3種方法提取沙棗黃酮工藝的優化研究

王 楠，劉戰霞，程衛東

(石河子大學食品學院，新疆石河子 832000)

沙棗(ElaeagnusangustifoliaL.)是一種藥食兩用的植物資源，其具有耐鹽堿、繁殖能力強、藥用價值高等自然優勢特點，且在新疆隨處可見。沙棗中具有多種活性成分，經濟價值較高。沙棗果實含糖量43%～59%，果糖約有20%，但研究表明沙棗中不含蔗糖和乳糖[1]。另外，含蛋白質8%，有機酸3%，果膠1%，果實中還含有黃酮類、核黃素、胡蘿卜素及17種氨基酸[2-5]。但是目前沙棗只有小部分在民間作為藥材、直接食用或進行簡單的初步加工，還有一些是動物自由采食，絕大多數成熟后腐爛廢棄，利用率很低，導致沙棗這種植物資源極大地浪費。目前國外報道關于沙棗的研究多為對其種植方式以及保健功能和藥理活性方面，包括抗氧化作用、抑菌效果、調節免疫力、抗炎止痛作用等。沙棗黃酮類物質能夠顯著清除機體氧自由基，這種抗氧化的能力是VE的數十倍，該抗氧化效果能阻礙細胞的衰老，遏制癌細胞的生長。Cansev等[6]通過對沙棗果皮提取物的抗氧化作用的研究，發現黃酮對·OH有顯著的清除效果。Erhart等[7]經過大量研究得出，黃酮類化合物抗腫瘤效果的靶點很多，能刺激癌細胞衰亡。有研究表明，黃酮類化合物可減少膽固醇含量，縮小心腦血管疾病的發生率，所以針對由糖尿病引起的視網膜病及毛細血管脆化有良好的效果；加速傷口愈合和止痛，可以用于各類敏感癥狀[8-11]。Ahmadiani等[12]通過觀察老鼠的慢性和急性疼痛，發現了沙棗果水提物的鎮痛作用。近年來，人們對沙棗中活性物質的開發、應用主要著眼于沙棗多糖，對于沙棗黃酮類化合物的研究相對較少。結合新疆當地的沙棗資源優勢，以沙棗為原料，沙棗黃酮為目標提取物，通過單因素和響應面試驗分析對比3種提取沙棗黃酮的方法，以獲得提取沙棗黃酮的最優工藝條件。

1 材料與方法

1.1材料

1.1.1原料與試劑。原料：沙棗，購自石河子市農貿市場，手工去核，冷凍干燥，粉碎過篩后保存備用。試劑：蘆丁對照品，標準品；無水乙醇、亞硝酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉均為分析純。

1.1.2儀器與設備。HD-500粉碎機，海道機械有限公司；Neofuge15R高速冷凍離心機，大康發展有限公司；BS2000S電子天平(d=0.1 mg)，北京賽多利斯天平有限公司；UV-9200紫外分光光度計，北京瑞利；KQ-200VDE超聲波清洗機，昆山市超聲儀器有限公司；ZXRD-7080美的微波爐，上海智城分析儀器有限公司；DK-8D電熱恒溫水浴鍋，金壇市醫療儀器廠。

1.2方法

1.2.1標準曲線的繪制。采用硝酸鋁顯色法[13]，以蘆丁作為標準品，根據蘆丁標準曲線可得到沙棗黃酮的濃度[14]。

1.2.2供試品溶液的制備。取沙棗干粉10 g至250 mL燒杯中，加入濃度為 60% 乙醇100 mL 浸泡30 min，調節超聲溫度為60 ℃，超聲提取30 min后，離心取上清液為沙棗黃酮提取物供試品溶液。

1.2.3黃酮含量計算。計算公式如下：

黃酮含量(mg/g)=a×c×V/W

式中，a為稀釋倍數，c為黃酮濃度，V為提取液體積，W為沙棗粉質量。

1.2.4傳統溶劑提取法。采用單因素試驗考察料液比[1∶5、1∶10、1∶15、1∶20(g∶mL)]、提取溫度(40、50、60、70 ℃)和乙醇濃度(50%、60%、70%、80%)對沙棗黃酮提取含量的影響。稱取沙棗粉2.00 g 4份，加入乙醇后浸泡30 min，水浴加熱提取，離心20 min，取1 mL上清液加入硝酸鋁顯色體系并定容于25 mL容量瓶中，20 min后測吸光度，計算黃酮含量。

根據單因素試驗結果，利用Design Expert 8.0軟件中的二次旋轉中心組合設計(central composite design，CCD)進行試驗設計，選取料液比(A)，提取溫度(B)，乙醇濃度(C)共3個因素，以單因素最佳條件確定因素水平，以沙棗黃酮含量為響應值，設計20組試驗，14個析因點，6個中心點，進行試驗設計分析，并找出最佳工藝參數。因素與水平設計見表1。

表1傳統溶劑提取法和超聲波輔助提取法CCD試驗因素水平設計

Table1FactorandLeveldesignofCCDtestfortraditionalsolventextractionandultrasonicassistedextraction

水平Level因素Factor料液比(A)Solid-liquid ratio(g∶mL)提取溫度(B)Extraction temperature∥℃乙醇濃度(C)Ethanol concentration∥%-1.681∶6.5943.1853.18-11∶1050.0060.0001∶1560.0070.0011∶2070.0080.001.681∶23.4176.8286.32

1.2.5超聲波輔助提取法。采用單因素試驗考察料液比[1∶5、1∶10、1∶15、1∶20(g∶mL)]、超聲溫度(40、50、60、70 ℃)和乙醇濃度(50%、60%、70%、80%)對沙棗黃酮提取含量的影響。稱取沙棗粉2.00 g 4份，加入乙醇后浸泡30 min，超聲提取，離心20 min，取1 mL上清液加入硝酸鋁顯色體系并定容于25 mL容量瓶中，20 min后測吸光度，計算黃酮含量。

根據單因素試驗結果，利用Design Expert 8.0軟件中的二次旋轉中心組合設計進行試驗設計，因素與水平設計同表1。

1.2.6微波輔助提取法。采用單因素試驗考察料液比[1∶5、1∶10、1∶15、1∶20(g∶mL)]、提取時間(3、5、10、15 min)和乙醇濃度(50%、60%、70%、80%)對沙棗黃酮提取含量的影響。稱取沙棗粉2.00 g 4份，加入乙醇后浸泡30 min，微波提取，離心20 min，取1 mL上清液加入硝酸鋁顯色體系并定容于25 mL容量瓶中，20 min后測吸光度，計算黃酮含量。

根據單因素試驗結果，利用Design Expert 8.0軟件中的二次旋轉中心組合設計進行試驗設計，因素與水平見表2。

表2微波輔助提取法CCD試驗因素水平設計

Table2FactorandLeveldesignofCCDtestwithmicrowave-assistedextraction

水平Level因素Factor料液比(A)Solid-liquid ratio(g∶mL)提取時間(B)Extraction timemin乙醇濃度(C)Ethanol concentration∥%-1.681∶6.591.5953.18-11∶105.0060.0001∶1510.0070.0011∶2015.0080.001.681∶23.4118.4186.32

1.2.73種提取方法的比較。 分別對比傳統溶劑提取法、超聲波輔助提取法和微波輔助提取法在最佳工藝條件下提取沙棗黃酮的含量，確定沙棗黃酮的最佳提取方法。

2 結果與分析

2.1標準曲線的繪制蘆丁標準品濃度與吸光度的關系，得到線性回歸方程為y=0.157 3x-0.134 9，R2=0.999 5。其中y為吸光度值，x為濃度(mg/mL)。結果表明，蘆丁標準品溶液在此范圍內，線性良好，符合比爾定律。

2.2傳統溶劑提取法

2.2.1單因素試驗。

2.2.1.1料液比對沙棗黃酮提取效果的影響。由圖1可知，料液比為1∶15(g∶mL)時，黃酮提取含量達到峰值。在一定的范圍內，料液比中溶劑量增加，有利于系統濃度差增加，利于黃酮類化合物的溶出；料液比中溶劑量過高，會沉淀出一些醇溶性雜質，并且會造成浪費。因此確定1∶15(g∶mL)為最佳料液比。

圖1 料液比對沙棗黃酮提取含量的影響Fig.1 Effects of solid-liquid ratio to extract content of Elaeagnus angustifolia flavonoids

2.2.1.2提取溫度對沙棗黃酮提取效果的影響。由圖2可知，提取溫度60 ℃時，黃酮提取含量達到峰值。隨著溫度的升高，分子運動速度加快，分子擴散和滲透作用增強，使得細胞內的成分更容易溶出，但溫度過高情況下，黃酮類化合物的結構可能會遭到破壞。因此選擇60 ℃作為沙棗黃酮的提取溫度。

圖2 提取溫度對沙棗黃酮提取含量的影響Fig.2 Effects of extraction temperature to extract content of Elaeagnus angustifolia flavonoids

2.2.1.3乙醇濃度對沙棗黃酮提取效果的影響。由圖3可知，在乙醇濃度70%時，提取含量達到峰值。當乙醇濃度為70%時，與沙棗中黃酮類化合物的極性相近，根據“相似相溶”原理，此時沙棗黃酮在其中的溶解度最大，更有利于溶出，因此選擇提取黃酮的乙醇濃度為70%。

圖3 乙醇濃度對沙棗黃酮提取含量的影響Fig.3 Effects of ethanol concentration to extract content of Elaeagnus angustifolia flavonoids

2.2.2響應面試驗。

2.2.2.1CCD試驗及結果分析。通過回歸系數分析得到傳統溶劑提取沙棗黃酮的回歸方程如下：含量(mg/g)=9.34+0.25A+0.085B-0.14C-0.18AB-0.40AC-0.20BC-0.59A2-0.78B2-0.79C2。

方差分析顯示，F模型=25.759 48，P模型=<0.000 1**；FA=9.216 097，PA=0.012 6*；FB=1.023 556，PB=0.335 5；FC=2.840 605，PC=0.122 8；FAB=2.737 946，PAB=0.129 0；FAC=13.204，PAC=0.004 6**；FBC=3.375 502，FBC=0.096 0；FA2=52.395 52，PA2<0.000 1**；FB2=91.215 23，PB2<0.000 1**；FC2=94.170 72，PC2<0.000 1**；F失擬合=1.217 677，P失擬合=0.417 1。回歸模型方差分析表明，模型變量與3個自變量之間的線性關系極顯著，有統計學意義，可以進行沙棗黃酮的預測和分析。試驗因素對沙棗黃酮含量的影響不僅存在線性關系，二次方關系很明顯，同時存在交互作用。對沙棗黃酮含量影響由高到低是料液比、乙醇濃度、提取溫度。

2.2.2.2響應曲面圖及分析。由圖4表明，A因素和B因素不存在交互作用。隨著料液比的增加，沙棗黃酮含量在快速增加，但超過一定值時，沙棗黃酮含量出現下降。隨著提取溫度的增加沙棗黃酮含量在緩慢增加，但超過一定值時，沙棗黃酮含量出現下降，表明料液比對沙棗黃酮含量的影響高于提取溫度。

圖4 料液比和溫度對沙棗黃酮提取含量的影響Fig.4 Effects of solid-liquid ratio and extraction temperature of Elaeagnus angustifolia flavonoids

由圖5表明，A因素和C因素存在交互作用，即A因素對沙棗黃酮含量的影響與C因素有關，C因素對沙棗黃酮含量的影響與A因素有關。隨著料液比的增加，沙棗黃酮含量在快速增加，但超過一定值時，沙棗黃酮含量出現下降。隨著乙醇濃度的增加沙棗黃酮含量在緩慢增加，但超過一定值時，沙棗黃酮含量出現下降，表明料液比對沙棗黃酮含量的影響高于乙醇濃度。

圖5 料液比和乙醇濃度對沙棗黃酮提取含量的影響Fig.5 Effects of solid-liquid ratio and ethanol concentration of Elaeagnus angustifolia flavonoids

由圖6表明，B因素和C因素不存在交互作用。隨著乙醇濃度的增加，沙棗黃酮含量在緩慢增加，但超過一定值時，沙棗黃酮含量出現緩慢下降。隨著提取溫度的增加沙棗黃酮含量在增加，但超過一定值時，沙棗黃酮含量出現下降，表明提取溫度和乙醇濃度對沙棗黃酮含量的影響差異不明顯。

圖6 乙醇濃度和溫度對沙棗黃酮提取含量的影響Fig.6 Effects of ethanol concentration and extraction temperature to extract content of Elaeagnus angustifolia flavonoids

2.2.3驗證試驗。由曲面圖結合回歸方程得出傳統溶劑法提取沙棗黃酮的最佳工藝參數為提取溫度60.44 ℃，料液比1∶16.31 (g∶mL)，乙醇濃度為68.41%，在此條件下黃酮提取含量達到最高，理論預測值為9.386 mg/g。為檢驗響應面試驗的可靠性，采用上述最優條件進行驗證試驗，同時考慮到操作的方便性，將提取工藝參數修正為提取溫度60 ℃，料液比為1∶15(g∶mL)，乙醇濃度為70%，在此條件下，對沙棗黃酮進行3次提取，平均提取含量達到8.976 mg/g，與預測值接近，說明該模型能較好地分析和預測沙棗黃酮的提取工藝參數，試驗方法可靠。

2.3超聲波輔助提取法

2.3.1單因素試驗。由圖7可知，選取1∶15(g∶mL)為提取沙棗黃酮的最佳料液比。由圖8可知，選擇60 ℃作為沙棗黃酮的提取溫度。由圖9可知，選擇提取黃酮的乙醇濃度為70%。

圖7 料液比對沙棗黃酮提取含量的影響Fig.7 Effects of solid-liquid ratio to extract content of Elaeagnus angustifolia flavonoids

圖8 提取溫度對沙棗黃酮提取含量的影響Fig.8 Effects of extraction temperature to extract content of Elaeagnus angustifolia flavonoids

圖9 乙醇濃度對沙棗黃酮提取含量的影響Fig.9 Effects of ethanol concentration to extract content of Elaeagnus angustifolia flavonoids

2.3.2響應面試驗。

2.3.2.1CCD試驗及結果分析。通過回歸系數分析得到超聲波輔助提取沙棗黃酮的回歸方程如下：含量=11.29+0.054A+0.28B+0.039C+0.33AB-0.25AC+0.18BC-0.44A2-0.81B2-0.67C2。

方差分析顯示，F模型=12.674，P模型=0.000 2**；FA=0.243 56，PA=0.632 3；FB=6.496 95，PB=0.028 9*；FC=0.128 77，PC=0.727 2；FAB=5.308 95，PAB=0.043 9*；FAC=3.013 85，PAC=0.113 2；FBC=1.614 08，PBC=0.232 7；FA2=17.066 7，PA2=0.002 0**；FB2=57.400 1，PB2<0.000 1**；FC2=40.098 8，PC2<0.000 1**；F失擬合=2.193 39,P失擬合=0.204 5。回歸模型方差分析表明，說明模型變量與3個自變量之間的線性關系極顯著，有統計學意義。試驗因素對沙棗黃酮含量的影響不僅存在線性關系，二次方關系很明顯，同時存在交互作用。對沙棗黃酮含量影響由高到低是提取溫度、料液比、乙醇濃度。

2.3.2.2響應曲面圖及分析。由圖10可知，A因素和B因素存在交互作用。提取溫度對沙棗黃酮含量的影響高于料液比。由圖11可知，A因素和C因素存在交互作用。料液比和乙醇濃度對沙棗黃酮含量的影響差異不明顯。由圖12可知，B因素和C因素不存在交互作用。提取溫度對沙棗黃酮含量的影響高于乙醇濃度。

圖10 料液比和溫度對沙棗黃酮提取含量的影響Fig.10 Effects of solid-liquid ratio and extraction temperature of Elaeagnus angustifolia flavonoids

圖11 料液比和乙醇濃度對沙棗黃酮提取含量的影響Fig.11 Effects of solid-liquid ratio and ethanol concentration of Elaeagnus angustifolia flavonoids

圖12 乙醇濃度和溫度對沙棗黃酮提取含量的影響Fig.12 Effects of ethanol concentration and extraction temperature to extract content of Elaeagnus angustifolia flavonoids

2.3.3驗證試驗。由曲面圖結合回歸方程得出超聲波輔助法提取沙棗黃酮的最佳工藝參數為溫度為62.02 ℃，料液比1∶15.65(g∶mL)，乙醇濃度70.32%，在此條件下黃酮提取含量達到最高，理論預測值為11.328 mg/g。為檢驗響應面試驗的可靠性，采用上述最優條件進行驗證試驗，同時考慮到操作的方便性，將提取工藝參數修正為提取溫度60 ℃，料液比1∶15(g∶mL)，乙醇濃度70%，在此條件下，對沙棗黃酮進行3次提取，平均提取含量達到11.163 mg/g，與預測值接近，說明該模型能較好地分析和預測沙棗黃酮的提取工藝參數，試驗方法可靠。

2.4微波輔助提取法

2.4.1單因素試驗。

2.4.1.1料液比對沙棗黃酮提取效果的影響。由圖13可知，選取1∶15(g∶mL)為提取沙棗黃酮的最佳料液比。

圖13 料液比對沙棗黃酮提取含量的影響Fig.13 Effects of solid-liquid ratio to extract content of Elaeagnus angustifolia flavonoids

2.4.1.2提取時間對沙棗黃酮提取效果的影響。由圖14可知，浸提時間為10 min時，提取含量達到峰值。因為微波時間太短時，沙棗黃酮不能完全溶解到溶液中；而當時間過長時，高溫破壞了沙棗黃酮成分，引起黃酮類物質分解。因此確定10 min為沙棗黃酮的最佳提取時間。

圖14 提取時間對沙棗黃酮提取含量的影響Fig.14 Effects of extraction time to extract content of Elaeagnus angustifolia flavonoids

2.4.1.3乙醇濃度對沙棗黃酮提取效果的影響。由圖15可知，選擇提取黃酮的乙醇濃度為70%。

圖15 乙醇濃度對沙棗黃酮提取含量的影響Fig.15 Effects of ethanol concentration to extract content of Elaeagnus angustifolia flavonoids

2.4.2響應面試驗。

2.4.2.1CCD試驗及結果分析。通過回歸系數分析得到超聲波輔助提取沙棗黃酮的回歸方程如下：含量=9.95+0.30A+0.001 862B-0.13C+0.14AB-0.30AC-0.058BC-0.80A2-0.067B2-0.84C2。

方差分析可知，F模型=20.847 2，P模型<0.000 1**；FA=9.756 6，PA=0.010 8*；FB=0.000 3，PB=0.985 0；FC=1.743 0，PC=0.216 2；FAB=1.249 6，PAB=0.289 8；FAC=5.688 9，PAC=0.038 3*;FBC=0.212 7，PBC=0.654 6；FA2=72.123 0，PA2<0.000 1**；FB2=50.115 6，PB2<0.000 1**；FC2=79.674 5，PC2<0.000 1**；F失擬合=0.836 9，P失擬合=0.575 1。回歸模型方差分析說明模型變量與3個自變量之間的線性關系極顯著，有統計學意義，試驗因素對沙棗黃酮含量的影響不僅存在線性關系，二次方關系很明顯，同時存在交互作用。對沙棗黃酮含量影響由高到低是料液比、乙醇濃度、提取溫度。

2.4.2.2響應曲面圖及分析。由圖16可見，A因素和B因素不存在交互作用。料液比對沙棗黃酮含量的影響高于提取時間。由圖17可見，A因素和C因素存在交互作用，料液比對沙棗黃酮含量的影響高于乙醇濃度。由圖18可見，B因素和C因素不存在交互作用。提取時間對沙棗黃酮含量的影響高于乙醇濃度。

圖16 料液比和時間對沙棗黃酮提取含量的影響Fig.16 Effects of solid-liquid ratio and extraction time of Elaeagnus angustifolia flavonoids

圖17 料液比和乙醇濃度對提取含量的影響Fig.17 Effects of solid-liquid ratio and ethanol concentration of Elaeagnus angustifolia flavonoids

圖18 乙醇濃度和時間對沙棗黃酮提取含量的影響Fig.8 Effects of ethanol concentration and extraction time of Elaeagnus angustifolia flavonoids

2.4.3驗證試驗。由曲面圖和等高線圖，再結合回歸方程得出超聲波輔助法提取沙棗黃酮的最佳工藝參數為提取時間10.14 min，料液比1∶16.07(g∶mL)，乙醇濃度為68.85%，在此條件下黃酮提取含量達到最高，理論預測值為9.992 mg/g。為檢驗響應面試驗的可靠性，采用上述最優條件進行驗證試驗，同時考慮到操作的方便性，將提取工藝參數修正為提取時間10 min，料液比為1∶15(g∶mL)，乙醇濃度為70%，在此條件下，對沙棗黃酮進行3次提取，平均提取含量達到10.113 mg/g，與預測值接近，說明該模型能較好地分析和預測沙棗黃酮的提取工藝參數，試驗方法可靠。

2.53種提取方法的比較傳統溶劑提取法得到沙棗黃酮提取含量8.976 mg/g，超聲波輔助提取法得到沙棗黃酮提取含量11.163 mg/g，微波輔助提取法得到沙棗黃酮提取含量10.113 mg/g。因此超聲波輔助提取法效果最佳，微波輔助提取法次之，傳統溶劑提取法提取黃酮含量最低。因此選用超聲波輔助提取法。

3 結論

以新疆沙棗為原料，比較傳統溶劑提取法、超聲波輔助提取法和微波輔助提取法對沙棗黃酮提取效果的影響。通過單因素試驗，考察料液比、提取時間、提取溫度和乙醇濃度的影響。利用Design Expert 8.0軟件中的二次旋轉中心組合設計(central composite design，CCD)進行試驗設計。對比得到超聲波輔助提取法的效果優于其他2種方法，因此選用該方法進行沙棗黃酮的提取，為后續的沙棗黃酮純化及應用試驗提供可靠依據，其最佳工藝條件為提取溫度為62.02 ℃，料液比1∶15.65(g∶mL)，乙醇濃度70.32%，此條件下沙棗黃酮含量達最高，理論預測值為11.320 mg/g。驗證試驗得出，提取溫度60 ℃，料液比為1∶15(g∶mL)，乙醇濃度為70%，提取含量達到11.163 mg/g。