微波辅助法从藤椒果皮中提取黄酮的工艺研究

2020-09-08周孟焦史芳芳梁晓峰

农产品加工 2020年15期

周孟焦，陈凯，史芳芳，康明，梁晓峰

（1. 西南科技大学材料科学与工程学院，四川绵阳 621010；2. 四川中医药高等专科学校川西北中药材资源研究与开发利用实验室，四川绵阳 621010）

藤椒属芸香科植物，可药食两用，其根、茎、叶、果实等均可入药[1]。近年来，我国藤椒种植面积不断增加，总产量持续增加，主要用于调味品食用，医药价值开发不足。藤椒果皮具有多种生理功能，其中的黄酮类物质具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤、抑菌、抗衰老等药理作用，广泛用于食品、医药、美容等行业[2-4]。从藤椒中提取黄酮对于天然药物研究和开发具有重要价值。目前，常用的提取方法主要有水煎煮法和常规有机溶剂提取法、超临界流体萃取法和超声波辅助提取法等[5-6]，但是，这些方法存在提取效率低、提取时间长、设备价格高、超声波衰减等不足。微波辅助提取是近年来提取天然产物有效成分的一种新技术，利用微波场的特性和优点，加速天然产物活性成分扩散溶解，具有提取效率高、提取温度低、提取时间短等优点[7]。采用微波辅助法，以乙醇为溶剂，研究了从藤椒干燥果皮中提取黄酮类物质的工艺条件，获得了试验条件对总黄酮提取率的影响规律。

1 试验方法

1.1 原料

藤椒果皮，产自四川省汉源藤椒种植基地；芦丁（纯度＞98%），上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供；石油醚（60- 90）、无水乙醇、氢氧化钠、硝酸铝、亚硝酸钠等药品（均为分析纯），成都市科隆化学品有限公司提供。

1.2 仪器

XH- MC- 1 型实验室微波合成仪，北京祥鹄科技发展有限公司产品；UV- 315 型紫外可见分光光度计，日本岛津公司产品；Nicolet- 5700 型红外吸收光谱仪，美国热电仪器有限公司产品。

试验方法：提取物样品经在鼓风干燥箱中烘制12 h，采用KBr 压片法测试，扫描波长范围为400～4 000 cm-1，分辨率为0.4 cm-1。

在探索性试验基础上，以乙醇为溶剂，称取1.00 g干燥藤椒果皮，放入微波反应器中，经设定的微波条件处理后抽滤，滤液在常温下以转速3 500 r/min离心10 min，以提取剂定容。提取液用石油醚萃取，除去脂溶性杂质，取下层溶液，即得藤椒总黄酮的提取液。试验以总黄酮提取率为指标，以乙醇浓度、料液比、微波功率、反应温度、反应时间为影响因素，采用控制变量法，考查各因素对藤椒总黄酮提取率的影响，以期得到试验条件下提取藤椒黄酮的最佳参数。

2 结果与分析

2.1 样品的红外光谱分析

黄酮为多羟基化合物，天然黄酮类化合物母核上含有羟基、酚羟基、甲氧基、烃氧基等基团，其红外光谱在3 100～3 460，1 600～1 640，1 380，1 260，1 090 cm-1处的振动吸收峰可代表黄酮类化合物的吸收峰。

藤椒提取物的红外光谱图见图1。

由图1 可以看出，波数3 385 cm-1处有羟基缔合形成的宽而强的吸收峰，表明有大量酚羟基或糖上的羟基存在；2 917，2 853，1 380 cm-1处为- CH3，- CH2的吸收峰，表明存在饱和碳上的氢；1 630，1 610，1 540，1 450 cm-1处存在吸收峰，表明该成分中存在苯环，1 670 cm-1处吸收峰可归属于C=O伸缩振动，羰基吸收峰向低波数移动，说明其可能与羟基共轭，在1 260 cm-1和1 090 cm-1附近的吸收峰为C- O- C 的反对称和对称伸缩振动峰[8-9]。以上出现的特征峰，均表明提取物为典型的黄酮类物质。

2.2 试验条件对总黄酮提取率的影响

以芦丁为标准对照品，采用NaNO2- Al(NO)3比色法，在波长510 nm 处测定黄酮提取液吸光度，按以下公式计算总黄酮提取率。按照文献[10]的方法绘制芦丁标准曲线，得到芦丁质量浓度C 与吸光度A 关系曲线的回归方程：A=11.6C+0.006 33，相关系数R2=0.998 3。

2.2.1 乙醇体积分数对藤椒黄酮提取率的影响

在探索性试验基础上，设定料液比1∶30 （g∶mL），微波功率400 W，提取温度80 ℃，提取时间20 min，比较不同体积分数乙醇对藤椒黄酮提取率的影响。

乙醇体积分数对藤椒黄酮提取率的影响见图2。

由图2 可知，随着乙醇体积分数的增加，藤椒黄酮提取率呈先增加后减少的趋势，在乙醇体积分数为55%时提取率最高，达到8.67%。黄酮主要以苷元和苷类形式存在，高体积分数的醇适合苷元的提取，而中等体积分数的醇适合提取苷类[11]，藤椒中黄酮类物质主要是芦丁、槲皮素等苷类物，故使用中等体积分数乙醇提取。随着乙醇体积分数的增大，使藤椒细胞组织发生溶胀，易于黄酮的溶出，增加了黄酮的溶解度，但高体积分数的乙醇会使细胞内蛋白质凝固，同时也会增加醇溶性杂质的含量，影响细胞内黄酮的溶出，使黄酮提取率降低，因此选择乙醇体积分数为55%。

2.2.2 料液比对藤椒黄酮提取率的影响

设定乙醇体积分数55%，微波功率400 W，提取温度80 ℃，提取时间20 min，比较不同料液比对藤椒黄酮提取率的影响。

料液比对藤椒黄酮提取率的影响见图3。

由图3 可知，随着料液比的增加，藤椒黄酮提取率呈先增加后减少的趋势，在料液比为1∶30 时提取率最高，达到7.15%，可能是因为料液比较小时，料液比的增加有利于藤椒中黄酮类物质的溶出，提取剂用量过多，影响了微波能的吸收，不利于藤椒组织细胞层面的传质传热，其他溶于醇的物质也会溶出，使黄酮提取率降低，因此选择藤椒黄酮的提取料液比为1∶30。

2.2.3 微波功率对藤椒黄酮提取率的影响

设定乙醇体积分数55%，料液比1∶30，提取温度80 ℃，提取时间20 min，比较不同微波功率对藤椒黄酮提取率的影响。

微波功率对藤椒黄酮提取率的影响见图4。

由图4 可知，随着微波功率的增加，藤椒黄酮提取率呈先增加后减少的趋势，在微波功率为400 W 时提取率最高，达到6.77%，可能是因为微波功率的增大使藤椒黄酮吸收的微波能增多，有助于提取物的溶出，增强提取效果，从而使其更易进入到介电常数较小的乙醇溶剂当中，即黄酮提取率升高，但微波功率过高，破坏了藤椒黄酮分子结构，导致黄酮提取率降低，因此选择微波功率为400 W。

2.2.4 提取温度对藤椒黄酮提取率的影响

设定乙醇体积分数55%，料液比1∶30，微波功率400 W，提取时间20 min，比较不同提取温度对藤椒黄酮提取率的影响。

提取温度对藤椒黄酮提取率的影响见图5。

由图5 可知，随着提取温度的增加，藤椒黄酮提取率呈先增加后减少的趋势，在提取温度为70 ℃时提取率最高，达到6.24%，可能是因为温度过低，分子热运动不剧烈，提取受阻，随着温度的升高黄酮类化合物在乙醇中的溶解度增加，但温度过高容易导致热敏性物质变性，提取物结构被破坏，乙醇有所挥发，导致藤椒黄酮提取率降低，因此选择藤椒黄酮的提取温度为70 ℃。

2.2.5 提取时间对藤椒黄酮提取率的影响

设定乙醇体积分数55%，料液比1∶30，微波功率400 W，提取温度80 ℃，比较不同提取时间对藤椒黄酮提取率的影响。

提取时间对藤椒黄酮提取率的影响见图6。

由图6 可知，随着提取时间的增加，藤椒黄酮提取率呈先增加后减少的趋势，在提取时间为25 min时提取率最高，达到7.29%，随着时间的延长，藤椒黄酮逐渐溶解在乙醇中，但随着提取时间的延长，部分藤椒黄酮因长时间的强热效应而发生分解，杂质成分的溶解也会增加，干扰吸光度值，导致提取率下降，因此选择藤椒黄酮的提取时间为25 min。