超聲—微波協同萃取桂花葉總黃酮工藝的優化

李莉 張承紅 楊郭 李富蘭

摘要：運用二次通用旋轉組合設計法，研究了采用超聲－微波協同萃取法提取桂花（Ｏｓｍａｎｔｈｕｓ ｆｒａｇｒａｎｓ Ｌｏｕｒ．）葉總黃酮工藝中乙醇體積分數、液料比、提取功率、提取時間對桂花葉總黃酮提取率的影響，建立了具有良好預測性能的提取條件數學模型，確定了最佳提取工藝條件。結果表明，最佳工藝條件為乙醇體積分數５９％，提取功率１４０ Ｗ，提取時間１3．2 ｍｉｎ，液料比２３∶１（Ｖ／ｍ，ｍＬ∶ｇ），在最佳工藝條件下總黃酮提取率可達４．４２１ 0％。

關鍵詞：超聲－微波協同萃取；二次通用旋轉組合設計；桂花（Ｏｓｍａｎｔｈｕｓ ｆｒａｇｒａｎｓ Ｌｏｕｒ．）；總黃酮

中圖分類號：Ｑ９４９．７７６．２；Ｏ６２３．５４；ＴＱ４６１文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）18－4090-04

Optimiztion of the Ultrasonic-Microwave Synergistic Extraction Technology of Total Flavonoids from Osmanthus fragrans Leaves

ＬＩ Ｌｉ，ＺＨＡＮＧ Ｃｈｅｎｇ－ｈｏｎｇ，ＹＡＮＧ Ｇｕｏ，ＬＩ Ｆｕ－ｌａｎ

（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌs ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｓｉｃｈｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｚｉｇｏｎｇ ６４３０００，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ－ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｓｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｏｔａｌ ｆｌａｖｏｎｏｉｄｓ ｆｒｏｍ Ｏｓｍａｎｔｈｕｓ ｆｒａｇｒａｎｓ ｌｅａｖｅｓ ｗｅｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｂｙ ｑｕａｄｒａｔｉｃ ｇｅｎｅｒａｌ ｒｏｔａｒｙ ｄｅｓｉｇｎ． Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅｔｈａｎｏｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ， ｍａｔｅｒｉａｌ ｔｏ ｓｏｌｖｅｎｔ ｒａｔｉｏ， ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｐｏｗｅｒ， ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｔｏｔａｌ ｆｌａｖｏｎｏｉｄｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ａ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｉｔｈ ｇｏｏｄ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ； ａｎｄ ａｎ ｏｐｔｉｍｕｍ craft ｆｏｒ ｔｏｔａｌ ｆｌａｖｏｎｏｉｄｓ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｅｔｈａｎｏｌ ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ， ５９％； ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｐｏｗｅｒ， １４０ Ｗ； ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ， １３．２ ｍｉｎ； ａｎｄ ｓｏｌｖｅｎｔ ｔｏ ｍａｔｅｒｉａｌ ｒａｔｉｏ， ２３∶1（Ｖ／ｍ，ｍＬ∶ｇ）． Ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｔｏｔａｌ ｆｌａｖｏｎｏｉｄｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｐ ｔｏ ４．４21 0％ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ－ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｓｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ； ｑｕａｄｒａｔｉｃ ｇｅｎｅｒａｌ ｒｏｔａｒｙ ｄｅｓｉｇｎ； Ｏｓｍａｎｔｈｕｓ ｆｒａｇｒａｎｓ； ｔｏｔａｌ ｆｌａｖｏｎｏｉｄｓ

桂花（Ｏｓｍａｎｔｈｕｓ ｆｒａｇｒａｎｓ Ｌｏｕｒ．）是木犀科木犀屬常綠灌木或小喬木，桂花葉茂而常綠，樹齡長久，秋季開花，芳香四溢。中國桂花栽培歷史悠久，早在戰國時期就有記載，而民間栽培始于宋代，昌盛于明初。在此間形成了湖北省咸寧市、江蘇省蘇州市、廣西壯族自治區桂林市、浙江省杭州市和四川省成都市五大全國有名的桂花商品生產基地，桂花是中國特產的觀賞花木和芳香樹。

古人認為桂為百藥之長，具有散寒破結、化痰止咳、暖胃、平肝、散寒、祛風濕的功效。桂花的根、莖、葉、花均有藥用價值。桂花葉中有很多成分如黃酮、生物堿、多糖、氨基酸、維生素和微量元素等，其中黃酮、多糖、生物堿是主要活性成分［１－４］。目前已經有報道用去離子水作為溶劑提取桂花葉中的總黃酮［５］，但是利用超聲－微波協同萃取法的相關研究還未見報道。超聲－微波協同萃取法是近年發展起來的一種新方法，具有快速、高效、環保、安全等特點。研究利用該新技術提取桂花葉中總黃酮，并用二次通用旋轉組合設計優化提取工藝條件，為桂花葉總黃酮的進一步開發利用提供技術參考。

１材料與方法

１．１材料

１．１．１原料桂花葉采自蜀光中學栽培園，將采回來的新鮮桂花葉清洗干凈，放入烘箱中于６０ ℃烘干，再用粉碎機粉碎，過６０目篩備用［６］。蘆丁標準品購自國藥集團化學試劑有限公司，ＮａＯＨ購自重慶川東化工（集團）有限公司化學試劑廠，Ａｌ（ＮＯ３）３購自成都市科龍化工試劑廠，ＮａＮＯ２購自上海試劑一廠，體積分數為９５％的乙醇購自天津市化學試劑二廠。以上均為分析純。

１．１．２儀器與設備ＣＷ－２０００超聲－微波協同萃取儀購自上海新拓微波溶樣測試技術有限公司，ＡＲ１１４０電子天平購自梅特勒－托利多儀器（上海）有限公司，ＵＶ－１１００紫外可見分光光度計購自上海美譜達儀器有限公司。

１．２方法

１．２．１蘆丁標準溶液的制備精密稱取于１２０ ℃干燥至恒重的蘆丁標準品１０．００ ｍｇ，置于５０ ｍＬ的容量瓶中，加入體積分數為６５％的乙醇，置于水浴上微熱使之溶解，并用體積分數為６５％的乙醇稀釋至刻度，搖勻，備用。

１．２．２最大吸收峰的確定精確移取蘆丁標準溶液１０ ｍＬ于５０ ｍＬ容量瓶中，加入５０ ｇ／Ｌ ＮａＮＯ２溶液２ ｍＬ，混勻，放置６ ｍｉｎ，加入１００ ｇ／Ｌ Ａｌ（ＮＯ３）３溶液２ ｍＬ，放置６ ｍｉｎ，混勻，再加入４０ ｇ／Ｌ ＮａＯＨ溶液１０ ｍＬ，搖勻，最后加入體積分數為６５％的乙醇定容，放置１５ ｍｉｎ，以不加蘆丁溶液的為空白對照，于４６０～５８０ ｎｍ波長下掃描，發現其在５０２ ｎｍ處有最大吸收峰。

１．２．３標準曲線的建立精確移取蘆丁標準溶液０、１．０、２．０、３．０、４．０、５．０、６．０、７．０、８．０ ｍＬ，分別加入體積分數為６５％的乙醇８ ｍＬ，加入５０ ｇ／Ｌ ＮａＮＯ２溶液１ ｍＬ，混勻，放置６ ｍｉｎ，加入１００ ｇ／Ｌ Ａｌ（ＮＯ３）３溶液１ ｍＬ，混勻，放置６ ｍｉｎ，再加入４０ ｇ／Ｌ ＮａＯＨ溶液１０ ｍＬ，搖勻，最后加入體積分數為６５％的乙醇定容至２５ ｍＬ，放置１５ ｍｉｎ，在波長５０２ ｎｍ處測吸光度。根據測定結果計算得標準方程：■＝０．０１１ １３Ｃ

＋０．００５ ８６，ｒ＝０．９９７ ７。

１．２．４桂花葉總黃酮提取率的計算稱取一定量的桂花葉粉，用一定體積分數的乙醇在一定條件下采用超聲－微波協同萃取，將過濾得到的濾液定容，得供試品溶液。精確移取供試品溶液０．５ ｍＬ，加入顯色劑，定容至２５ ｍＬ，在最大吸收波長５０２ ｎｍ處測定吸光度，根據標準方程計算總黃酮提取率。

１．２．５單因素試驗對影響總黃酮提取率的４個因素提取功率、乙醇體積分數、液料比和提取時間分別進行單因素試驗［７－１０］。

１）提取功率對提取率的影響。在乙醇體積分數為６０％，提取溫度為５５ ℃，液料比為４∶１（V/m，mL∶g），提取時間為１２ ｍｉｎ的條件下，改變提取功率分別為５０、１００、１５０、２００、２５０ Ｗ進行提取，計算總黃酮提取率。

２）乙醇體積分數對提取率的影響。在提取功率為１５０ Ｗ，提取時間為１２ ｍｉｎ，提取溫度為５５ ℃，液料比為４∶１（V/m，mL∶g）的條件下，改變乙醇體積分數分別為５０％、６０％、７０％、８０％、９０％進行提取，計算總黃酮提取率。

３）液料比對提取率的影響。在提取功率為１５０ Ｗ，乙醇體積分數為６０％，提取時間為１２ ｍｉｎ，提取溫度為５５ ℃的條件下，改變液料比分別為４∶１、１２∶１、２０∶１、２８∶１、３６∶１（V/m，mL∶g，下同）進行提取，計算總黃酮提取率。

４）提取時間對提取率的影響。在提取功率為１５０ Ｗ，乙醇體積分數為６０％，提取溫度為５５ ℃，液料比為２８∶１的條件下，改變提取時間分別為６、９、１２、１５、１８ ｍｉｎ進行提取，計算總黃酮提取率。

１．２．６二次通用旋轉組合設計根據考察的因素數和零水平的試驗次數確定星號臂值ｒ為２［１１，１２］。因素與編碼水平見表１。

２結果與分析

２．１單因素試驗結果分析

２．１．１提取功率對總黃酮提取率的影響由圖１可知，隨著提取功率的逐漸增大，桂花葉總黃酮提取率也在逐漸增大，當提取功率達到１５０ Ｗ時，總黃酮提取率最高，之后隨著提取功率的增加，總黃酮提取率逐漸降低，因此選擇提取功率為１００～２００ Ｗ較為適宜。

２．１．２乙醇體積分數對總黃酮提取率的影響由圖２可知，隨著乙醇體積分數的增加［１３］，桂花葉總黃酮提取率呈下降趨勢。在乙醇體積分數為５０％時提取效果最好，總黃酮提取率最高為２．７９％。隨著乙醇體積分數進一步增加，總黃酮提取率逐漸下降，故以乙醇體積分數為５０％最佳。

２．１．３液料比對總黃酮提取率的影響由圖３可知，桂花葉總黃酮提取率隨著液料比的增加也逐漸增大，當液料比為２8∶１時，總黃酮提取率也達到最大，之后再增加液料比總黃酮提取率反而下降，但減小較少，液料比為２０∶１～２８∶１時，總黃酮提取率變化較小，故選擇液料比為２０∶１～２８∶１較為適宜。

２．１．４提取時間對總黃酮提取率的影響由圖４可知，隨著提取時間增長，桂花葉總黃酮提取率增高。當提取時間為１２ ｍｉｎ時總黃酮提取率達到最高，為３．７９％，隨后總黃酮提取率逐漸降低。故以提取１２ ｍｉｎ為宜。

２．２二次通用旋轉組合設計試驗結果

二次通用旋轉組合試驗［１４，１５］結果見表２。對表２的數據進行回歸分析得到回歸方程：Ｙ＝－２４．４３７ ７４＋０．６２７ ００Ｘ１＋１．３６４ ０６Ｘ２＋０．３９２ ８４Ｘ３＋０．０２２ ９２６Ｘ４－０．０１５ ３５７Ｘ１Ｘ２－６．４１３ ３３×１０－３Ｘ２Ｘ３－９．６１３ ３３×１０－４Ｘ２Ｘ４＋１．９４４ ００×１０－４Ｘ３Ｘ４－９．５８４ ２９×１０－３Ｘ１２－０．０１９ ４５１Ｘ２２－２．９０２ ５７×１０－３Ｘ３２－８．０６４ ２９×１０－５Ｘ４２。

對這個回歸方程分別進行回歸系數顯著性檢驗以及失擬性檢驗，檢驗結果見表３及表４。由表３可知，各個系數項均顯著，說明各個系數是具有統計學意義的。由表４可知，由于ＦＬｆ ＜Ｆ０．01（１０，６），失擬性檢驗不顯著，表明無失擬因素、模型有效。因此，可以通過此模型預測和篩選工藝方案。

在試驗條件范圍內，使用快速登高法對回歸方程求極值，可得到：Ｘ１＝２２．８５、Ｘ２＝１３．１９、Ｘ３＝５８．８８、Ｘ４＝１３７．１９，即最佳工藝條件為液料比２３∶１，乙醇體積分數５９％，在１４０ Ｗ的提取功率下提取１３．２ ｍｉｎ，此條件下的提取率為４．４０２ ７％。

２．３驗證性試驗

在上述最優試驗條件下，采用液料比為２３∶１的體積分數為５９％的乙醇，用１４０ Ｗ的提取功率提取１３．２ ｍｉｎ后，得到提取率最高，為４．４２１ ０％。

３小結與討論

以桂花葉為原料提取總黃酮，以影響總黃酮提取率的液料比（Ｘ１）、提取時間（Ｘ２）、乙醇體積分數（Ｘ３）、提取功率（Ｘ４）為考察因素，通過二次通用旋轉組合設計得到如下回歸方程：■＝－２４．４３７ ７４＋０．６２７ ００Ｘ１＋１．３６４ ０６Ｘ２＋０．３９２ ８４ Ｘ３＋０．０２２ ９２６Ｘ４－０．０１５ ３５７Ｘ１Ｘ２－６．４１３ ３３×１０－３Ｘ２Ｘ３－９．６１３ ３３×１０－４Ｘ２Ｘ４＋１．９４４ ００×１０－４Ｘ３Ｘ４－９．５８４ ２９×１０－３Ｘ１２

－０．０１９ ４５１Ｘ２２－２．９０２ ５７×１０－３Ｘ３２－８．０６４ ２９×１０－５Ｘ４２。

對數學模型進行優化可知，４個試驗因素在一定的取值范圍內均可得到較高的提取率，為方便操作及貼近實際生產，優化的提取條件為乙醇體積分數５９％、液料比２３∶１、提取功率１４０ Ｗ、提取時間１３．２ ｍｉｎ，此條件下桂花葉總黃酮實際提取率為４．４２１ ０％，與理論值４．４０２ ７％接近，表明數學模型對優化桂花葉總黃酮的提取工藝是可行的。

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收稿日期：２０１２－０５－２２

作者簡介：李莉（１９８０－），女，四川自貢人，實驗師，碩士，主要從事應用化學方面的研究，（電話）１３７７８５０８８６５（電子信箱）ｄｅｎｇ８００４１３＠１６３．ｃｏｍ。