苦蕎麥米黃酮提取的兩種工藝研究

田曉晶，李莉莉，陳四平

（河北師范大學化學與材料科學學院，河北石家莊050024）

苦蕎麥屬于寥科蕎麥屬，為一年生草本雙子葉谷類植物[1]。苦蕎麥學名為韃靼蕎麥，還有許多別稱例如蕎葉七、萬年蕎、烏麥、菠麥和花蕎等[2]。苦蕎麥米是由苦蕎麥原顆粒經過脫殼后而成。我國苦蕎麥大多分布于西南地區的四川、云南、貴州、甘肅、陜西等省[3]。《本草綱目》中記載苦蕎可以“降氣寬腸，磨積滯，清熱解毒鎮風痛”[4]。中醫學上認為苦蕎麥是谷類作物中唯一集七大營養素于一身的農作物，被譽為“五谷之王”[5]。苦蕎麥中不僅含有膳食纖維、維生素、蛋白質、淀粉、氨基酸、不飽和脂肪酸、微量元素、礦物質等營養成分[6-8]，還含有其它谷類作物所不具有的生物類黃酮物質蘆丁[9-11]，這些黃酮類物質具有抗氧化[12]、抗病毒[13]、抗疲勞[14]、抗癌[15-16]、抗菌[17]、降血糖[18]、降血脂[19]、降尿糖[20]、清熱解毒、活血化瘀[21]等廣泛的藥理作用。苦蕎麥營養價值極為豐富，食療功效非凡，可用來預防和輔助治療糖尿病、高血脂癥和高血壓等疾病[22]。近年來苦蕎麥逐漸成為食品研究開發關注的焦點，目前以苦蕎麥作為原料開發成各種保健食品，例如苦蕎麥復合飲料[23]、苦蕎麥面包、苦蕎麥掛面、苦蕎麥維夫餅干等[24]。可見，苦蕎麥是一種極具開發應用潛力和重要研究價值的藥食兩用綠色食品。本文通過分析恒溫水浴法與超聲波法兩種提取苦蕎麥米中黃酮的工藝，以獲得更適合提取苦蕎麥米黃酮的最佳工藝[25]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

苦蕎麥米：產地云南，購于石家莊北國超市；蘆丁（批準號S20141120）：中國藥品生物制品鑒定所；乙醇（分析純）：天津百世化工有限公司；亞硝酸鈉、硝酸鋁（分析純）：天津市大陸化學試劑廠；氫氧化鈉（分析純）：天津市博迪化工有限公司。

1.2 儀器與設備

JA2003 電子精密天平：上海舜宇恒平科學儀器有限公司；SSW 型電熱恒溫水槽：上海滬西分析儀器廠有限公司；KQ-500 型超聲波清洗機：昆山市超聲儀器有限公司；T6 紫外分光光度計：北京普析通用儀器公司；YB-250 型萬能高速粉碎機：浙江紅景天工貿有限公司產品；DHG-9240A 型電熱恒溫鼓風干燥箱：上海飛越實驗儀器有限公司產品；40 目（0.45 mm）標準篩：浙江上虞市道墟鑒湖儀器篩具廠產品。

1.3 方法

1.3.1 苦蕎麥米粉的制備

采購市售的苦蕎麥米，將苦蕎麥米放入電熱恒溫鼓風干燥箱中50 ℃加熱3 h 進行烘干，將烘干的苦蕎麥米再放入萬能高速粉碎機中進行粉碎呈粉末狀，將苦蕎麥米粉過40 目篩，裝袋密封保存備用。

1.3.2 苦蕎麥米黃酮類化合物的提取

稱取0.5 g 粉碎的苦蕎麥米，用70%的乙醇，按料液比 1 ∶70（g/mL）在 80 ℃超聲波清洗機中提取 1 h。冷卻至室溫（25 ℃）后用真空泵抽濾，用70%乙醇定容至 50 mL，儲存備用[26]。

1.3.3 總黃酮含量的測定方法

配制標準品溶液：精密稱取10 mg 蘆丁標準品，用70 %乙醇溶解，定容至50 mL 容量瓶中，即可得到0.2 mg/mL 蘆丁標準品，待用。精密吸取 0、1、2、3、4、5、6 mL 的上述儲備液分別置于7 個25 mL 容量瓶中，加入5%NaNO2溶液0.7 mL 搖勻，靜置6 min；加入10%Al（NO3）3溶液0.7 mL 搖勻，靜置6 min；加入4%NaOH溶液10 mL 搖勻后，用70%乙醇進行定容，放置15 min，立即在510 nm 波長處測定其吸光度。以蘆丁濃度為橫坐標，以吸光度為縱坐標繪制標準曲線，得到線性回歸方程為y=12.188x-0.007 4，R2=0.999 5，蘆丁濃度與吸光度（0～0.671）具有良好的線性關系。

移取5 mL1.3.2 中提取液于25 mL 容量瓶中，按上述方法操作，于波長510 nm 處測定其吸光度，按下面公式計算總黃酮含量。

式中：n 為稀釋倍數；c 為黃酮類化合物的濃度，mg/mL；V 為試液總體積，mL；m 為原料的質量，g。

1.3.4 苦蕎麥米中提取黃酮的單因素試驗

1.3.4.1 超聲波法單因素試驗

稱取0.5 g 的苦蕎麥米粉放入100 mL 的燒杯中，按料液比1 ∶60（g/mL）加入不同濃度的乙醇，放入超聲波中設置溫度為60 ℃，超聲時間30 min，抽濾后得提取液，根據1.3.3 測定總黃酮的含量確定最佳的乙醇濃度。依次做料液比、溫度、超聲時間的單因素試驗，獲得各自單因素的最佳條件。

1.3.4.2 恒溫水浴法單因素試驗

稱取0.5g 的苦蕎麥米粉放入100 mL 的燒杯中，按料液比1 ∶60（g/mL）加入不同濃度的乙醇，放入恒溫水浴鍋中設置溫度為70 ℃，水浴提取60 min，抽濾后得提取液，根據1.3.3 測定總黃酮的含量確定最佳的乙醇濃度。依次做料液比，溫度，超聲時間的單因素試驗，獲得各自單因素的最佳條件。

2 結果與討論

2.1 單因素試驗

2.1.1 超聲波法單因素試驗結果

乙醇濃度對總黃酮的影響見圖1。

由圖1 可知，苦蕎麥米提取液中總黃酮的含量隨著乙醇濃度的增加而增大，這與黃酮類化合物的種類有關，其更易溶于極性相似的乙醇中，苦蕎麥米中的黃酮類化合物主要是蘆丁（黃酮苷類）。70%左右的乙醇適合提取黃酮苷類，隨著乙醇濃度越大，易溶解出其他干擾成分從而降低黃酮含量[27]。

圖1 乙醇濃度對總黃酮的影響Fig.1 Effect of ethanol concentration on flavonoids

圖2 料液比對總黃酮的影響Fig.2 Effect of ratio of material to liquid on flavonoids

由圖2 可知，苦蕎麥米中總黃酮的含量隨著溶劑體積的增加而增大，較大的溶劑體積會使生產成本變高并且增加后期旋蒸的工作量，從效率和成本方面考慮應該選擇料液比為1 ∶60（g/mL）較為合適。

溫度對總黃酮的影響見圖3。

圖3 溫度對總黃酮的影響Fig.3 Effect of temperature on flavonoids

由圖3 可知，苦蕎麥米中總黃酮的含量隨著溫度的升高而增大，當溫度為80 ℃時，總黃酮含量達到最高。由于超聲波儀器本身的限制，溫度最高只能達到80 ℃。

超聲時間對總黃酮的影響見圖4。

圖4 超聲時間對總黃酮的影響Fig.4 Effect of time on flavonoids

由圖4 可知，苦蕎麥米中總黃酮的含量隨著超聲時間的增長呈先升高后降低的趨勢。在60 min 前，超聲輔助提取動力大使總黃酮含量升高；在60 min 后，由于超聲動力不足以及產熱效應使總黃酮含量降低[28]。因此，超聲輔助提取最佳時間為60 min。

2.1.2 恒溫水浴法單因素試驗

（1）研究了不同設計階段數據需要的內容，建立了基于BIM技術的PKPM系列綠色建筑設計軟件數據模型，在軟件研發中利用基于BIM技術的設計理念，達到了數據共享、提高效率的目的。

乙醇濃度對總黃酮的影響見圖5。

圖5 乙醇濃度對總黃酮的影響Fig.5 Effect of ethanol concentration on flavonoids

由圖5 可知，在乙醇濃度為70%時提取的黃酮含量達到最高。在低濃度的乙醇中，黃酮類物質的酚羥基易與苦蕎麥米中的糖類、蛋白質以氫鍵締合，而提取液中水的含量低，不足以斷裂這種連接[29]，從而使含量降低；而在高濃度乙醇中溶解出更多的醇溶性雜質，這些雜質會與黃酮類物質競爭同一乙醇水分子[30]，造成黃酮含量下降。

料液比對總黃酮的影響見圖6。

由圖6 可知，在料液比為 1 ∶60（g/mL）時黃酮含量達到最高。溶劑體積的增加可加速黃酮的擴散，故增大溶劑體積可使黃酮含量變大；當溶劑體積過大小時，黃酮含量下降。為了節省原料和溶劑量，確定最佳料液比為 1 ∶60（g/mL）[31]。

溫度對總黃酮含量的影響見圖7。

圖6 料液比對總黃酮的影響Fig.6 Effect of ratio of material to liquid on flavonoids

圖7 溫度對總黃酮的影響Fig.7 Effect of temperature on flavonoids

由圖7 可知，隨著溫度的升高，黃酮含量呈先升高后降低趨勢。在40 ℃～80 ℃，由于溫度升高，分子運動加速使氫鍵更易斷裂，同時黃酮的滲透、溶解、擴散速度也加快，因而黃酮類物質更易于從原料中溶出；而在90 ℃時，溫度過高抑制提取率，高溫會使部分黃酮類物質分解[32-33]。

水浴時間對總黃酮含量的影響見圖8。

圖8 水浴時間對總黃酮的影響Fig.8 Effect of time on flavonoids

由圖8 可知，隨著時間的增長，黃酮含量呈先升高后降低的趨勢。在30 min～80 min 時，提取時間過短，黃酮類物質并未完全從原料中溶出；但隨著時間的延長，持續加熱會破壞黃酮結構使含量下降[34]。選取最佳的水浴時間為90 min。

2.2 正交試驗結果

2.2.1 超聲波法的正交試驗

選擇乙醇濃度（A）、溫度（B）、超聲時間（C）、料液比（D）4 個因素進行L9（34）正交試驗，表1 為因素水平表。表2 為正交試驗結果。表3 為方差分析結果。

表1 L9（34）正交試驗因素水平Table 1 The factor levels of L9（34）orthogonal experiment

表2 正交試驗結果Table 2 The results of orthogonal experiment

表3 正交試驗方差分析Table 3 Analysis of variance for orthogonal experiment

由正交試驗可知，4 種因素對總黃酮的影響強弱順序為D＞C＞B＞A，其中對提取總黃酮含量影響最大的兩個因素是提取時間和料液比，選擇組合A2B3C1D3為最佳組合，即乙醇濃度 70%，料液比 1 ∶70（g/mL），溫度為80 ℃，超聲輔助提取50 min。

2.2.2 恒溫水浴法的正交試驗

選取乙醇濃度（A）、溫度（B）、提取時間（C）、料液比（D）4 個因素進行L9（34）正交試驗。表4 為因素水平表。表5 為正交試驗結果。表6 為方差分析結果。

表4 正交試驗因素水平表Table 4 Factors and levels of orthogonal table

表5 正交試驗結果Table 5 The results of orthogonal experiment

表6 正交試驗方差分析Table 6 Analysis of variance for orthogonal experiment

通過正交試驗可知，4 種因素對提取總黃酮含量的影響順序為A＞D＞B＞C，其中對提取總黃酮含量影響最大的兩個因素是乙醇濃度和料液比，選擇A3B2C1D3組合，即乙醇濃度 80%，料液比 1 ∶70（g/mL），溫度為70 ℃，恒溫水浴提取80 min。

2.2.3 兩種工藝的驗證試驗

兩種工藝分別選擇最佳工藝組合做3 組平行試驗測定苦蕎麥米中總黃酮的含量如表7 所示。

表7 兩種工藝提取總黃酮的驗證試驗Table 7 Verification experiment

兩種方法經過驗證，試驗結果與最佳組合相吻合。

2.2.4 兩種工藝的優缺點

比較兩種工藝提取苦蕎麥米中的最佳工藝，在黃酮提取率方面：恒溫水浴法提取的黃酮含量高一點；超聲波法輔助提取的黃酮含量稍低。在提取時間方面：恒溫水浴法加熱時間長，浪費時間并且成本高，黃酮結構易被破壞；超聲波法操作簡單、速度快省時、節能、高效、且對黃酮結構的破壞作用小。

3 結論

試驗探索出超聲波法和恒溫水浴法提取苦蕎麥米中黃酮的最佳工藝條件。超聲波輔助提取的最佳工藝為乙醇濃度 70%，料液比 1 ∶70（g/mL），溫度為80℃，超聲時間50 min，提取的總黃酮含量為20.639 mg/g；恒溫水浴法提取的最佳工藝為乙醇濃度80%，料液比1 ∶70（g/mL），溫度為 70 ℃，恒溫水浴提取 80 min，提取的總黃酮含量為22.387 mg/g。通過比較發現，兩種方法提取的黃酮含量相差不大，超聲法輔助提取高效、節能、操作簡便。因此，超聲法輔助提取苦蕎麥米中的黃酮比恒溫水浴法的效果好。