茭白中黃酮類物質的提取工藝優化研究

何莉萍，王紫欣，張澤英，黃愛妮，李 麗，高 維

（武昌工學院城市建設學院，湖北武漢 430065）

茭白（Zizania latifolia Stapf.)，又名高瓜、菰筍、菰手、茭筍，是禾本科菰屬多年生宿根草本植物，其產量在水生蔬菜中僅次于蓮藕，位居第2 位。茭白具有化熱消痰、除身熱、解酒熱毒、甘溫除煩熱的作用， 《本草拾遺》 記者有 “茭白味甘，無毒，去煩熱，止渴，除目黃，利大小便，止熱痢，解酒”[1-2]。現代研究發現茭白具有一定的增進食欲、預防高血壓和動脈硬化的保健和藥用功能。茭白中含有多糖、黃酮、多糖等物質，具有一定的抗氧化活性[3]。

目前，茭白大多作為新鮮蔬菜銷售，深加工程度低，常見的研究大多集中在茭白的栽培及保鮮技術上，僅有一篇論文是利用微波輔助提取法提取茭白總黃酮[4]。目前，植物黃酮的提取方法主要有有機溶劑提取法、微波輔助提取法、超聲波輔助提取法等，其中超聲波輔助提取法因其提取時間短、提取率高、提取的產品活性高等優點被廣泛應用[5-7]。采用超聲波提取法提取茭白中的黃酮，以期為茭白黃酮的提取提供一條新的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮茭白，購于武漢白沙洲大市場；蘆丁標準品，Sigma 公司提供；氫氧化鈉、亞硝酸鈉、硝酸鋁、三氯化鋁等，均為分析純。

茭白處理方法：將新鮮茭白進行洗凈切碎后，放入60 ℃恒溫干燥箱中烘干至茭白內部無明顯水分，粉碎后過40 目篩，備用。

1.2 儀器與設備

GZX-9070M 型電熱恒溫數顯鼓風烘箱，上海博訊有限公司產品；UV-100 型紫外分光光度計，上海美析儀器有限公司產品；JA1001 型分析天平，奧豪斯儀器有限公司產品；HH-2 型恒溫水浴鍋，國華電器有限公司產品；KQ500DB 型超聲波清洗器，昆山舒美超聲儀器有限公司產品；LD5-2A 型臺式低速離心機，北京京立離心機有限公司產品；LPF-800T 型粉碎機，永康市紅太陽機電有限公司產品。

1.3 黃酮標準曲線的繪制

稱取蘆丁純品0.01 g，再取體積分數80%乙醇溶液50 mL，配置得到0.2 mg/mL 的蘆丁標準溶液。以1 mL 為單位，取5 種不同分量的溶液放在具塞刻度試管中，加質量分數5%亞硝酸鈉0.3 mL，靜置6 min，再加質量分數10%硝酸鋁0.3 mL，靜置6 min，最后加質量分數4%氫氧化鈉4.0 mL 后加水至刻度，搖晃均勻，靜置12 min 后于波長510 nm 處測黃酮含量，以吸光度A 作為縱坐標、蘆丁標準液質量濃度C 作為橫坐標做標準回歸曲線，得出回歸方程。

1.4 超聲波法提取茭白總黃酮的單因素試驗

經預試驗確定，影響超聲波法提取茭白總黃酮提取率的相關參數有乙醇體積分數、料液比、超聲時間、超聲溫度、超聲功率。各單因素操作過程中，其他因素為如下所示其他因素數據的最中間的值，僅該因素的5 個因子按如下數據發生變化。

各單因素試驗方法：準確稱取0.50 g 茭白粉末，置于50 mL 具塞比色管中，按料液比（1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，1∶35） 加入一定體積分數（50%，60%，70%，80%，90%） 的乙醇溶液，搖勻并盡量減少管壁過多的茭白粉末附著，將具塞比色管放入一定超聲溫度（30，40，50，60，70 ℃）、超聲時間（ 10， 20， 30， 40， 50 min） 、 超 聲 功 率（150，300，450，600，750 W） 的超聲波清洗器后，提取液以轉速4 000 r/min 離心10 min，取上清液，并稀釋至吸光度為0.400～0.700，于波長510 nm 處利用分光光度計比色，計算其黃酮類物質的含量。

1.5 超聲波法提取茭白總黃酮的正交試驗設計

經1.4 的各單因素試驗，采用五因素四水平的正交試驗設計優化工藝參數。

超聲波法提取茭白總黃酮的正交試驗設計見表1。

表1 超聲波法提取茭白總黃酮的正交試驗設計

1.6 茭白黃酮提取率的計算

用NaNO2-Al（NO3）3-NaOH 體系絡合化學吸收法測定黃酮。取一定量的荷葉黃酮樣液，用體積分數30%乙醇補充至5 mL，分別加入質量分數10%硝酸鋁溶液0.3 mL，混勻，用體積分數30%乙醇定容至刻度線，放置10 min 后于波長510 nm 處測定其吸光度值，按如下公式計算茭白黃酮提取率：

式中：Y——黃酮類物質的含量，%；

C——根據標準曲線求得的黃酮類物質的質量濃度，mg/mL；

N——稀釋倍數；

V——定容體積，mL；

W——茭白的質量，mg。

2 結果與分析

2.1 蘆丁標準曲線的繪制

蘆丁標準曲線見圖1。

由圖1 可知，得到回歸曲線方程為：

Y = 0.497 4X+0.006 3，R2=0.999 7.

式中：Y——測定樣品的吸光度；

X——蘆丁質量濃度，mg/mL。

2.2 乙醇體積分數對茭白中黃酮類物質提取率的影響

乙醇體積分數對茭白中黃酮類物質提取率的影響見圖2。

由圖2 可知，黃酮提取率在乙醇體積分數較低時呈上升趨勢，其原因是乙醇體積分數較低時，部分黃酮類物質分子與分子間排列緊密，分子間作用力較大，無法將茭白中的黃酮類物質提取出來，導致其溶出率較低；當乙醇體積分數提升至70%以上時，茭白黃酮提取率呈現緩慢下降趨勢，可能是因為茭白中非極性的雜質溶出，影響茭白中黃酮類物質的溶出，從而使黃酮提取率稍有下降。

2.3 料液比對茭白中黃酮類物質提取率的影響

料液比對茭白中黃酮類物質提取率的影響見圖3。

由圖3 可知，料液比與提取率先成正比后成反比，在1∶25 時其提取率最高，一般來說，料液比越大，可以加快溶劑的擴散運動，使得黃酮類物質的提取率隨之增大，但隨著溶劑量達到能溶解大部分黃酮類物質時，溶劑量持續增加后提取率緩慢下降，這可能是因為溶劑量過大后，造成回收困難，對黃酮提取率造成間接影響。

2.4 超聲時間對茭白中黃酮類物質提取率的影響

超聲時間對茭白中黃酮類物質提取率的影響見圖4。

由圖4 可知，隨著超聲時間延長，茭白中黃酮類物質的提取率呈明顯上升趨勢，這可能是因為茭白中的黃酮類物質大量存在于細胞組織中，通過超聲波作用不斷溶出。在30 min 后，超聲時間繼續增加，但黃酮類物質的提取率呈明顯下降趨勢，可能存在的原因是黃酮類物質受熱時間過長被氧化，使得其提取率降低。

2.5 超聲溫度對茭白中黃酮類物質提取率的影響

超聲溫度對茭白中黃酮類物質提取率的影響見圖5。

由圖5 可知，隨著超聲溫度的升高，茭白中黃酮類物質的提取率呈小幅度上升狀態，在溫度達到50 ℃時其提取率最高，這是由于隨著超聲溫度的升高，分子運動加劇，且加速茭白細胞壁的破裂，使茭白中的黃酮類物質更好地溶解于乙醇溶劑中；隨著超聲溫度的繼續升高，茭白黃酮提取率稍有下降，可能是因為部分黃酮類物質在高溫環境中發生氧化導致。試驗結果表明，在超聲溫度為50 ℃時茭白中黃酮類物質提取率最高。

2.6 超聲功率對茭白中黃酮類物質提取率的影響

超聲功率對茭白中黃酮類物質提取率的影響見圖6。

由圖6 可知，超聲功率與提取率先上升后下降，并在超聲功率為450 W 達到最大值。當超聲功率較低時，隨著功率的增加，破碎細胞的作用增強，在很大程度上提升了提取率，但當超聲功率達到一個定值，即超聲功率為450 W 時，溶液中存在的非黃酮類物質雜質增多，且部分黃酮類物質發生降解，導致黃酮提取率有一定降低。

2.7 超聲波輔助提取法提取茭白中黃酮類物質正交試驗設計

茭白中黃酮類物質L16（45）正交試驗結果見表2。

表2 茭白中黃酮類物質L16（45）正交試驗結果

由表2 可知，影響茭白總黃酮提取率的因素主次順序為超聲功率（E） ＞乙醇體積分數（A） ＞超聲時間（C） ＞料液比（B） ＞超聲溫度（D），最優組合為A2B2C3D2E2，即乙醇體積分數70%，料液比1∶25 （W∶V），超聲時間30 min，超聲溫度50 ℃，超聲功率450 W，此時，茭白總黃酮的得率0.528%。經過驗證試驗，得到該最優組合條件下得率0.532%。