重慶皺皮木瓜果渣總黃酮提取工藝優化研究

韋正鑫,劉世堯,卞京軍,蔡 娟,潘雪珍,張 丹,白志川

(西南大學園藝園林學院,重慶北碚 400715)

重慶皺皮木瓜果渣總黃酮提取工藝優化研究

韋正鑫1,劉世堯2，*,卞京軍2,蔡 娟2,潘雪珍2,張 丹2,白志川2，*

(西南大學園藝園林學院,重慶北碚 400715)

利用重慶皺皮木瓜果渣進行總黃酮提取工藝優化研究。在單因素實驗的基礎上,考察乙醇濃度、提取溫度、提取時間、料液比、提取方法等因素對皺皮木瓜果渣中總黃酮提取效果的影響,并結合正交實驗優選出最佳提取條件。影響皺皮木瓜果渣總黃酮提取的因素大小順序為:提取溫度>乙醇濃度>提取時間>料液比,其中溫度對總黃酮得率影響較明顯。最佳提取工藝:濃度50%乙醇為提取溶劑,提取溫度60℃,料液比1∶30(g·mL-1),提取時間80min；在最佳工藝條件下,皺皮木瓜果渣中總黃酮得率約為0.527%。本實驗確定的優化工藝簡便準確易行。

皺皮木瓜果渣,總黃酮,提取工藝

皺皮木瓜(ChaenomelesSpeciosa)又名貼梗海棠,屬薔薇科(Rosaceae)木瓜屬(Chaenomeles)植物,為多年生落葉灌木,主產湖北、四川、山東、安徽、浙江等省區[1-2]。皺皮木瓜中含有豐富的營養物質,主要包括蘋果酸、酒石酸、抗壞血酸、齊墩果酸以及黃酮類化合物、鞣質、纖維素等化學成分[3]。其中黃酮類化合物又稱總黃酮,是指基本母核為2-苯基色原酮類化合物,現在則泛指兩個具有酚羥基的苯環通過中央三碳原子相互連接的一系列化合物,總黃酮一般不溶于水,易溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯、乙醚等有機溶劑。近年來發現皺皮木瓜中含有的總黃酮作用廣泛,在相關報道[4-5]中提及到它的食用性,它具有顯著地抗氧化及抗自由基、降壓調血脂、抗癌防癌、抑菌、消炎、鎮痛和松弛胃腸平滑肌等功能[6-7]。我國木瓜種類繁多,資源豐富,發掘并利用皺皮木瓜生物資源活性物質很有研究價值。

目前對總黃酮提取工藝已有相關研究[8-10],對不同種的木瓜材料,總黃酮的含量在6.66～40.839mg/g,得率在0.45%～1.348%[2,5,7],而皺皮木瓜也因不同品種間差異總黃酮含量跨度大,但一般在8.42mg/g以上[4]。本實驗考慮安全、環保等因素，選擇乙醇作為皺皮木瓜總黃酮的提取溶劑[11],利用皺皮木瓜果渣進行總黃酮提取工藝優化研究,延長深加工鏈,提高皺皮木瓜鮮果附加值,現未見相關報道,為后續研究提供參考。因此為進一步探索皺皮木瓜果渣中總黃酮物質提取的方法,確定各提取條件的適宜水平,利用對照品建立一元線性回歸方程、回歸直線,并采用單因素實驗與正交實驗方法進行結合,對皺皮木瓜果渣中總黃酮的提取工藝進行優化。這為皺皮木瓜果渣中總黃酮提取提供了方法依據和理論基礎,也為皺皮木瓜的開發利用開辟新的途徑,提高皺皮木瓜產品的附加值,促進木瓜的產業化發展,以期為規模化生產提供有價值的參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

皺皮木瓜果實樣品:采樣于重慶市綦江縣石壕鎮,其原植物標本經西南大學園藝園林學院白志川教授鑒定為薔薇科蘋果亞科木瓜屬皺皮木瓜(ChaenomelesSpeciosa(sweet)Nakai),成熟新鮮果實采樣后洗凈切片榨汁,所得榨汁后殘留的果渣置于恒溫鼓風干燥箱,45℃干燥至恒重備用。

乙醇、醋酸鈉、冰醋酸、三氯化鋁等(均為分析純) 北京化學試劑廠；蘆丁標準品(純度≥98%,生產批號100080-200707) 購于中國食品藥品檢定研究院。

萬分之一電子天平 瑞士 Mettler Toledo公司；Molgene 210a型超純水機 上海摩爾科學儀器有限公司；DU730型核酸蛋白質分析儀 美國Beckman Coulter公司；TA2003A型臺式離心機 上海哈菲爾分析儀器有限公司；DZKW-4電子恒溫水浴鍋 北京中興偉業儀器有限公司；JA2003A千分之一電子天平 北京賽多利斯儀器系統有限公司；ZN-04B小型粉碎機 北京興時利和科技發展有限公司；KQ-250DB型臺式數控超聲波清洗機 昆山超聲儀器有限公司。

1.2 總黃酮含量的測定

1.2.1 蘆丁標準曲線的繪制 精確稱取蘆丁標準品68mg,用無水乙醇定容至100mL,超聲得到質量濃度為0.68mg·mL-1的標準溶液。精確吸取標準溶液0,0.0078,0.0157,0.0313,0.0625,0.125,0.25mL于10mL比色管中,各加入0.1mol·L-1AlCl32.0mL,NaAc-HAc緩沖溶液(pH5.2)1.0mL,用濃度為50%乙醇溶液定容至10.0mL,搖勻放于40℃的溫水浴中顯色10min后,在波長406nm處測吸光度。以吸光度為縱坐標,蘆丁溶液的質量濃度(mg·mL-1)為橫坐標,繪制標準曲線。

1.2.2 皺皮木瓜果渣中總黃酮含量的測定 皺皮木瓜果渣總黃酮含量測定應用三氯化鋁比色法[12-13]。精確移取皺皮木瓜果渣總黃酮提取供試液1.0mL于10mL比色管中,按照1. 2.1節方法測定吸光度以計算其中總黃酮含量。

1.2.3 總黃酮得率的計算公式 皺皮木瓜樣品中總黃酮質量濃度與吸光度在一定條件下遵從朗伯-比耳定律,以蘆丁為基準物,參照蘆丁標準曲線方程計算總黃酮得率。

式中:Y為總黃酮得率(%)；ρ1為吸光度按照標準曲線計算出得顯色溶液中黃酮質量濃度(mg·mL-1)；V1為顯色時溶液的定容體積(mL)；V2為顯色時移取的提取液的體積(mL)；V為提取液的總體積(mL)；m為稱取樣品的質量(g)。

1.3 實驗設計

1.3.1 單因素實驗

1.3.1.1 單因素水平設置 實驗水平設置如下,乙醇濃度:45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%；料液比:1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30g·mL-1；提取溫度:30、40、50、60、70、80℃；提取時間:10、20、30、40、50、60、70、80min；提取方法:索式、回流、浸提、滲漉[14-16]、240W功率超聲。

1.3.1.2 單因素下皺皮木瓜果渣總黃酮的提取方法 取干燥的皺皮木瓜果渣,粉碎過80目篩后準確稱量1.000g,置于50mL的燒瓶中。根據實驗設計水平要求按照不同提取方法進行總黃酮提取,經3000r/min離心10min得到提取上清液,對殘渣沉淀再一次進行提取,合并兩次上清液,即得供試液。按照1.2.1節方法,準確稱量干燥粉碎的皺皮木瓜果渣1.000g,置于50mL的燒瓶中進行總黃酮提取,每個實驗3次重復,并按1.2.3節中總黃酮測定方法測定吸光度,參照蘆丁標準曲線方程及公式,計算總黃酮得率。

索式提取法:精密稱取木瓜果渣粉末1.000g,加入50mL 50%乙醇索式提取2h,濾過,用50%定容乙醇于50mL容量瓶中；超聲提取法:精密稱取木瓜果渣粉末1.000g,加入50%乙醇50mL超聲提取2h,過濾殘渣再加入50%乙醇50mL超聲提取2h,合并兩次濾液,定容于100mL的容量瓶中；回流提取法:精密稱取木瓜果渣粉末1.000g用50mL 50%乙醇回流2h,最后定容到50mL的容量瓶中；浸提提取:精密稱取木瓜果渣粉末1.000g用50mL 50%乙醇進行浸提2h,最后定容到50mL的容量瓶中；滲漉提取:精密稱取木瓜果渣粉末1.000g用50mL50%乙醇進行滲漉2h,最后用50%定容乙醇于50mL容量瓶中。

一直以來，無論是市場營銷學理論界還是教科書，都把市場營銷分為傳統和現代兩大觀念，作為市場營銷學的經典理論被廣泛應用。

1.3.2 正交實驗 依據單因素實驗,由于實際操作中總黃酮提取受乙醇濃度(A)、料液比(B)、提取時間(C)和提取溫度(D)四個因素交叉影響,為優化皺皮木瓜果渣中總黃酮的提取工藝,考察各因素對總提取效果的影響并確定最優工藝條件,我們選用四因素、三水平進行正交實驗(表1)。影響皺皮木瓜皮渣中總黃酮得率的主要因素作為考察因素進行正交實驗,以總黃酮得率(Y)為實驗指標,每個實驗號重復2次,各實驗處理見表2。

表1 正交實驗因素和水平設計Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

2 結果與分析

2.1 蘆丁標準曲線

根據蘆丁標準品質量濃度與吸光度A的關系,得到線性曲線,如圖1所示。蘆丁標準品回歸方程Y=44.608X+0.0218,R2=0.9979,表明當溶液質量濃度在0～0.017mg·mL-1范圍內,溶液質量濃度與吸光度呈良好線性關系。皺皮木瓜果渣中總黃酮A為0.004,通過回歸方程計算得到皺皮木瓜中總黃酮的濃度約為0.217mg·mL-1,總黃酮含量為8.68mg/g。

圖1 蘆丁標準曲線Fig.1 Rutin standard curve

2.2 單因素實驗結果

2.2.1 乙醇濃度對總黃酮提取的影響 在料液比1∶30、提取溫度60℃、提取時間80min、240W功率超聲提取兩次條件下,考察濃乙醇濃度對皺皮木瓜果渣中總黃酮得率的影響,結果如圖2所示。由圖2可知,皺皮木瓜總黃酮得率隨著乙醇濃度在45%～50%范圍內增加而升高,在50%～80%范圍內增加而降低,在濃度45%～55%有最大值。因此,選定45%、50%、55%是乙醇濃度對總黃酮得率較敏感的3個水平。

圖2 乙醇濃度對總黃酮得率的影響Fig.2 Effect of ethanol concentration on the yield of flavonoids

2.2.2 料液比對總黃酮提取的影響 濃度50%乙醇為提取劑、提取溫度60℃、提取時間80min、240W功率超聲提取兩次條件下,考察料液比對皺皮木瓜果渣中總黃酮得率的影響。由圖3可知,隨著提取劑使用量增大總黃酮得率隨之升高,當料液比達到1∶25后,繼續增大提取劑使用量得率變化不大。從減少試劑用量和保證提取效率綜合考慮,選定1∶20、1∶25、1∶30(g·mL-1)是料液比對總黃酮得率較敏感的3個水平。

圖3 料液比對總黃酮得率的影響Fig. 3 Effect of solid-liquid ratio on the yield of flavonoids

2.2.3 提取溫度對總黃酮提取的影響 濃度50%乙醇為提取劑、料液比為1∶30(g·mL-1)、提取時間80min、240W功率超聲提取兩次,考察30、40、50、60、70、80℃不同提取溫度條件對皺皮木瓜果渣中總黃酮得率的影響。如圖4所示,在30～60℃的溫度范圍內,得率隨提取溫度的升高而增大；當溫度高于60℃后進一步升高溫度,得率反而降低。考慮提取溫度影響及節約能源,選定50、60、70℃是提取溫度對總黃酮得率較敏感的3個水平。

圖4 提取溫度對總黃酮得率的影響Fig.4 Effect of extraction temperature on the yield of flavonoids

圖5 提取時間對總黃酮得率的影響Fig.5 Effect of extraction time on the yield of flavonoids

2.2.5 提取方法對總黃酮提取的影響 分別進行索式、回流、浸提、滲漉、240W功率超聲提取,考察不同提取方法對皺皮木瓜果渣中總黃酮得率的影響。由圖6可知,采用5種不同方法對皺皮木瓜總黃酮進行提取,其中超聲得率最高也最方便,所以采用超聲提取為效果好且最簡單易操作的方法。

圖6 提取方法對總黃酮得率的影響Fig.6 Effect of extraction methods effects on the yield of flavonoids

2.3 實驗因素對總黃酮提取率的影響

正交實驗所得皺皮木瓜皮渣中總黃酮得率(Y)結果見表2。

表2 L9(43)正交實驗結果和直觀分析Table 2 L9(43)orthogonal experiment results and intuitive analysis

從表2,表3可以清楚直觀的看出,實驗的4個因素中,綜合極差R大小順序及方差分析各因素對總黃酮提取影響顯著性大小,得出影響皺皮木瓜果渣總黃酮提取大小順序是:提取溫度(D)>乙醇濃度(A)>提取時間(C)>料液比(B),其中顯著性分析顯示,提取溫度對總黃酮得率影響顯著,這表明皺皮木瓜果渣總黃酮提取中溫度控制需更加穩定。從表2中K值可以得出,皺皮木瓜果渣中總黃酮提取的最優組合:A2B3C3D2,即采用50%的乙醇溶液,以1∶30(g·mL-1)的料液比在60℃的水浴中240W超聲80min。

表3 正交結果方差分析Table 3 Orthogonal the results of variance analysis

2.4 最優條件驗證實驗

取干燥的皺皮木瓜果渣,粉碎過80目篩后準確稱量1.000g 3份,按最佳工藝在濃度50%的乙醇溶液,提取溫度為60℃,料液比為1∶30(g·mL-1),240W功率超聲提取時間80min條件下提取兩次后進行總黃酮含量的測定,平行測定結果見表4。

表4 重復性實驗結果(n=3)Table 4 Repetitive experimental results(n=3)

從表4可以看出,最佳工藝提取技術較穩定,測定皺皮木瓜果渣中總黃酮的平均得率為0.527%,高于正交組合的提取率,科學可行,達到實際工業生產要求。根據表4可知1.000g皺皮木瓜果渣中總黃酮提取量約為5.267mg。

2.5 最優提取條件確定

根據正交實驗結果,得出4因素影響的主次為:提取時間,乙醇濃度,提取時間,料液比。通過驗證實驗,綜合考慮經濟因素,時間因素,消耗能源方面,確定最優提取條件為濃度50%的乙醇,以1∶30(g·mL-1)料液比在60℃的水浴中240W功率超聲提取80min,提取次數兩次。

3 結論

本文就皺皮木瓜果渣總黃酮提取工藝進行了單因素的實驗探索,并結合正交實驗優化提取工藝條件。結果表明:影響皺皮木瓜果渣總黃酮提取的因素大小順序為:提取溫度>乙醇濃度>提取時間>料液比,其中溫度對總黃酮得率影響較明顯。皺皮木瓜果渣中總黃酮提取的最優組合:A2B3C3D2,即為濃度50%乙醇為提取溶劑、提取溫度60℃,料液比1∶30(g·mL-1),提取時間80min；在最優提取條件下,皺皮木瓜果渣中總黃酮得率約為0.527%。綜合驗證實驗表明本實驗采用的工藝條件操作簡單,效果準確。由于本實驗為初步探究,這為皺皮木瓜資源在我國的開發利用和發展提供了基礎數據。但旨得到皺皮木瓜果渣中總黃酮更精確提取條件,需設計各因素水平梯度范圍以研究其對總黃酮提取的影響。本研究在保健食品、疾病防治、醫療保健等領域具有廣泛的應用前景,更具有理論意義和實踐價值。

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Study on flavonoids extraction technology fromChaenomelesSpeciosapomace of Chongqing

WEI Zheng-xin1,LIU Shi-yao2,*,BIAN Jing-jun2,CAI Juan2,PAN Xue-zhen2,ZHANG Dan2,BAI Zhi-Chuan2,*

(Southwest university Institute of Gardening,Beibei 400715,China)

To optimize the extraction process conditions for total flavonoids from theChaenomelesSpeciosapomace of Chongqing. On the basis of the single-factor test,effects of solid-liquid atio,ethanol concentration,extraction time,extraction temperature and extraction times on the extraction rate were studied by taking the content of total flavonoids as the index. The influence degree of four factors on the extraction rate of total flavonoids was in the order of extraction temperature>ethanol concentration>extraction time>solid-liquid ratio.Among them,temperature had relatively significant impacts on the yield rate of total flavonoids fromChaenomelesSpeciosapomace. The best extraction technology:concentration of 50% ethanol as xtraction solvent,60℃ extraction temperature,1∶30(g·mL-1)solid-liquid ratio,80min extracting time. Under this condition,the yield was 0.527%. This method was simple convenient and accurate for the detection of total flavonoids.

ChaenomelesSpeciosapomace;flavonoid;extraction technology

2014-05-19

韋正鑫(1990-)，女，碩士，研究方向：植物化學。

*通訊作者:白志川(1956-)，女，博士，教授，研究方向：藥用植物。 劉世堯(1979-)，男，碩士，副教授，研究方向：植物資源學與中藥材質量控制方向。

重慶科技攻關計劃項目( CSTC，2009AC1180)。

TS255.1

B

1002-0306(2015)03-0242-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.03.042