西蘭花總黃酮提取工藝優化研究*

文 瑤

(廣東藥科大學 藥學院，廣東 廣州 510006)

西蘭花(BrassicaoleraceaL.var.italica，Plenck)原產于地中海東部沿岸邊，是一種十字花科植物[1]。西蘭花富含維生素、黃酮和多酚等營養物質，具有降血糖、抗氧化等功能[2]，所以受到越來越多的消費者的青睞。因此，對西蘭花展開深入研究有非常重要的意義。國內外對西蘭花總黃酮的提取方法主要有：乙醇回流提取[3]、超聲輔助法提取[4]等。其中，超聲波輔助法提取西蘭花總黃酮是一種較綠色、新穎的提取工藝，具有提取效率高、操作方便且溶劑用量較少的優點[5]。因此，本實驗采用超聲輔助提取法提取西蘭花總黃酮，為西蘭花后續更好地開發利用其潛在的藥用價值提供了實驗依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

西蘭花粉(江蘇省)；無水碳酸鈉(天津致遠化學試劑有限公司)；乙醇(天津致遠化學試劑有限公司)；NaOH(天津致遠化學試劑有限公司)；亞硝酸鈉(天津致遠化學試劑有限公司)；硝酸鋁(天津致遠化學試劑有限公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 蘆丁標準曲線的繪制

參考江石平[6]等的實驗方法配制蘆丁標準品，采用亞硝酸鈉-硝酸鋁-氫氧化鈉顯色法，在 510 nm 處測吸光度。以蘆丁質量濃度為橫軸，以吸光度為縱軸繪制標準曲線，得到蘆丁的回歸方程為Y=3.3381X+0.0385，R2=0.9992。由此可得西蘭花總黃酮提取率的計算公式：

ρ為西蘭花樣品溶液中總黃酮的質量濃度，mg/mL；V為西蘭花總黃酮溶液的體積，mL；D為西蘭花溶液的稀釋倍數；m為西蘭花粉的質量，g。

1.2.2 單因素試驗

以西蘭花總黃酮提取率為指標，采用控制變量法分別考察超聲溫度(40、50、60、70、80 ℃)、液料比(10、15、20、25、30 mL/g)、超聲功率(120、160、200、240、280 W)、乙醇體積分數(50%、60%、70%、80%、90%)和超聲時間(30、40、50、60、70 min)對西蘭花總黃酮提取率的影響。

1.2.3 響應面法優化西蘭花總黃酮的提取工藝方法

根據單因素實驗結果，以乙醇體積分數(A)、超聲時間(B)、料液比(C)為自變量，西蘭花總黃酮提取率為響應值，利用Box-Behnken中心設計方法進行因素水平設計。

2 實驗結果與討論

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 超聲溫度的選擇

如圖1所示，隨著提取溫度的升高，西蘭花總黃酮的提取率逐漸增大， 60 ℃ 時，提取率達到最大。當提取溫度超過 60 ℃ 后，提取率反而有所下降，造成這種現象可能是提取溫度太高導致乙醇揮發，進而料液比增大，導致雜質溶出量增加，最終總黃酮提取量減少。故選 60 ℃ 作為響應面中心點。

圖1 超聲溫度對西蘭花總黃酮提取率的影響

2.1.2 超聲時間的選擇

如圖2所示，隨著超聲時間的延長，西蘭花總黃酮的提取率先增大后減少。在提取時間為 60 min 時，提取率最高，之后繼續延長反應時間，提取率反而出現下降的趨勢，這可能是提取時間過長造成黃酮類化合物的結構被破壞，從而導致提取率降低。故選擇 60 min 為響應面中心點。

圖2 超聲時間對西蘭花總黃酮提取率的影響

2.1.3 料液比的選擇

如圖3所示，隨著液料比的逐步增大，西蘭花總黃酮的提取率出現先增大后降低的趨勢，在液料比為25∶1(mL/g)時為最佳。繼續加大液料比反而出現提取率降低的現象，這可能是與此時黃酮類化合物已基本溶解，若繼續增加液料比，提取率不僅不會有顯著的增加，反而會有降低的趨勢，甚至出現浪費溶劑的現象。故選擇25∶1(mL/g)為響應面中心點。

圖3 液料比對西蘭花總黃酮提取率的影響

2.1.4 乙醇體積分數的選擇

如圖4所示，隨著乙醇體積分數的增大，西蘭花總黃酮的提取率出現先增大后下降的趨勢，當乙醇體積分數為60%時，提取率達到最大值，這可能是60%乙醇的溶液極性與黃酮類化合物的極性相當，故選擇60%乙醇為響應面中心點。

圖4 乙醇濃度對西蘭花總黃酮提取率的影響

2.1.5 超聲功率的選擇

如圖5所示，隨著超聲功率的逐漸增大，西蘭花總黃酮的提取率出現先增大后降低的現象。在超聲功率為 240 W 時達到最大值，超過 240 W 時提取率出現降低的趨勢，這原因可能是過高的超聲功率使其黃酮類成分被破壞分解，從而導致提取率出現下降的趨勢。因此，選擇 240 W 為響應面中心點。

圖5 超聲功率對西蘭花總黃酮提取率的影響

2.2 響應面法優化

2.2.1 實驗數據分析

依據Box-Benhnken法，經單因素實驗結果分析后，選擇乙醇體積分數、液料比和超聲時間3個因素作為自變量，西蘭花總黃酮的提取率作為因變量，選擇三因素三水平進行響應面分析。得到優化實驗共17組，詳見表1。多元回歸擬合結果詳見表2。

表1 實驗設計及結果表

表2 回歸分析結果表

通過Design Expert 13.0.1.0 軟件對表2數據進行二元回歸分析，得到以西蘭花總黃酮得率為響應值的回歸方程：即總黃酮得率Y=2.66-0.0616A-0.0764B-0.1006C+0.0342AB+0.00313AC+0.0019BC-0.1904A2-0.1496B2-0.1283C2，回歸系數R2=0.9870，說明該模型擬合度良好，模型的F值為255.78、P<0.0001，說明該模型極顯著；失擬項P值為0.5436>0.05，影響不顯著，證明非試驗因素對本實驗結果影響不大。實驗結果中，若F值越大，P值越小，即該因素對響應值影響越大，反之則表示該因素對響應值影響越小，故根據表2中的F值和P值可知，三因素對西蘭花總黃酮的提取率的影響大小為液料比>超聲時間>乙醇體積分數。

2.2.2 響應面交互作用分析

依據回歸模型作出相應的響應曲面圖，響應面坡度越陡峭表示兩因素交互作用越大，反之則表示兩因素交互作用不顯著。等高線呈橢圓形，則表示兩因素交互作用影響較大，否則反之。由圖6～8可見，超聲時間和乙醇體積分數的交互影響最大，其次是乙醇體積分數和料液比的交互影響，再其次是超聲時間和料液比二者的交互影響。

圖6 乙醇體積分數與超聲時間的交互作用對西蘭花總黃酮提取率的影響

圖7 乙醇體積分數與液料比的交互作用對西蘭花總黃酮提取率的影響

圖8 液料比與超聲時間的交互作用對西蘭花總黃酮提取率的影響

2.3 比較實驗分析

通過響應面軟件分析得到，料液比為1∶23(g/mL)、乙醇體積分數為54%、超聲時間 53 min。驗證實驗得到的總黃酮提取率為 2.69 mg/mL，預測值為 2.54 mg/mL，兩者較為接近，說明此條件下提取西蘭花總黃酮比較可靠且具有一定的參考價值。普通水提法得到的總黃酮提取率為 1.06 mg/mL，表明用超聲輔助法提取西蘭花總黃酮比普通水提法的提取率更高，具有一定的可行性。

3 結論

本文使用超聲輔助法提取西蘭花總黃酮，單因素實驗結果為超聲溫度 60 ℃、乙醇體積分數度60%、料液比1∶25(g/mL)、超聲功率 240 W 和超聲時間 60 min。通過響應面分析法確定西蘭花總黃酮的最佳提取工藝條件為：乙醇體積分數54%、料液比1∶23(g/mL)、超聲時間 53 min。通過驗證實驗得到優化后的提取率為 2.69 mg/g，普通水提為 1.06 mg/g。實驗結果對西蘭花總黃酮進一步的深入研究和開發應用具有很大的實用價值。