微波光波組合輻射輔助提取赤小豆黃酮的機(jī)制分析

彭 游，李同建

（1.九江學(xué)院化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，江西九江332005；2.九江學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，江西九江332000）

微波光波組合輻射輔助提取赤小豆黃酮的機(jī)制分析

彭 游1，李同建2

（1.九江學(xué)院化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，江西九江332005；2.九江學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，江西九江332000）

考察赤小豆總黃酮的微波光波組合輻射提取法，并對(duì)提取機(jī)理進(jìn)行分析。發(fā)現(xiàn)微波光波提取法以功率800W（微波55%與光波45%）加熱6min后，70%乙醇萃取得總黃酮，總黃酮的提取率為1.24%，與相應(yīng)的常規(guī)加熱回流提取法接近，該法有操作簡(jiǎn)單快速、成本低等優(yōu)點(diǎn)。利用熒光顯微鏡FM、IR對(duì)微波提取機(jī)理進(jìn)行初步研究表明，微波光波可能是從對(duì)植物組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響上來(lái)改善次生代謝產(chǎn)物的提取效率。

赤小豆黃酮，微波光波，提取機(jī)理，紅外光譜

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

赤小豆 產(chǎn)自內(nèi)蒙通遼；蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品 中國(guó)藥品生物檢定所；其它試劑 為分析純或化學(xué)純。

G8023CSL-K3型格蘭仕光波/微波爐，Nicocet 5700 FT-IR紅外光譜儀（IR），Olympus熒光顯微鏡（FM）。

1.2 赤小豆黃酮的微波光波組合干法輔助提取

稱取樣品10g粉碎至0.022～0.056mm，置于光波爐中，微波光波組合方式加熱，功率800W（微波55%與光波45%）加熱6min后，用50mL 70%的乙醇分兩次萃取（回流30min）得總黃酮提取物。用外標(biāo)法以蘆丁為標(biāo)準(zhǔn)品測(cè)定按文獻(xiàn)[3]的方法測(cè)定總黃酮的含量。

1.3 黃酮的提取機(jī)理研究

同一赤小豆樣品在微波輻射前、微波輻射后提取前、提取后的粉末研細(xì)后與KBr一起壓片，經(jīng)IR掃描分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)測(cè)定。對(duì)同一樣品在微波輻射前、微波輻射后提取前、提取后的粉末用FM直接觀察并拍照。

2 結(jié)果與討論

2.1 平行實(shí)驗(yàn)優(yōu)選法優(yōu)化微波提取工藝

大多數(shù)黃酮類化合物在乙醇中的紫外吸收光譜由兩個(gè)主要吸收帶組成。出現(xiàn)在300～400nm之間的吸收帶稱為帶Ⅰ，出現(xiàn)在240～280nm之間的吸收帶稱為帶Ⅱ。赤小豆的乙醇提取物的UV吸收在270nm有強(qiáng)的吸收，落在240～280nm之間。

以赤小豆總黃酮的提取率來(lái)考察赤小豆黃酮的提取效果，提取率（%）為總黃酮的質(zhì)量與樣品質(zhì)量之比。

2.1.1 不同微波加熱方式對(duì)黃酮提取的影響 分別取10g樣品用不同的微波光波組合方式提取其中的黃酮，加熱時(shí)間為6min，微波為100%的火力（800W），結(jié)果見表1。

表1 不同微波組合加熱方式對(duì)黃酮提取的影響

由表1可見，在輻射總功率不變的情況下，僅用微波加熱或光波加熱提取效果均不太理想，特別是只用光波加熱，提取率最低為0.34%。而選用微波光波組合提取率明顯上升，30%微波+70%光波已與常規(guī)加熱回流提取接近[3]。特別是55%微波和45%光波組合方式，提取效果最好，可能是光波的迅速致熱比只用微波有更高的加熱溫度，使細(xì)胞內(nèi)溶物沸騰，配合微波的內(nèi)加熱與分子攪拌功能，加快植物細(xì)胞的破裂更有利于黃酮的分離。

2.1.2 微波輻照時(shí)間對(duì)黃酮提取的影響 分別取10g樣品用同一微波光波組合方式（55%微波+45%光波）加熱，不同的輻照時(shí)間提取其中的黃酮，微波均為100%的火力（800W），結(jié)果見表2。

表2 微波輻照時(shí)間對(duì)黃酮提取的影響

由表2可以看出：微波輻射6min后，延長(zhǎng)微波輻照時(shí)間對(duì)收率并沒有明顯提高。相反在實(shí)驗(yàn)中，還帶來(lái)了褐色的，既不溶水、也不溶于乙醇等有機(jī)溶劑的油狀物。

通過平行實(shí)驗(yàn)優(yōu)選法優(yōu)化的赤小豆微波提取工藝：微波光波組合加熱（55%微波+45%光波），800W，加熱時(shí)間為6min，該法赤小豆總黃酮的提取率為1.24%。與相應(yīng)的常規(guī)提取文獻(xiàn)[3]相比接近，但該法有操作簡(jiǎn)單快速、成本低等優(yōu)點(diǎn)，值得進(jìn)一步研究。

2.2 赤小豆黃酮的微波光波干法提取機(jī)制分析

2.2.1 赤小豆樣品的FM拍照結(jié)果 用FM對(duì)同一赤小豆在微波輻照前，微波輻照后提取前，提取后的粉末樣品經(jīng)固綠染色后觀察并拍照（放大倍數(shù)為400），結(jié)果見圖1。由圖1可以明顯看出：微波輻照前赤小豆樣品組織細(xì)胞完整并清晰可見（A），微波輻照后樣品的部分細(xì)胞發(fā)生破裂（B），提取后細(xì)胞破裂成多塊（C）。由于微波輻照后樣品的部分細(xì)胞發(fā)生破裂，乙醇溶劑能在短時(shí)間30min內(nèi)就能使細(xì)胞破裂成多塊，使黃酮等次生代謝產(chǎn)物充分被萃取出來(lái)。

圖1 三種赤小豆樣品的FM相片注：A：原料；B：微波后樣品；C：提取后樣品。

2.2.2 赤小豆樣品的IR譜圖 用IR對(duì)同一赤小豆樣品在微波輻射前，微波輻射后提取前，提取后的結(jié)構(gòu)測(cè)定（圖2～圖4）。赤小豆樣品的特征物質(zhì)的紅外相對(duì)吸收強(qiáng)度見表3。

由圖2和圖3可以看出，微波前后，樣品的IR圖譜幾乎沒有變化，這與微波前后樣品的物質(zhì)組成幾乎沒有改變相一致；對(duì)比圖4，IR圖譜發(fā)生了根本變化。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[6-7]，對(duì)部分譜帶進(jìn)行歸屬：3391cm-1處為-O-H的伸縮振動(dòng)峰；2930、1395cm-1附近為CH2-和CH3-的吸收峰；1651、1539、1463cm-1附近為苯環(huán)的骨架振動(dòng)峰；1242cm-1附近為=C-O-C的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰。

圖2～圖4表明，三者在1050cm-1附近有強(qiáng)度較強(qiáng)、峰形尖銳而底寬的吸收峰，是C-O鍵伸縮振動(dòng)導(dǎo)致的吸收峰，并且1049cm-1附近吸收峰強(qiáng)度高于1651cm-1附近峰的強(qiáng)度，說明其內(nèi)含有一定量的甙類物質(zhì)[8-9]。由表3可知，提取前后的峰強(qiáng)比相等，表明在乙醇條件下，赤小豆中的五環(huán)三萜皂苷類物質(zhì)并沒有被提取，這里用1049cm-1附近吸收峰強(qiáng)來(lái)代表甙類物質(zhì)的含量。由文獻(xiàn)[10]可知，1242cm-1處的峰強(qiáng)與總黃酮含量有比較直接的相關(guān)關(guān)系，本文用該特征峰強(qiáng)比來(lái)定性判斷黃酮的含量，根據(jù)1242cm-1處的峰強(qiáng)與1049cm-1附近吸收峰強(qiáng)來(lái)代表樣品中黃酮的含量。由表3可以看到，從標(biāo)定=C-O-C的相對(duì)吸收強(qiáng)度，在微波前后都等于1，而提取后為0.83，說明提取后的樣品的黃酮含量要比提取前要少，紅外光譜能夠正確反映赤小豆中黃酮的提取情況。

表3 赤小豆樣品的特征物質(zhì)的紅外相對(duì)吸收強(qiáng)度

圖2 赤小豆樣品微波輻射前的紅外譜圖

圖3 赤小豆樣品微波輻射后的紅外譜圖

圖4 總黃酮提取后赤小豆樣品的紅外譜圖

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)優(yōu)選了一種植物總黃酮的清潔、高效、簡(jiǎn)便的微波/光波組合提取新方法，并對(duì)微波輔助提取機(jī)理加以分析。運(yùn)用IR與FM手段進(jìn)行微波提取機(jī)制進(jìn)行研究，從微波對(duì)植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響上闡明植物次生代謝產(chǎn)物的微波提取機(jī)制。研究表明：次生代謝產(chǎn)物如黃酮存在于植物細(xì)胞的液泡中，微波輻照下，極性的黃酮分子、水分子等高速旋轉(zhuǎn)，破壞了黃酮分子與周圍分子的分子間力平衡。同時(shí)光波的迅速致熱比只用微波有更高的加熱溫度，有利于植物細(xì)胞壁的破裂與液泡中介質(zhì)沸騰而沖破液泡，同時(shí)木質(zhì)素細(xì)胞壁中的強(qiáng)極性分子糖類同樣在微波下高速旋轉(zhuǎn)，而加快破裂，從而有利于黃酮等次生代謝產(chǎn)物與組織細(xì)胞的分離。

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Study on extraction mechanism of total flavone from red phaseolus bean by microwave and light wave radiation

PENG You1,LI Tong-jian2
（1.Department of Chemistry and Environment Engineering,Jiujiang University,Jiujiang 332005,China；2.Department of Life Science,Jiujiang University,Jiujiang 332000，China）

The extraction method and mechanism of total flavonoids from red phaseolus bean had been studied using microwave and light wave radiation.The total flavonoids were extracted with ethyl alcohol after heating the sample for 6min with power 800W (microwave 55%and light wave 45%).The extraction rate of total flavonoids was 1.24%，which closes with the conventional extraction process.This method has many merits，such as simple，rapid，low cost，and so on.Extraction mechanism was investigated preliminarily with high magnification fluorescence microscope FM，IR.It indicated that the improvement of extraction efficiency of secondary metabolite maybe due to the plant tissue cell structure that were broken by microwave and light wave.

red phaseolus bean flavones；microwave and light-wave；extraction mechanism；IR

TS201.2

B

1002-0306（2011）10-0361-03

赤小豆（semen phaseoli）為豆科植物赤小豆vigna umbeuata Ohwi et Ohashi的干燥成熟種子，具有利水消腫、解毒排膿的功能[1]。赤小豆既是常用中藥，又是我國(guó)廣泛食用的豆類。赤小豆始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，其后歷代本草、醫(yī)方亦多有記載。現(xiàn)代藥理研究表明，赤小豆具有抗氧化、增強(qiáng)免疫、抗菌等藥理作用，廣泛應(yīng)用于臨床治療急性腎炎、肝硬化腹水、水痘、腮腺炎等[2]。赤小豆主要含有五環(huán)三萜皂苷類、黃酮類、鞣質(zhì)等化合物。其黃酮類化合物具有較強(qiáng)的體外抗氧化作用，是預(yù)防和治療腫瘤、肝病等疾病的有效成分。其黃酮化合物的提取僅有常歸回流醇提報(bào)道[3]，未見采用微波光波組合對(duì)赤小豆黃酮進(jìn)行提取的文獻(xiàn)報(bào)道，特別是赤小豆異黃酮的微波光波無(wú)溶劑提取工藝及機(jī)理的研究在理論與應(yīng)用兩方面均有重要的意義。微波提取技術(shù)是天然產(chǎn)物提取中一種十分有發(fā)展?jié)摿Φ男录夹g(shù)。微波是一種頻率在300MHz～300GHz之間的電磁波，具有波動(dòng)性、高頻性、熱特性和非熱特性四大基本特性。自Ganglier等最早利用微波萃取法從羽扇豆中提取鷹爪豆生物堿后，該技術(shù)成為天然產(chǎn)物提取的有力工具[4]。本實(shí)驗(yàn)室對(duì)微波提取沙棘黃酮做了初步探索[5]，本文主要報(bào)道赤小豆總黃酮的微波光波干法提取機(jī)理分析的研究工作。

2011-06-07

彭游（1971-），男，博士，副教授，研究方向：食品化學(xué)與營(yíng)養(yǎng)。

江西省自然科學(xué)基金（2010GZN0106）；江西省教育廳科技項(xiàng)目（GJJ11626）。