图8 水浴时间对总黄酮的影响Fig.8 Effect of time on flavonoids

由图8 可知，随着时间的增长，黄酮含量呈先升高后降低的趋势。在30 min～80 min 时，提取时间过短，黄酮类物质并未完全从原料中溶出；但随着时间的延长，持续加热会破坏黄酮结构使含量下降[34]。选取最佳的水浴时间为90 min。

2.2 正交试验结果

2.2.1 超声波法的正交试验

选择乙醇浓度（A）、温度（B）、超声时间（C）、料液比（D）4 个因素进行L9（34）正交试验，表1 为因素水平表。表2 为正交试验结果。表3 为方差分析结果。

表1 L9（34）正交试验因素水平Table 1 The factor levels of L9（34）orthogonal experiment

表2 正交试验结果Table 2 The results of orthogonal experiment

表3 正交试验方差分析Table 3 Analysis of variance for orthogonal experiment

由正交试验可知，4 种因素对总黄酮的影响强弱顺序为D＞C＞B＞A，其中对提取总黄酮含量影响最大的两个因素是提取时间和料液比，选择组合A2B3C1D3为最佳组合，即乙醇浓度 70%，料液比 1 ∶70（g/mL），温度为80 ℃，超声辅助提取50 min。

2.2.2 恒温水浴法的正交试验

选取乙醇浓度（A）、温度（B）、提取时间（C）、料液比（D）4 个因素进行L9（34）正交试验。表4 为因素水平表。表5 为正交试验结果。表6 为方差分析结果。

表4 正交试验因素水平表Table 4 Factors and levels of orthogonal table

表5 正交试验结果Table 5 The results of orthogonal experiment

表6 正交试验方差分析Table 6 Analysis of variance for orthogonal experiment

通过正交试验可知，4 种因素对提取总黄酮含量的影响顺序为A＞D＞B＞C，其中对提取总黄酮含量影响最大的两个因素是乙醇浓度和料液比，选择A3B2C1D3组合，即乙醇浓度 80%，料液比 1 ∶70（g/mL），温度为70 ℃，恒温水浴提取80 min。

2.2.3 两种工艺的验证试验

两种工艺分别选择最佳工艺组合做3 组平行试验测定苦荞麦米中总黄酮的含量如表7 所示。

表7 两种工艺提取总黄酮的验证试验Table 7 Verification experiment

两种方法经过验证，试验结果与最佳组合相吻合。

2.2.4 两种工艺的优缺点

比较两种工艺提取苦荞麦米中的最佳工艺，在黄酮提取率方面：恒温水浴法提取的黄酮含量高一点；超声波法辅助提取的黄酮含量稍低。在提取时间方面：恒温水浴法加热时间长，浪费时间并且成本高，黄酮结构易被破坏；超声波法操作简单、速度快省时、节能、高效、且对黄酮结构的破坏作用小。

3 结论

试验探索出超声波法和恒温水浴法提取苦荞麦米中黄酮的最佳工艺条件。超声波辅助提取的最佳工艺为乙醇浓度 70%，料液比 1 ∶70（g/mL），温度为80℃，超声时间50 min，提取的总黄酮含量为20.639 mg/g；恒温水浴法提取的最佳工艺为乙醇浓度80%，料液比1 ∶70（g/mL），温度为 70 ℃，恒温水浴提取 80 min，提取的总黄酮含量为22.387 mg/g。通过比较发现，两种方法提取的黄酮含量相差不大，超声法辅助提取高效、节能、操作简便。因此，超声法辅助提取苦荞麦米中的黄酮比恒温水浴法的效果好。