超聲波乙醇浸提法提取甘薯莖葉中總黃酮的工藝研究

徐艷

（荊楚理工學院生物工程學院，湖北荊門448000）

超聲波乙醇浸提法提取甘薯莖葉中總黃酮的工藝研究

徐艷

（荊楚理工學院生物工程學院，湖北荊門448000）

以鄂薯4號甘薯莖葉為材料，通過單因素和正交試驗對超聲波乙醇浸提法提取甘薯莖葉總黃酮的工藝進行研究。結果表明，超聲波乙醇浸提法提取甘薯莖葉總黃酮的最佳提取工藝為：超聲溫度40℃、乙醇濃度70%、料液比1∶40（g/mL）、超聲時間30min，在此工藝條件下甘薯莖葉總黃酮的得率可達2.65%。

甘薯莖葉；總黃酮；超聲波乙醇浸提

黃酮類化合物具有高抗氧化性、能清除人體內自由基、抗老化、抗突變等保健功能，且無毒副作用，有廣闊的應用前景[1]。

甘薯又名紅薯、番薯、紅苕等，在我國各地區廣泛種植。甘薯莖葉含有各種營養物質如胡蘿卜素、維生素、礦質元素等，同時還含有生物活性物質如黃酮等[2-5]。甘薯莖葉或葉的總黃酮提取工藝已有各種報道[6-16]，但因甘薯的品種和種植地區的不同，以及提取方法的不同（如有機溶劑提取法、溫浸法、超聲波提取法、超臨界提取法等），其總黃酮提取率有明顯差異。甘薯是荊門市主要旱糧作物之一，近幾年的甘薯種植面積都在3 000公頃左右。荊門市年產紅薯莖葉約1萬t左右，除部分地區鮮食或作為飼料外，絕大部分被丟棄，造成了資源的極大浪費。本文主要研究甘薯莖葉中總黃酮的超聲波乙醇浸提法的相關工藝條件，為開發利用湖北省荊門地區的甘薯莖葉提供依據。

1材料與方法

1.1材料與試劑

甘薯莖葉（鄂薯4號品種）：荊門東寶區；蘆丁標準品（分析純）：北京索萊寶科技有限公司；95%乙醇：武漢中南化工試劑有限公司；亞硝酸鈉（分析純）：武漢江北化工試劑廠；硝酸鋁（分析純）：湖北大學化工試劑廠；氫氧化鈉（分析純）：天津市福晨化學試劑廠。

1.2儀器與設備

FW80高速萬能粉碎機：北京市泰和格潤儀器有限公司；DZF真空干燥箱：天津科偉永興儀器有限公司；AB104-N電子分析天平：梅特勒-托利多儀器（北京）有限公司；KQ-100KDB高功率數控超聲波清洗器：蘇州市超聲儀器有限公司；TU-1901雙光束紫外可見分光光度計：普析通用儀器（北京）有限責任公司。

1.3方法

1.3.1材料處理

于甘薯塊根收獲前采摘的新鮮莖葉。甘薯莖葉采摘后，在烘箱中以60℃的溫度烘干，然后用萬能粉碎機粉碎，在40目的篩子過篩得到甘薯莖葉粉末備用。

1.3.2蘆丁標準曲線的繪制

稱取20mg蘆丁標準品（烘干至恒重），先用少量60%的乙醇使之完全溶解，再用60%的乙醇定容至100mL，搖勻后得到濃度為0.2mg/mL的蘆丁標準液。準確吸取0、1.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0mL蘆丁標準液，分別置于25mL容量瓶中（依次標記0至6號），加入5%的亞硝酸鈉溶液1.0mL，搖勻，靜置7 min；加入10%的硝酸鋁溶液1.0 mL，搖勻，靜置7 min；加入1 mol/L的氫氧化鈉溶液10mL，靜置12min；最后用60%的乙醇定容至刻度，靜置10min。以0號試劑做空白組，測定各組在510 nm的吸光度，以蘆丁標準液濃度（mg/mL）為橫坐標，吸光度（A）為縱坐標，繪制蘆丁標準曲線。

1.3.3甘薯莖葉總黃酮的測定

精密稱取定量的甘薯莖葉干粉，加入不同濃度的乙醇，在常溫下浸泡18 h后進行超聲提取一定時間，抽濾，定容。按照1.3.2的方法操作，并根據下列公式計算出總黃酮得率：

式中：C為對應總黃酮的濃度，mg/mL；V為稀釋體積，mL；N為測量時提取液與所取樣本的體積比；W為得率，%；m為提取樣本質量，g。

1.3.4單因素試驗

超聲溫度的確定：在料液比為1∶30（g/mL）、70%的乙醇濃度為條件下，將1.000 g樣品于常溫下靜置浸泡18 h；然后分別在20、25、30、35、40、45℃的超聲溫度條件下超聲提取30min，抽濾，定容，測定吸光度A值，分別計算甘薯莖葉總黃酮的得率。

乙醇濃度的確定：準確稱取1.000 g樣品，將40%、50%、60%、70%、80%和90%的乙醇按1∶30（g/mL）的料液比分別加入錐形瓶中，常溫下靜置浸泡18 h后在30℃超聲溫度下提取30min，抽濾，定容，測其吸光度A值，分別計算出甘薯莖葉總黃酮的得率。

超聲時間的確定：準確稱取1.000 g樣品，在料液比為1∶30（g/mL）、70%的乙醇濃度條件下，常溫下靜置浸泡18 h；然后在30℃超聲溫度條件下將分別提取15、20、25、30、35、40min，抽濾，定容，測定吸光度A值，分別計算甘薯莖葉總黃酮的得率。

料液比的確定：準確稱取1.000 g樣品，分別按1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40（g/mL）的料液比加入70%的乙醇，常溫下靜置浸泡18 h；然后在30℃超聲溫度下提取30min，抽濾，定容，測定吸光度A值，分別計算甘薯莖葉總黃酮的得率。

1.3.5正交試驗設計

在單因素試驗的基礎上設計正交試驗，根據正交試驗結果進一步確定超聲波乙醇浸提法提取甘薯莖葉總黃酮的最佳工藝條件。選用超聲溫度、乙醇濃度、提取時間和料液比4個因素進行優化組合，因素與水平表見表1。

表1 正交試驗因素與水平Table1 Factorsand levelsof orthogonalexperiment

2結果與分析

2.1蘆丁標準曲線及回歸方程

以蘆丁標準液濃度（mg/mL）為橫坐標，吸光度（A）為縱坐標，繪制蘆丁標準曲線見圖1。

圖1 蘆丁標準曲線Fig.1 Standard curveof rutin

根據圖1，求得回歸方程A=13.365C+0.305，R2= 0.999 5。其中：C為蘆丁含量（mg/mL），A為吸光度。相關系數R2為0.999 5，表明在該濃度范圍內蘆丁濃度與吸光度線性關系良好。

2.2單因素試驗結果

2.2.1超聲溫度對甘薯莖葉總黃酮得率的影響

在料液比為1∶30（g/mL）、乙醇濃度70%、超聲提取時間30min的條件下，分別考察了不同超聲溫度時甘薯莖葉總黃酮得率的變化情況，結果見圖2。

圖2 超聲溫度對甘薯莖葉總黃酮得率的影響Fig.2 Effectsofultrasonic extraction temperatureon total flavonoids from stemsand leavesof sweet potato

由圖2可知，超聲溫度為20℃～40℃時，甘薯莖葉總黃酮得率會隨超聲溫度的升高而增大，且在溫度為40℃時，得率達到最高2.64%。但溫度超過40℃時，甘薯莖葉總黃酮得率反而下降，說明溫度過高，會使提取液中的黃酮類物質受到破壞，造成得率下降。所以甘薯莖葉總黃酮提取時的最佳超聲溫度為40℃。

2.2.2乙醇提取液濃度對甘薯莖葉總黃酮得率的影響

在料液比為1∶30（g/mL）、超聲溫度30℃、超聲提取時間30min的條件下，分別考察了不同乙醇濃度下甘薯莖葉總黃酮得率的變化情況，結果見圖3。

圖3 乙醇提取液濃度對甘薯莖葉總黃酮得率的影響Fig.3 Effectsof ethanol concentration on total flavonoids from stem sand leavesof sweet potato

由圖3得到，甘薯莖葉總黃酮得率會隨著乙醇濃度的增大而增加，且在乙醇濃度達到70%時，甘薯莖葉總黃酮得率達到了最高值；但乙醇濃度超過70%再增加時，得率反而下降，主要原因是甘薯莖葉中其他物質的溶解。綜合成本和得率來考慮，甘薯莖葉總黃酮提取時的最佳乙醇濃度為70%。

2.2.3超聲時間對甘薯莖葉總黃酮得率的影響

在料液比為1∶30（g/mL）、乙醇濃度70%、超聲溫度30℃的條件下，分別考察了不同超聲時間下甘薯莖葉總黃酮得率的變化情況，結果見圖4。

由圖4可以看出，甘薯莖葉總黃酮得率開始會隨著超聲波作用時間的延長而增加，且提取30min時，甘薯莖葉總黃酮得率最大。但超過30min后，可能是由于超聲波產生的較強的機械振動作用和空化作用，時間長了會破壞提取液中的黃酮類物質，也會增加甘薯莖葉中其他物質的溶解，使得得率隨著時間的增加反而下降。所以甘薯莖葉總黃酮提取時的最佳超聲時間為30min。

圖4 超聲時間對甘薯莖葉總黃酮得率的影響Fig.4 Effectsofultrasonicextraction timeon total flavonoids from stem sand leavesof sweet potato

2.2.4料液比對甘薯莖葉總黃酮得率的影響

在乙醇濃度70%、超聲溫度30℃、超聲時間30min的條件下，分別考察了不同料液比下甘薯莖葉總黃酮得率的變化情況，結果見圖5。

圖5 料液比對甘薯莖葉總黃酮得率的影響Fig.5 Effectsof liquidm aterial ratio on total flavonoids from stemsand leavesof sweet potato

根據圖5可知，甘薯莖葉總黃酮得率開始會隨料液比增大而增加，而當料液比大于1∶30（g/mL）以后，提取率趨于恒定。故甘薯莖葉總黃酮提取時的最佳料液比為1∶40（g/mL）。

2.3正交試驗結果

在實際提取過程中各單因素之間又會相互交叉影響，因此在單因素試驗基礎上，又進行了正交試驗以進一步研究多因素對甘薯莖葉總黃酮提取效果的影響，正交試驗結果見表2，方差結果見表3。

表2 正交試驗結果Table2 Resultsoforthogonalexperiment

續表2正交試驗結果Continue table2 Resultsof orthogonalexperiment

表3 方差分析Table3 Varianceanalysis

由表2正交試驗結果得RB＞RD＞RA＞RC，即4個因素對甘薯莖葉總黃酮得率的影響是乙醇濃度（B）＞超聲溫度（D）＞超聲時間（A）＞料液比（C）。根據正交試驗結果中KA2＞KA3＞KA1，KB2＞KB3＞KB1，KC3＞KC1＞KC2，KD2＞KD3＞KD1可知最佳的因素水平組合為A2B2C3D2。且在A2B2C3D2工藝條件（即超聲時間30min，乙醇濃度70%，料液比1∶40（g/mL），提取溫度40℃）下進行了3次平行試驗，結果分別為2.67%、2.58%、2.69%，3次試驗的平均值為2.65%，其結果高于正交試驗各組得率。

由表3正交試驗結果方差分析可知，4個因素都對甘薯莖葉總黃酮得率有極顯著的影響（P＜0.01），4個因素對甘薯莖葉總黃酮提取的影響主次順序為乙醇濃度（B）＞超聲溫度（D）＞超聲時間（A）＞料液比（C）。

3結論

本研究探討了甘薯莖葉總黃酮的提取工藝，結果表明，超聲波乙醇浸提法提取甘薯莖葉總黃酮的最佳工藝為：超聲時間30min，乙醇濃度70%，料液比1∶40（g/mL），提取溫度40℃，此條件下甘薯莖葉總黃酮的得率為2.65%。根據方差結果，乙醇濃度、超聲溫度是影響提取效率的兩個主要因素。超聲波乙醇浸提法提取甘薯莖葉總黃酮具有工藝簡單，操作方便，成本低且對環境無污染等優點，將為開發利用湖北省荊門地區的甘薯莖葉提供理論參考。

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Study on the Uultrasonic and Ethanol Extraction of Total Flavonoids from Sweet Potato Stem and Leaves

XUYan
（CollegeofBioengineering，Jingchu Universityof Technology，Jingmen 448000，Hubei，China）

The extraction of total flavonoidswasstudied using the ultrasonic and ethanol from stemsand leaves of'ESHU-4'sweetpotato，Themethodswere applied through the single factorexperimentand orthogonalexperiment.The results showed that the ultrasonic and ethanol immersion extraction was used to extract the optimum extraction condition of total flavonoids from stems and leaves of sweet potato was：40℃ultrasonic extraction temperature，70%volume fraction ofethanol，liquidmaterial ratio 1∶40（g/mL）and 30min ultrasonic extraction time.Under the optimum conditions，the total flavonoids extraction rate of sweet potato stem and leafwas 2.65%.

sweetpotatostem and leaf；total flavonoids；ultrasonicethanolextraction

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.05.017

2016-05-25

荊楚理工學院校級課題[（110456）ZR201307]

徐艷（1981—），女（漢），講師，碩士，研究方向：植物資源開發與利用。