銀杏葉黃酮活性炭脫色工藝的研究

金華，鐘方麗，李秀萍，王建剛

（1.吉林化工學院分析測試中心，吉林吉林132022；2.吉林化工學院化學與制藥工程學院，吉林吉林130022；3.中國石油吉林石化公司研究院，吉林吉林132021）

銀杏葉黃酮活性炭脫色工藝的研究

金華1，鐘方麗2，*，李秀萍3，王建剛1

（1.吉林化工學院分析測試中心，吉林吉林132022；2.吉林化工學院化學與制藥工程學院，吉林吉林130022；3.中國石油吉林石化公司研究院，吉林吉林132021）

為了優化活性炭對銀杏葉黃酮脫色的工藝條件，通過單因素實驗考察脫色時間、pH值、脫色溫度以及活性炭用量對脫色率和黃酮保留率的影響。在單因素基礎上，采用四因素三水平正交試驗分析各因素與脫色率及黃酮保留率的關系。結果表明：活性炭脫色最佳條件為脫色時間60 min、pH 6.0、脫色溫度80℃、活性炭用量2.0%，在該條件下活性炭脫色率達55.07%，銀杏葉黃酮保留率為87.52%，相對誤差分別為0.94%及0.19%。脫色使銀杏葉黃酮提取液獲得良好色澤。

正交試驗；銀杏葉黃酮；活性炭；脫色

銀杏葉又名白果葉，是我國珍稀樹種銀杏的干燥葉。目前，以其為原料的提取物廣泛應用于藥品、保健品、食品添加劑以及化妝品等領域。2015年，銀杏葉制品僅在歐洲市場的年銷售額即為1.9億美元，作為植物界的“軟黃金”被世界各國消費者確認和接受。黃酮類化合物是銀杏葉提取物中的主要活性成分，具有延緩細胞老化、抗衰老、防止中老年常見腦部功能不足等功效。日本將已經其作為食品添加劑用來制作預防老年性癡呆的保健食品。國內已大量生產銀杏葉提取物出口，并有沖劑、口服液、功能性飲料等保健食品、藥品投放市場。銀杏葉黃酮提取物因含有葉綠素、類胡蘿卜素等雜質呈現深綠色，嚴重影響成品質量，因此脫色成為黃酮提取、分離、純化過程中的重要環節。目前應用較為廣泛的脫色方法有雙氧水法、活性炭法以及新興的大孔樹脂脫色法。雙氧水法是利用其強氧化性破壞色素結構使其不顯色而達到脫色目的，但同時也會對有效成分造成影響[2]。而活性炭和大孔樹脂是利用其孔狀結構對色素產生吸附作用使之與有效成分分離而達到脫色目的，樹脂較活性炭而言，價格較貴、操作較復雜，樣品處理量有限；活性炭成本低廉、同樣具有較強吸附能力，在工業上被廣泛用于分離、純化過程。其脫色效果與活性炭的種類、孔隙結構、表面性質以及具體條件有關[3]。本試驗擬采用活性炭吸附脫色法去除銀杏葉黃酮中的色素，采用正交試驗設計法優化脫色的工藝條件，為銀杏葉黃酮的純化和深度開發利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 材料與試劑

銀杏葉：吉林省吉林市吉林大藥房，顆?；钚蕴浚ǚ治黾儯荷蜿柺行挛髟噭S。

無水乙醇，蘆丁，硝酸鋁，亞硝酸鈉，氫氧化鈉均為國產分析純；去離子水：吉林化工學院分析測試中心自制。

1.1.2 儀器與設備

KQ2200型超聲儀：昆山市超聲儀有限公司；電熱恒溫水浴鍋：金壇市富華儀器有限公司；AUX120電子天平、UV-2501紫外分光光度計：日本島津；DHG-9070A型烘箱：上海一恒科技有限公司；DIGICEN20型離心機：德國ORTO ALRESA；PHS-3C型數顯pH計：上海精密科學儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 活性炭的預處理

活性炭在使用前先在烘箱中于105℃下烘30 min～40 min，取出置于真空干燥器中備用。

1.2.2 銀杏葉總黃酮的制備工藝流程[4-5]

銀杏葉→超微粉碎→過60目篩→超聲波提取→過濾→浸膏→總黃酮

1.2.3 黃酮含量的測定

配制濃度為0.1 mg/mL的蘆丁標準溶液。分別移取0.00、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00 mL置于10 mL的比色管中，加入5%的亞硝酸鈉溶液0.30 mL，放置6 min，然后再加入10%的硝酸鋁溶液0.30 mL，放置6 min，再加入5%的氫氧化鈉溶液4.00 mL后放置15 min，蒸餾水定容，以空白試劑為參比，在510 nm處測定吸光度。蘆丁濃度為橫標，吸光度為縱標作標準曲線，得回歸方程：y=0.113 8x+0.007（R2=0.979 3），線性范圍（0～10 μg/mL）。樣品配制成一定濃度的溶液，根據回歸方程計算提取液中總黃酮的含量。

1.2.4 黃酮脫色率和保留率的測定[6-7]

對活性炭脫色效果的評價，采用脫色率和黃酮保留率來表示。按下面公式計算脫色率和黃酮保留率（注：如樣品顏色過深時，稀釋一定倍數使吸光度滿足標準曲線線性范圍再進行測定，以下公式依據上述情況作相應的修正）：

脫色率/%=（脫色前吸光度-脫色后的吸光度）/脫色前的吸光度×100

黃酮保留率/%=脫色后黃酮含量/脫色前黃酮含量×100

1.2.5 活性炭脫色單因素試驗[8-10]

準確移取銀杏葉黃酮提取液5 mL于具塞試管中，加入1.0%的活性炭，攪拌均勻后置于40℃水浴鍋40 min，固定其它條件，分別考察活性炭用量（0%～2.0%）、脫色時間（10 min～100 min）、脫色溫度（30℃～80℃）以及pH值（4.0～10.0）對銀杏葉黃酮提取液的脫色率和黃酮保留率的影響。

1.2.6 正交試驗優化脫色工藝條件

為了考察各因素之間的交互影響，在單因素試驗基礎上，采用正交試驗設計，以活性炭用量、脫色時間、pH值以及脫色溫度為因素，以脫色率和黃酮保留率為考察指標，用四因素三水平的正交試驗優化工藝條件，因素水平表見表1。

表1 因素水平表Table 1 Factors and levels

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 活性炭用量對脫色效果的影響

準確移取銀杏葉黃酮提取液5 mL于具塞試管中，分別按照活性炭用量為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的比例加入活性炭，在中性條件，溫度40℃下振蕩40 min，離心取上清液，測定吸光度，計算脫色率和黃酮保留率，如圖1所示。

圖1 活性炭用量對脫色效果的影響Fig.1 Effect of proportion of active carbon on decolorization

結果表明，脫色率隨活性炭用量的增加呈遞增趨勢，活性炭用量增至1.0%后，脫色率增幅減??；黃酮保留率隨活性炭用量增加遞減。為了保證脫色率和黃酮保留率均處在較高水平，選擇1.0%為最佳活性炭用量。

2.1.2 脫色時間對脫色率的影響

準確移取銀杏葉黃酮提取液5 mL于具塞試管中，加入1.0%的活性炭，在中性條件，溫度40℃下，控制振蕩時間10、20、40、60、80、100 min，離心取上清液，測定吸光度，計算脫色率和黃酮保留率，如圖2所示。

圖2 脫色時間對脫色效果的影響Fig.2 Effect of bleaching time on decolorization

結果表明，在60 min前，脫色率隨著時間延長顯著上升，60 min后脫色率增加趨勢減緩；同時黃酮保留率隨時間延長逐漸下降，這可能是由于活性炭對黃酮的吸附作用使部分黃酮損失。綜合考慮黃酮保留率及脫色率，選擇60 min為脫色時間較適宜。

2.1.3 脫色溫度對脫色率的影響

準確移取銀杏葉黃酮提取液5 mL于具塞試管中，加入1.0%的活性炭，在中性條件，溫度40、50、60、70、80℃條件下，振蕩40 min，離心取上清液，測定吸光度，計算脫色率和黃酮保留率，如圖3所示。

圖3 溶液溫度對脫色效果的影響Fig.3 Effect of temperature on decolorization

結果表明，脫色率隨溫度升高而升高，因為活性炭脫色是吸熱過程，溫度升高有利于色素分子的擴散運動，對脫色有促進作用[12]。黃酮保留率呈現下降趨勢，一方面是活性炭吸附性能隨溫度升高而增強，造成部分黃酮損失，另一方面隨溫度升高，部分黃酮的結構可能發生變化，導致黃酮保留率降低。綜合考慮脫色率及黃酮保留率，選擇70℃為脫色溫度較適宜。

2.1.4 溶液pH對脫色率的影響

準確移取銀杏葉黃酮提取液5 mL于具塞試管中，加入1.0%的活性炭，在溫度40℃條件下，用HCl和NaOH溶液調節pH為4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、10.0，振蕩40 min，離心取上清液，測定吸光度，計算脫色率和黃酮保留率，如圖4所示。

圖4 pH對脫色效果的影響Fig.4 Effect of pH value on decolorization

結果表明，pH在酸性或偏酸性范圍內，脫色率較好[11]，弱堿性脫色效果與中性條件差異不大，pH為堿性時，脫色率明顯下降。而黃酮保留率隨溶液pH上升增加增加趨勢平緩，這可能是由于活性炭的吸附能力隨pH升高而下降的原因。綜合考慮脫色率和黃酮保留率，本試驗選擇pH為7.0適宜。

2.2 正交試驗優化工藝條件

本試驗采用綜合加權評分法[13-14]，權重系數均為0.5，分別把兩項中最大的指標定位100分，其它各號按下式評分：綜合評分=（黃酮保留率÷89.24%×100× 0.5）+（脫色率÷55.52%×100×0.5），結果見表2。

表2 正交試驗結果Table 2 Results of orthogonal experiment

續表2 正交試驗結果Continue table 2 Results of orthogonal experiment

由表2所示的正交試驗結果看出，影響銀杏葉黃酮活性炭脫色效果的因素，按影響程度的大小順序為A＞C＞D＞B，即活性炭用量影響最顯著，脫色溫度次之，再次為pH，脫色時間影響最弱。根據正交試驗結果確定銀杏葉黃酮活性炭脫色的最佳工藝為A3B2C3D1，即活性炭用量2.0%，脫色時間60 min，脫色溫度80℃，pH值6.0。

2.3 驗證試驗

為了檢驗正交法所得結果的可靠性，在最佳試驗條件下進行驗證試驗3次，銀杏葉黃酮脫色率為55.07%，黃酮保留率為87.52%。相對偏差分別為0.94%和0.19%，說明正交試驗分析法所得的最佳工藝可靠，驗證了該回歸模型的合理性。

3 結論

本試驗采用正交試驗設計優化銀杏葉黃酮活性炭脫色工藝。確定銀杏葉黃酮活性炭脫色最佳工藝為：脫色時間60 min、pH6.0、脫色溫度為80℃、活性炭用量2.0%。在此條件下驗證試驗結果為銀杏葉黃酮脫色率為55.07%，黃酮保留率為87.52%。該工藝既保證了銀杏葉黃酮具有較高水平的保留率，又具有較好的脫色效果。經脫色后的銀杏葉黃酮顏色由深綠色轉變為淺黃色。

采用活性炭脫色主要是利用其孔狀結構對色素產生吸附作用，使之與有效成分分離而達到脫色目的?；钚蕴康奈叫阅艹伺c吸附條件[15]、吸附質性質[16]有關外，更主要地取決于活性炭本身的孔隙結構和表面官能團[17]?？紫督Y構可以為吸附質提供駐留場所，其大小為吸附質的2倍～4倍時最有利于吸附[18]。本試驗中只研究了特定孔隙結構和比表面積的活性炭來討論吸附條件對吸附性能的影響，在后續的試驗中可以開展根據吸附質分子的大小來選擇活性炭材料的工作，也可以進一步討論活性炭表面官能團對吸附性能的影響。只有深入完善影響活性炭吸附性能的相關研究，才能在實際生產中真正發揮指導作用。

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Study on Decolorization Technology of Ginkgo Biloba Leaves Flavonoid with Active Carbon

JIN Hua1，ZHONG Fang-li2，*，LI Xiu-ping3，WANG Jian-gang1
（1.Center of Analysis and Measurement，Jilin Institute of Chemical Technology，Jilin 132022，Jilin，China；2.School of Chemistry and Pharmaceutical Engineering，Jilin Institute of Chemical Technology，Jilin 130022，Jilin，China；3.Research Institute of Jilin Petrochemical Co.，Ltd.，Petro China，Jilin 132021，Jilin，China）

Orthogonal array design was used to optimize the process of bleaching Ginkgo Biloba leaves flavonoid solution with activated carbon.On the basis of single factor test，the influence of four main factors including time，pH，temperature and active carbon amount based on flavonoid retention rate and decolorization rate were investigated.The experimental results showed that the optimal conditions were as follows：time 60 min，pH6.0，temperature 80℃and active carbon addition 2.0%.Under this condition，a decolorization rate of 55.07%and flavonoid retention rate of 87.52%were obtained，of which the relative errors were 0.94%and 0.19%respectively.Decolorization made Ginkgo Biloba leaves flavonoid with better color.

orthogonal array design；Ginkgo Biloba leaves flavonoid；activated carbon；decolorization

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.08.018

2016－07－31

吉林省科技廳項目（20110948）；吉林化工學院科技項目（2015042）

金華（1977—），女（漢），副教授，碩士，主要從事分析化學與儀器分析。

*通信作者：鐘方麗，教授。