茭白中黃酮類物質(zhì)的提取工藝優(yōu)化研究

何莉萍，王紫欣，張澤英，黃愛(ài)妮，李 麗，高 維

（武昌工學(xué)院城市建設(shè)學(xué)院，湖北武漢 430065）

茭白（Zizania latifolia Stapf.)，又名高瓜、菰筍、菰手、茭筍，是禾本科菰屬多年生宿根草本植物，其產(chǎn)量在水生蔬菜中僅次于蓮藕，位居第2 位。茭白具有化熱消痰、除身熱、解酒熱毒、甘溫除煩熱的作用， 《本草拾遺》 記者有 “茭白味甘，無(wú)毒，去煩熱，止渴，除目黃，利大小便，止熱痢，解酒”[1-2]。現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)茭白具有一定的增進(jìn)食欲、預(yù)防高血壓和動(dòng)脈硬化的保健和藥用功能。茭白中含有多糖、黃酮、多糖等物質(zhì)，具有一定的抗氧化活性[3]。

目前，茭白大多作為新鮮蔬菜銷售，深加工程度低，常見(jiàn)的研究大多集中在茭白的栽培及保鮮技術(shù)上，僅有一篇論文是利用微波輔助提取法提取茭白總黃酮[4]。目前，植物黃酮的提取方法主要有有機(jī)溶劑提取法、微波輔助提取法、超聲波輔助提取法等，其中超聲波輔助提取法因其提取時(shí)間短、提取率高、提取的產(chǎn)品活性高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用[5-7]。采用超聲波提取法提取茭白中的黃酮，以期為茭白黃酮的提取提供一條新的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮茭白，購(gòu)于武漢白沙洲大市場(chǎng)；蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品，Sigma 公司提供；氫氧化鈉、亞硝酸鈉、硝酸鋁、三氯化鋁等，均為分析純。

茭白處理方法：將新鮮茭白進(jìn)行洗凈切碎后，放入60 ℃恒溫干燥箱中烘干至茭白內(nèi)部無(wú)明顯水分，粉碎后過(guò)40 目篩，備用。

1.2 儀器與設(shè)備

GZX-9070M 型電熱恒溫?cái)?shù)顯鼓風(fēng)烘箱，上海博訊有限公司產(chǎn)品；UV-100 型紫外分光光度計(jì)，上海美析儀器有限公司產(chǎn)品；JA1001 型分析天平，奧豪斯儀器有限公司產(chǎn)品；HH-2 型恒溫水浴鍋，國(guó)華電器有限公司產(chǎn)品；KQ500DB 型超聲波清洗器，昆山舒美超聲儀器有限公司產(chǎn)品；LD5-2A 型臺(tái)式低速離心機(jī)，北京京立離心機(jī)有限公司產(chǎn)品；LPF-800T 型粉碎機(jī)，永康市紅太陽(yáng)機(jī)電有限公司產(chǎn)品。

1.3 黃酮標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

稱取蘆丁純品0.01 g，再取體積分?jǐn)?shù)80%乙醇溶液50 mL，配置得到0.2 mg/mL 的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液。以1 mL 為單位，取5 種不同分量的溶液放在具塞刻度試管中，加質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%亞硝酸鈉0.3 mL，靜置6 min，再加質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%硝酸鋁0.3 mL，靜置6 min，最后加質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%氫氧化鈉4.0 mL 后加水至刻度，搖晃均勻，靜置12 min 后于波長(zhǎng)510 nm 處測(cè)黃酮含量，以吸光度A 作為縱坐標(biāo)、蘆丁標(biāo)準(zhǔn)液質(zhì)量濃度C 作為橫坐標(biāo)做標(biāo)準(zhǔn)回歸曲線，得出回歸方程。

1.4 超聲波法提取茭白總黃酮的單因素試驗(yàn)

經(jīng)預(yù)試驗(yàn)確定，影響超聲波法提取茭白總黃酮提取率的相關(guān)參數(shù)有乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、超聲時(shí)間、超聲溫度、超聲功率。各單因素操作過(guò)程中，其他因素為如下所示其他因素?cái)?shù)據(jù)的最中間的值，僅該因素的5 個(gè)因子按如下數(shù)據(jù)發(fā)生變化。

各單因素試驗(yàn)方法：準(zhǔn)確稱取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） 加入一定體積分?jǐn)?shù)（50%，60%，70%，80%，90%） 的乙醇溶液，搖勻并盡量減少管壁過(guò)多的茭白粉末附著，將具塞比色管放入一定超聲溫度（30，40，50，60，70 ℃）、超聲時(shí)間（ 10， 20， 30， 40， 50 min） 、 超 聲 功 率（150，300，450，600，750 W） 的超聲波清洗器后，提取液以轉(zhuǎn)速4 000 r/min 離心10 min，取上清液，并稀釋至吸光度為0.400～0.700，于波長(zhǎng)510 nm 處利用分光光度計(jì)比色，計(jì)算其黃酮類物質(zhì)的含量。

1.5 超聲波法提取茭白總黃酮的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

經(jīng)1.4 的各單因素試驗(yàn)，采用五因素四水平的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化工藝參數(shù)。

超聲波法提取茭白總黃酮的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 超聲波法提取茭白總黃酮的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.6 茭白黃酮提取率的計(jì)算

用NaNO2-Al（NO3）3-NaOH 體系絡(luò)合化學(xué)吸收法測(cè)定黃酮。取一定量的荷葉黃酮樣液，用體積分?jǐn)?shù)30%乙醇補(bǔ)充至5 mL，分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%硝酸鋁溶液0.3 mL，混勻，用體積分?jǐn)?shù)30%乙醇定容至刻度線，放置10 min 后于波長(zhǎng)510 nm 處測(cè)定其吸光度值，按如下公式計(jì)算茭白黃酮提取率：

式中：Y——黃酮類物質(zhì)的含量，%；

C——根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線求得的黃酮類物質(zhì)的質(zhì)量濃度，mg/mL；

N——稀釋倍數(shù)；

V——定容體積，mL；

W——茭白的質(zhì)量，mg。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線見(jiàn)圖1。

由圖1 可知，得到回歸曲線方程為：

Y = 0.497 4X+0.006 3，R2=0.999 7.

式中：Y——測(cè)定樣品的吸光度；

X——蘆丁質(zhì)量濃度，mg/mL。

2.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)茭白中黃酮類物質(zhì)提取率的影響

乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)茭白中黃酮類物質(zhì)提取率的影響見(jiàn)圖2。

由圖2 可知，黃酮提取率在乙醇體積分?jǐn)?shù)較低時(shí)呈上升趨勢(shì)，其原因是乙醇體積分?jǐn)?shù)較低時(shí)，部分黃酮類物質(zhì)分子與分子間排列緊密，分子間作用力較大，無(wú)法將茭白中的黃酮類物質(zhì)提取出來(lái)，導(dǎo)致其溶出率較低；當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)提升至70%以上時(shí)，茭白黃酮提取率呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)，可能是因?yàn)檐字蟹菢O性的雜質(zhì)溶出，影響茭白中黃酮類物質(zhì)的溶出，從而使黃酮提取率稍有下降。

2.3 料液比對(duì)茭白中黃酮類物質(zhì)提取率的影響

料液比對(duì)茭白中黃酮類物質(zhì)提取率的影響見(jiàn)圖3。

由圖3 可知，料液比與提取率先成正比后成反比，在1∶25 時(shí)其提取率最高，一般來(lái)說(shuō)，料液比越大，可以加快溶劑的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，使得黃酮類物質(zhì)的提取率隨之增大，但隨著溶劑量達(dá)到能溶解大部分黃酮類物質(zhì)時(shí)，溶劑量持續(xù)增加后提取率緩慢下降，這可能是因?yàn)槿軇┝窟^(guò)大后，造成回收困難，對(duì)黃酮提取率造成間接影響。

2.4 超聲時(shí)間對(duì)茭白中黃酮類物質(zhì)提取率的影響

超聲時(shí)間對(duì)茭白中黃酮類物質(zhì)提取率的影響見(jiàn)圖4。

由圖4 可知，隨著超聲時(shí)間延長(zhǎng)，茭白中黃酮類物質(zhì)的提取率呈明顯上升趨勢(shì)，這可能是因?yàn)檐字械狞S酮類物質(zhì)大量存在于細(xì)胞組織中，通過(guò)超聲波作用不斷溶出。在30 min 后，超聲時(shí)間繼續(xù)增加，但黃酮類物質(zhì)的提取率呈明顯下降趨勢(shì)，可能存在的原因是黃酮類物質(zhì)受熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)被氧化，使得其提取率降低。

2.5 超聲溫度對(duì)茭白中黃酮類物質(zhì)提取率的影響

超聲溫度對(duì)茭白中黃酮類物質(zhì)提取率的影響見(jiàn)圖5。

由圖5 可知，隨著超聲溫度的升高，茭白中黃酮類物質(zhì)的提取率呈小幅度上升狀態(tài)，在溫度達(dá)到50 ℃時(shí)其提取率最高，這是由于隨著超聲溫度的升高，分子運(yùn)動(dòng)加劇，且加速茭白細(xì)胞壁的破裂，使茭白中的黃酮類物質(zhì)更好地溶解于乙醇溶劑中；隨著超聲溫度的繼續(xù)升高，茭白黃酮提取率稍有下降，可能是因?yàn)椴糠贮S酮類物質(zhì)在高溫環(huán)境中發(fā)生氧化導(dǎo)致。試驗(yàn)結(jié)果表明，在超聲溫度為50 ℃時(shí)茭白中黃酮類物質(zhì)提取率最高。

2.6 超聲功率對(duì)茭白中黃酮類物質(zhì)提取率的影響

超聲功率對(duì)茭白中黃酮類物質(zhì)提取率的影響見(jiàn)圖6。

由圖6 可知，超聲功率與提取率先上升后下降，并在超聲功率為450 W 達(dá)到最大值。當(dāng)超聲功率較低時(shí)，隨著功率的增加，破碎細(xì)胞的作用增強(qiáng)，在很大程度上提升了提取率，但當(dāng)超聲功率達(dá)到一個(gè)定值，即超聲功率為450 W 時(shí)，溶液中存在的非黃酮類物質(zhì)雜質(zhì)增多，且部分黃酮類物質(zhì)發(fā)生降解，導(dǎo)致黃酮提取率有一定降低。

2.7 超聲波輔助提取法提取茭白中黃酮類物質(zhì)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

茭白中黃酮類物質(zhì)L16（45）正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 茭白中黃酮類物質(zhì)L16（45）正交試驗(yàn)結(jié)果

由表2 可知，影響茭白總黃酮提取率的因素主次順序?yàn)槌暪β剩‥） ＞乙醇體積分?jǐn)?shù)（A） ＞超聲時(shí)間（C） ＞料液比（B） ＞超聲溫度（D），最優(yōu)組合為A2B2C3D2E2，即乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，料液比1∶25 （W∶V），超聲時(shí)間30 min，超聲溫度50 ℃，超聲功率450 W，此時(shí)，茭白總黃酮的得率0.528%。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證試驗(yàn)，得到該最優(yōu)組合條件下得率0.532%。