微波輔助提取麻城福白菊綠原酸工藝的優化及其抗氧化活性

汪芷玥 周際松 湯凱

摘要：湖北省麻城福白菊為中國國家地理標志產物，綠原酸是其中含量較高的生物活性物質。采用微波輔助提取法對其中的綠原酸提取工藝進行優化，并測定綠原酸的總抗氧化能力及其清除超氧陰離子自由基的能力。選取微波時間、微波功率、料液比等3個變量進行單因素試驗，利用響應面法對其提取工藝進行優化。結果表明，最佳工藝參數組合：微波功率為640 W，料液比為1 g ∶ 20 mL，微波時間為25 s。在此最優條件下，綠原酸提取率可達6.25%。抗氧化活性試驗結果表明，福白菊中綠原酸具有良好的抗氧化性，并且當福白菊中綠原酸質量濃度達到1.0 mg/mL時，其總抗氧化能力及清除超氧陰離子自由基的能力最強。

關鍵詞：菊花;綠原酸;微波輔助提取;響應面法;抗氧化活性

中圖分類號： TS201.1 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）15-0240-06

麻城福白菊（Chrysanthemum morifolium cv. Fubaiju）是一種兼具食用和藥用價值的保健型藥材，被視為“藥膳佳肴，飲中極品”，主要種植于以湖北省麻城市福田河鎮為中心的大別山區域[1]。憑借當地良好的生態環境及地理優勢，麻城福白菊被評為中國國家地理標志產物，具有清熱解毒、平肝明目的功效[2]。研究發現，福白菊中綠原酸、木樨草苷等成分含量均高于其他種菊花[3]。而在福白菊的眾多提取物中，綠原酸是其發揮一定功效的主要活性成分。綠原酸是一種苯丙素類物質，具有抗菌、降壓、利膽、抗氧化等作用[4-5]，它在食品、醫藥及化妝品等領域中有著廣泛的應用[6]，被稱為“植物黃金”[7]。近幾年來，隨著人們對生物資源的重視，綠原酸的提取工藝受到廣泛關注。麻城福白菊作為大別山優質特色資源，是獲取綠原酸的良好來源。

目前，國內外對麻城福白菊遺傳特性的研究較多[8]，而對其活性成分的研究相對較少[9]，麻城福白菊的豐厚資源尚未得到充分利用。本研究采用微波輔助提取的方法從麻城福白菊中提取綠原酸，選擇微波時間、微波功率、料液比等進行單因素試驗，通過響應面分析法優化福白菊中綠原酸的最佳提取工藝，同時探究福白菊中綠原酸的抗氧化活性，以期為后續麻城福白菊的開發及應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 原料與試劑 福白菊，產自湖北省麻城市福田河鎮;無水乙醇、維生素C、鐵氰化鉀、氯化鐵、三氯乙酸、焦性沒食子酸等（均為分析純），購自國藥集團化學試劑有限公司;三羥基氨基甲烷（分析純），購自阿拉丁試劑（上海）有限公司;鹽酸（分析純），購自中平能化集團開封東大化工有限公司。

1.1.2 儀器與設備 FW100高速萬能粉碎機，購自天津市泰斯特儀器有限公司;標準檢驗篩，購自上虞市五四紗篩廠;AL204電子天平，購自梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司;WBFY-201微波化學反應器、SHZ-D（Ⅲ）環水真空泵，均購自鞏義市予華儀器有限責任公司;723型可見分光光度計，購自上海光譜儀器有限公司;H/T18MM臺式高速離心機，購自湖南赫西儀器裝備有限公司;DK-98-ⅡA電熱恒溫水浴鍋，購自天津市泰斯特儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 綠原酸的提取工藝流程 將已經干燥的麻城福白菊放入粉碎機中粉碎后過80目篩備用。準確稱取0.5 g福白菊粉末和80%乙醇溶液，按照一定的配比混合后移入微波反應器中，設置一定的微波時間、微波功率，對其中的綠原酸進行提取。將處理好的溶液進行抽濾，再將濾液轉移到25 mL容量瓶中，加80%乙醇溶液定容，搖勻。用移液管移取1 mL溶液于100 mL容量瓶中，加80%乙醇溶液定容。以80%乙醇溶液作為空白對照，于分光光度計中測定待測液在328 nm波長下的吸光度[10]。

1.2.2 綠原酸提取率的計算 利用綠原酸標準樣品繪制標準曲線。在328 nm波長下測定吸光度，根據所得綠原酸標準曲線公式D=41.757C+0.0387及公式（1）計算綠原酸提取率（y）[11]：

y=CVn/m×100%。（1）

式中：D為吸光度;C為綠原酸濃度，mg/mL;V為體積，L;n為稀釋倍數;m為福白菊粉末質量，g。

1.2.3 單因素試驗

1.2.3.1 微波時間對福白菊綠原酸提取率的影響 分別稱取0.5 g福白菊粉與80%乙醇溶液，按照料液比1 g ∶ 20 mL混合，設定微波功率為400 W，在微波時間分別為10、20、30、40、50 s的條件下進行3次平行試驗，在328 nm波長下測定其吸光度，并計算綠原酸提取率。

1.2.3.2 料液比對福白菊綠原酸提取率的影響 分別稱取0.5 g福白菊粉與80%乙醇溶液，按照設定的料液比混合，設定微波時間為30 s，微波功率為400 W，在料液比分別為1 g ∶ 10 mL、1 g ∶ 15 mL、1 g ∶ 20 mL、1 g ∶ 25 mL、1 g ∶ 30 mL的條件下進行3次平行試驗，在328 nm波長下測定其吸光度，并計算綠原酸提取率。

1.2.3.3 微波功率對福白菊綠原酸提取率的影響 分別稱取0.5 g福白菊粉與80%乙醇溶液，按照料液比1 g ∶ 20 mL混合，設定微波時間為30 s，在微波功率分別為80、240、400、640、800 W的條件下進行3次平行試驗，在328 nm波長下測定其吸光度，并計算綠原酸提取率。

1.2.4 響應面法優化提取工藝 根據單因素試驗結果，以料液比、微波功率、微波時間等3個因素為自變量，以綠原酸提取率為響應值，用Box-Behnken design法設計試驗方案，得出微波輔助提取麻城福白菊中綠原酸的最佳工藝條件[12]。試驗因素與水平見表1。

1.2.5 福白菊中綠原酸抗氧化活性的測定方法 總抗氧化能力測定方法[13]：取0.2 mL不同質量濃度（0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/mL）的樣品溶液，分別加入2.5 mL磷酸鹽溶液（pH值為6.6）和2.5 mL 1% K3Fe（CN）6溶液，于50 ℃水浴20 min，再加入2.5 mL 10%三氯乙酸溶液。混勻后于1 000 r/min離心10 min，取5 mL上清液，加入5 mL蒸餾水和 1 mL 0.1% FeCl3溶液，充分振蕩后，于分光光度計中在700 nm波長下測定待測液吸光度，并以相同濃度的維生素C溶液作為陽性對照。吸光度越高，表明其總抗氧化能力越強。

超氧陰離子清除能力測定方法[14]：取0.2 mL不同質量濃度（0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/mL）的樣品溶液，加入5.7 mL 50 mmol/L Tris-HCl緩沖液（pH值為8.2），于25 ℃水浴10 min，再加入0.1 mL 6 mmol/L鄰苯三酚。迅速搖勻后于分光光度計中在320 nm波長下測定反應時間為1 min時的吸光度Dx，同時以等濃度的樣品溶液作為參比，以扣除樣品本身所帶的顏色干擾;用等體積的水代替樣品，以Tris-HCl作為空白參比，測定反應時間為 1 min 時的吸光度D0，并以相同濃度的維生素C溶液作為陽性對照。在320 nm波長下，福白菊中綠原酸對超氧陰離子的清除能力計算公式如下：

清除率=（D0-Dx）/D0×100%。（2）

式中：D0為Tris-HCl空白對照液的吸光度;Dx為樣品溶液的吸光度。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 微波功率對福白菊綠原酸提取率的影響 在料液比為 1 g ∶ 20 mL、微波時間為30 s的固定條件下，改變微波功率，研究其對綠原酸提取率的影響。由圖1可知，微波功率在80～400 W范圍內時，隨著微波功率的增加，提取率升高;當微波功率為400 W時，綠原酸提取率達到最大值（5.75%）;當微波功率繼續增加時，綠原酸提取率呈現出下降的趨勢，這是由于當微波功率過大時，溫度升高導致綠原酸的結構遭到破壞[15]，從而影響了福白菊中綠原酸的提取率。

2.1.2 微波時間對綠原酸提取率的影響 在料液比為 1 g ∶ 20 mL、微波功率為400 W的固定條件下，改變微波時間，研究其對綠原酸提取率的影響。由圖2可知，當微波功率為10～20 s時，綠原酸提取率隨微波時間的增加而升高;當微波時間為20 s時，綠原酸提取率達到最大值（5.79%）;當微波時間繼續增加時，綠原酸提取率呈現出下降的趨勢，這是由于微波時間過長時，微波能量聚集，使得細胞壁迅速破裂，水分立即蒸發，綠原酸來不及融入乙醇[16-17]，另一方面，由于乙醇具有揮發性，隨著微波時間的延長，其有效濃度也逐漸降低，從而影響了提取率。

2.1.3 料液比對綠原酸提取率的影響 在微波功率為400 W、微波時間為30 s的固定條件下，改變料液比，研究其對綠原酸提取率的影響。由圖3可知，當提取料液比為1 g ∶ 10 mL至1 g ∶ 20 mL時，綠原酸提取率隨之升高;當料液比為 1 g ∶ 20 mL 時，綠原酸提取率達到最大值（6.03%）;當料液比為 1 g ∶ 25 mL 至1 g ∶ 30 mL時，綠原酸提取率呈現下降的趨勢，這可能是因為當福白菊原料減少時，提取得到的綠原酸也減少。

2.2 響應面試驗優化

2.2.1 試驗設計與結果 根據單因素試驗的結果，以綠原酸提取率為響應值，采用Box-Behnken試驗設計對3個因素[微波時間（A）、微波功率（B）、料液比（C）]，進行3因素3水平的響應面試驗分析，試驗設計及結果見表2。

利用Design-Expert 8.0.6軟件對試驗結果進行多元回歸擬合，得到綠原酸提取率（Y）與微波時間（A）、微波功率（B）和料液比（C）的二次多項回歸模型方程為

Y=6.25+0.029A+0.065B+0.069C+0.022AB+0.22AC-0.058BC-0.22A2-0.10B2-0.13C2。

對該模型進行方差分析，由表3可知，該模型（P<0.000 1）極顯著;失擬值不顯著（P=0.313 1>0.05），表明該模型不失擬，十分合理;R2=0.980 6，表明該模型的相關性較好，能良好地反映3個因素與綠原酸提取率之間的關系;R2adj=0.955 6，表明該模型具有較好的相關性[18]。綜上，可運用該模型對福白菊中的綠原酸進行分析和檢驗。在一次項中，A（微波時間）對綠原酸提取率的影響不顯著，B（微波功率）和C（料液比）對綠原酸提取率的影響極顯著（P<0.01）[19];在交互項中，AB對綠原酸提取率的影響不顯著（P=0.098 9>0.05），BC對綠原酸提取率的影響顯著（P<0.05），AC對綠原酸提取率的影響極顯著（P<0.000 1），表明微波時間和料液比、微波功率和料液比之間存在交互作用;在二次項中，A2、B2、C2對綠原酸提取率的影響皆表現為極顯著（P<0.01）。3個因素對福白菊綠原酸提取率的影響主次順序表現為料液比>微波功率>微波時間。

優化得到的麻城福白菊中綠原酸微波輔提的最佳參數組合：微波功率為640 W，料液比為 1 g ∶ 20 mL，微波時間為25 s，在該條件下，綠原酸提取率的理論值為6.28%。

2.2.2 響應面分析 響應面及等高線可直觀清晰地反映2個因素之間的交互作用，當響應面越趨近平面時，表明2個因素之間的交互作用越弱;當響應面越趨近拱形時，表明2個因素之間的交互作用越強;當等高線呈現橢圓形時，表明2個因素之間的交互作用較強，對綠原酸提取率的影響顯著[20]。

由圖4-a可知，在微波時間和微波功率對綠原酸提取率的影響方面，對應的響應面較平緩，表明微波時間和微波功率之間的交互作用不顯著[20];圖4-c中的響應面趨近拱形，等高線較密集，呈現橢圓形，表明微波時間和料液比之間的交互作用顯著;圖4-e的響應面坡度較陡，圖4-f的等高線呈現橢圓形，表明微波功率與料液比之間的交互作用較明顯。

2.2.3 驗證試驗 采用響應面分析法優化得到最佳工藝條件：微波時間為25 s，微波功率為640 W，料液比為1 g ∶ 20 mL，在此條件下綠原酸的理論提取率為6.28%。在最優工藝條件下進行3次平行驗證試驗，測得綠原酸的實際提取率為6.25%，與預測結果基本一致，可見該模型有效。

2.3 福白菊中綠原酸抗氧化活性的測定

2.3.1 總抗氧化能力測定結果 如圖5所示，隨著樣品質量濃度的增加，吸光度逐漸提高，即福白菊中綠原酸的總抗氧化能力逐漸增強[21];當綠原酸質量濃度為1.0 mg/mL時，吸光度達到最大值，在該濃度下綠原酸的總抗氧化能力最強，與同濃度下維生素C溶液的總抗氧化能力比較可知，福白菊中綠原酸有較強的抗氧化能力。

2.3.2 超氧陰離子清除能力測定結果 如圖6所示，隨著樣品質量濃度的增加，福白菊中綠原酸對超氧陰離子的清除能力逐漸增強;當綠原酸質量濃度為1.0 mg/mL時，清除率達到88.97%，與該濃度下維生素C對超氧陰離子的清除率基本持平。以上結果表明，福白菊中綠原酸對超氧陰離子有較強的清除能力。

3 結論

綜上，以麻城福白菊為原料，以福白菊中綠原酸的提取率為指標，利用微波輔助提取的方法，在單因素試驗的基礎上，通過響應面分析法得到提取麻城福白菊中綠原酸的最佳工藝條件：微波功率為640 W，微波時間為25 s，料液比為1 g ∶ 20 mL。綠原酸提取率在該條件下可達6.25%。與其他方法相比，微波輔助提取法更加簡單、高效，為麻城福白菊中綠原酸的進一步開發奠定了理論基礎。另外，當綠原酸質量濃度達到1.0 mg/mL時，其抗氧化能力達到最大值，是同濃度下維生素C抗氧化能力的79.9%，表現出綠原酸較高的抗氧化能力;在該濃度下，綠原酸對超氧陰離子的清除能力最強，為同濃度下維生素C清除能力的93.7%，表明福白菊中綠原酸對超氧陰離子具有較強的清除能力，可為后續利用麻城福白菊研制具有抗氧化活性的產品提供科學依據。

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