茭白中黄酮类物质的提取工艺优化研究

何莉萍，王紫欣，张泽英，黄爱妮，李 丽，高 维

（武昌工学院城市建设学院，湖北武汉 430065）

茭白（Zizania latifolia Stapf.)，又名高瓜、菰笋、菰手、茭笋，是禾本科菰属多年生宿根草本植物，其产量在水生蔬菜中仅次于莲藕，位居第2 位。茭白具有化热消痰、除身热、解酒热毒、甘温除烦热的作用， 《本草拾遗》 记者有 “茭白味甘，无毒，去烦热，止渴，除目黄，利大小便，止热痢，解酒”[1-2]。现代研究发现茭白具有一定的增进食欲、预防高血压和动脉硬化的保健和药用功能。茭白中含有多糖、黄酮、多糖等物质，具有一定的抗氧化活性[3]。

目前，茭白大多作为新鲜蔬菜销售，深加工程度低，常见的研究大多集中在茭白的栽培及保鲜技术上，仅有一篇论文是利用微波辅助提取法提取茭白总黄酮[4]。目前，植物黄酮的提取方法主要有有机溶剂提取法、微波辅助提取法、超声波辅助提取法等，其中超声波辅助提取法因其提取时间短、提取率高、提取的产品活性高等优点被广泛应用[5-7]。采用超声波提取法提取茭白中的黄酮，以期为茭白黄酮的提取提供一条新的方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜茭白，购于武汉白沙洲大市场；芦丁标准品，Sigma 公司提供；氢氧化钠、亚硝酸钠、硝酸铝、三氯化铝等，均为分析纯。

茭白处理方法：将新鲜茭白进行洗净切碎后，放入60 ℃恒温干燥箱中烘干至茭白内部无明显水分，粉碎后过40 目筛，备用。

1.2 仪器与设备

GZX-9070M 型电热恒温数显鼓风烘箱，上海博讯有限公司产品；UV-100 型紫外分光光度计，上海美析仪器有限公司产品；JA1001 型分析天平，奥豪斯仪器有限公司产品；HH-2 型恒温水浴锅，国华电器有限公司产品；KQ500DB 型超声波清洗器，昆山舒美超声仪器有限公司产品；LD5-2A 型台式低速离心机，北京京立离心机有限公司产品；LPF-800T 型粉碎机，永康市红太阳机电有限公司产品。

1.3 黄酮标准曲线的绘制

称取芦丁纯品0.01 g，再取体积分数80%乙醇溶液50 mL，配置得到0.2 mg/mL 的芦丁标准溶液。以1 mL 为单位，取5 种不同分量的溶液放在具塞刻度试管中，加质量分数5%亚硝酸钠0.3 mL，静置6 min，再加质量分数10%硝酸铝0.3 mL，静置6 min，最后加质量分数4%氢氧化钠4.0 mL 后加水至刻度，摇晃均匀，静置12 min 后于波长510 nm 处测黄酮含量，以吸光度A 作为纵坐标、芦丁标准液质量浓度C 作为横坐标做标准回归曲线，得出回归方程。

1.4 超声波法提取茭白总黄酮的单因素试验

经预试验确定，影响超声波法提取茭白总黄酮提取率的相关参数有乙醇体积分数、料液比、超声时间、超声温度、超声功率。各单因素操作过程中，其他因素为如下所示其他因素数据的最中间的值，仅该因素的5 个因子按如下数据发生变化。

各单因素试验方法：准确称取0.50 g 茭白粉末，置于50 mL 具塞比色管中，按料液比（1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，1∶35） 加入一定体积分数（50%，60%，70%，80%，90%） 的乙醇溶液，摇匀并尽量减少管壁过多的茭白粉末附着，将具塞比色管放入一定超声温度（30，40，50，60，70 ℃）、超声时间（ 10， 20， 30， 40， 50 min） 、 超 声 功 率（150，300，450，600，750 W） 的超声波清洗器后，提取液以转速4 000 r/min 离心10 min，取上清液，并稀释至吸光度为0.400～0.700，于波长510 nm 处利用分光光度计比色，计算其黄酮类物质的含量。

1.5 超声波法提取茭白总黄酮的正交试验设计

经1.4 的各单因素试验，采用五因素四水平的正交试验设计优化工艺参数。

超声波法提取茭白总黄酮的正交试验设计见表1。

表1 超声波法提取茭白总黄酮的正交试验设计

1.6 茭白黄酮提取率的计算

用NaNO2-Al（NO3）3-NaOH 体系络合化学吸收法测定黄酮。取一定量的荷叶黄酮样液，用体积分数30%乙醇补充至5 mL，分别加入质量分数10%硝酸铝溶液0.3 mL，混匀，用体积分数30%乙醇定容至刻度线，放置10 min 后于波长510 nm 处测定其吸光度值，按如下公式计算茭白黄酮提取率：

式中：Y——黄酮类物质的含量，%；

C——根据标准曲线求得的黄酮类物质的质量浓度，mg/mL；

N——稀释倍数；

V——定容体积，mL；

W——茭白的质量，mg。

2 结果与分析

2.1 芦丁标准曲线的绘制

芦丁标准曲线见图1。

由图1 可知，得到回归曲线方程为：

Y = 0.497 4X+0.006 3，R2=0.999 7.

式中：Y——测定样品的吸光度；

X——芦丁质量浓度，mg/mL。

2.2 乙醇体积分数对茭白中黄酮类物质提取率的影响

乙醇体积分数对茭白中黄酮类物质提取率的影响见图2。

由图2 可知，黄酮提取率在乙醇体积分数较低时呈上升趋势，其原因是乙醇体积分数较低时，部分黄酮类物质分子与分子间排列紧密，分子间作用力较大，无法将茭白中的黄酮类物质提取出来，导致其溶出率较低；当乙醇体积分数提升至70%以上时，茭白黄酮提取率呈现缓慢下降趋势，可能是因为茭白中非极性的杂质溶出，影响茭白中黄酮类物质的溶出，从而使黄酮提取率稍有下降。

2.3 料液比对茭白中黄酮类物质提取率的影响

料液比对茭白中黄酮类物质提取率的影响见图3。

由图3 可知，料液比与提取率先成正比后成反比，在1∶25 时其提取率最高，一般来说，料液比越大，可以加快溶剂的扩散运动，使得黄酮类物质的提取率随之增大，但随着溶剂量达到能溶解大部分黄酮类物质时，溶剂量持续增加后提取率缓慢下降，这可能是因为溶剂量过大后，造成回收困难，对黄酮提取率造成间接影响。

2.4 超声时间对茭白中黄酮类物质提取率的影响

超声时间对茭白中黄酮类物质提取率的影响见图4。

由图4 可知，随着超声时间延长，茭白中黄酮类物质的提取率呈明显上升趋势，这可能是因为茭白中的黄酮类物质大量存在于细胞组织中，通过超声波作用不断溶出。在30 min 后，超声时间继续增加，但黄酮类物质的提取率呈明显下降趋势，可能存在的原因是黄酮类物质受热时间过长被氧化，使得其提取率降低。

2.5 超声温度对茭白中黄酮类物质提取率的影响

超声温度对茭白中黄酮类物质提取率的影响见图5。

由图5 可知，随着超声温度的升高，茭白中黄酮类物质的提取率呈小幅度上升状态，在温度达到50 ℃时其提取率最高，这是由于随着超声温度的升高，分子运动加剧，且加速茭白细胞壁的破裂，使茭白中的黄酮类物质更好地溶解于乙醇溶剂中；随着超声温度的继续升高，茭白黄酮提取率稍有下降，可能是因为部分黄酮类物质在高温环境中发生氧化导致。试验结果表明，在超声温度为50 ℃时茭白中黄酮类物质提取率最高。

2.6 超声功率对茭白中黄酮类物质提取率的影响

超声功率对茭白中黄酮类物质提取率的影响见图6。

由图6 可知，超声功率与提取率先上升后下降，并在超声功率为450 W 达到最大值。当超声功率较低时，随着功率的增加，破碎细胞的作用增强，在很大程度上提升了提取率，但当超声功率达到一个定值，即超声功率为450 W 时，溶液中存在的非黄酮类物质杂质增多，且部分黄酮类物质发生降解，导致黄酮提取率有一定降低。

2.7 超声波辅助提取法提取茭白中黄酮类物质正交试验设计

茭白中黄酮类物质L16（45）正交试验结果见表2。

表2 茭白中黄酮类物质L16（45）正交试验结果

由表2 可知，影响茭白总黄酮提取率的因素主次顺序为超声功率（E） ＞乙醇体积分数（A） ＞超声时间（C） ＞料液比（B） ＞超声温度（D），最优组合为A2B2C3D2E2，即乙醇体积分数70%，料液比1∶25 （W∶V），超声时间30 min，超声温度50 ℃，超声功率450 W，此时，茭白总黄酮的得率0.528%。经过验证试验，得到该最优组合条件下得率0.532%。