超声波辅助提取葛根黄酮的工艺研究

王 辰，高 玲

(长江大学生命科学学院，湖北 荆州 434025)

超声波辅助提取葛根黄酮的工艺研究

王 辰，高 玲

(长江大学生命科学学院，湖北 荆州 434025)

采用超声波提取法，研究了乙醇浓度、固液比、超声波提取时间、超声波功率4个因素对葛根(Puerariaelobata(Willd．) Ohwi)黄酮提取率的影响，并采用L8(27)正交试验确定超声波提取葛根黄酮的最优工艺。结果表明：超声波作用时间与固液比对葛根黄酮得率有显著影响(Plt;0.05)，并且其交互影响显著(Plt;0.05)。优化的葛根黄酮提取条件为：乙醇浓度70%、料液比1∶25、超声功率240 W、超声时间40 min。

葛根(Puerariaelobata(Willd．) Ohwi)；黄酮；超声波；提取工艺

葛根(Puerariaelobata(Willd．) Ohwi)为豆科植物, 其味甘、 辛, 性平, 既是中药材又是营养丰富的食用原料。葛根中含淀粉及葛根素、大豆黄酮、大豆黄酮甙等黄酮类物质。葛根黄酮具有清热解毒、滋补营养、消除氧自由基、抗氧化等功效[1～4]。葛粉生产时筛分与洗涤过程均以流动水处理，黄酮类物质损失严重，因此，对葛根黄酮的前期提取很有必要。超声波作用有利于黄酮类物质的提取，热效应、乳化、扩散、击碎、化学效应、凝聚效应等能加速植物有效成分在溶剂中的扩散释放，促进植物有效成分充分与溶剂混合[5,6]。本研究选择乙醇浓度、超声功率、固液比和超声时间这4个因素正交试验，通过交互分析对超声波提取葛根黄酮的工艺进行了优化。

1 材料与方法

1.1 试验材料、仪器与试剂

葛根为湖北省钟祥市客店乡野生葛根，由钟祥市质检所提供。试剂芦丁、乙醇、硝酸铝、亚硝酸钠等均为分析纯。

1.2 葛根黄酮含量的测定

分别移取0.10 mg/mL芦丁标准溶液0、1、2、4、6、8 mL于6个25 mL容量瓶中，用30%乙醇补充至10 mL，加入1.0 mL 5%NaNO2溶液，摇匀，放置5 min，加入1.0 mL 10%Al(NO3)3溶液，摇匀，静置6 min后加入10.0 mL 1 mol/L NaOH溶液，混匀，用30%的乙醇定容，10 min后，以试剂空白为参比，于波长510 nm处测出各浓度下的光密度D后制作标准曲线：卢丁浓度C(mg/mL) = 0.138 5D-0.0 027(R2= 0.995 5)。

葛根中总黄酮含量的确定[4]：精确称取0.5 g葛根粉末(过80目筛)，加70%乙醇溶液100 mL，放入索式抽提器中。在85 ℃下提取8 h，真空抽滤，收集滤液，在旋转蒸发仪上蒸干，用30%乙醇定容，按标准曲线的制定方法进行检测，测得原料葛根中总黄酮含量为54.1 mg/g。

吸取2.0 mL提取液置于25 mL容量瓶中，按上述芦丁标准曲线绘制方法配制溶液，并以试剂空白为参比液调零，测光密度，按下式计算总黄酮提取率。

式中，C为卢丁浓度(mg/mL)；V0为试验用提取液体积(mL)；V1为样品定容体积(mL)；V2为测定光密度样液的体积(mL)；W为试验用原料葛根质量(g)。

1.3 试验方法

葛根中黄酮采用以下工艺提取：

覆盖材料：第1层(底层)为竹叶或稻草，厚度5 cm左右；第2层为有机肥(鸡粪或羊肥)+专用配方肥或复合肥，用量为50 kg/667 m2，忌用硫酸钾类复合肥；第3层为竹叶，厚度15 cm，以当年生新竹叶最佳；第4层(最上层)为砻糠，厚度20 cm，忌用稻谷灰、麦麸或糯稻砻糠。

葛根→干燥→粉碎→过筛(40目)→乙醇浸泡→超声波提取→离心(4 000 r/min，15 min)→抽滤→定容→提取液

(1) 乙醇浓度对黄酮提取率的影响 称取5份葛根干粉，在按固液比1∶30，超声波功率180 W，提取时间20 min条件下，采用乙醇浓度40%、50%、60%、70%、80%分别提取黄酮，对提取液进行离心、抽滤处理，定容到50 mL后吸取样品液2.0 mL，测光密度，计算提取率。

(2)固液比对黄酮提取率的影响 称取葛根粉5份，采用固液比1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40于乙醇浓度70%，超声波功率为180 W，超声作用20 min提取黄酮，吸取样品液2.0 mL，测光密度，计算提取率。

(3)超声功率对黄酮提取率的影响 称取5份葛根干粉，采用固液比1∶30，乙醇浓度70%，分别在超声功率150 W、180 W、210 W、240 W、270 W下提取黄酮20 min，吸取样品液2.0 mL, 测光密度，计算提取率。

(4) 超声时间对黄酮提取率的影响 称取5份葛根干粉，以固液比1∶30，乙醇浓度70%，于超声功率210 W，分别超声处理10 min、20 min、30 min、40 min、50 min，吸取样品液2.0 mL，测光密度，计算提取率。

(5)超声波提取葛根黄酮的正交试验 在单因素试验基础上，取乙醇浓度，固液比、超声波处理时间，超声波功率4个因素进行正交试验(表1)，所得浑浊液进行离心抽滤，滤液移到50 mL容量瓶中定容，吸样品2 mL，测光密度，计算提取率。各实验重复3次取平均值。

表1 正交试验的因素与水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

2 结果与分析

2.1 不同乙醇浓度对黄酮提取率的影响

图1 乙醇浓度对葛根黄酮提取率的影响Figure 1 Effects of concentration of ethanol on the yields of flavonoids in Puerariae lobata

如图1所示，在乙醇浓度为70%时黄酮提取率最高，乙醇体积浓度为40%～70%时葛根中黄酮提取率逐渐提高。当乙醇浓度过高时脂溶性物质溶出量也逐渐增大，杂质溶出，干扰因素也随之增加，综合提取效果，确定乙醇提取浓度为70%。

2.2 不同料液比对黄酮提取率的影响

由图2可以看出，在固液比为1∶30时光密度度值最高，黄酮类化合物的提取率随着溶剂量增加而提高，因为溶剂用量增加时，溶液中有效成分浓度降低，与物料及溶剂边界层的有效成分浓度差大，扩散推动力大，超声场中的湍动效应也使得固液界面中传质边界层变薄。当继续提高溶剂用量，单位体积料液接受微波的能量减少，提取率反而下降。

2.3 不同超声波功率对黄酮提取率的影响

图2 固液比对葛根黄酮提取率的影响Figure 2 Effects of ratio of material to solvent on the yields of flavonoids in Puerariae lobata

图3表明，微波功率低于210 W，随着功率的增大，黄酮得率有所增加，超声强化提取的湍流效应、微扰效应、界面效应和聚能效应与超声场的频率、功率及体系的温度有关[7,8]。功率越高、温度越高，这4种效应作用越强，所以超声提取率增加。但当超声强度过大时，组织塌陷，超声空化作用降低，并可能引起有效物质的分解。

2.4 不同超声波时间对黄酮提取率的影响

如图4所示，随着超声时间的延长黄酮得率增加。但超声提取时间延长，由超声场产生的聚能效应不能忽略，提取液温度升高，前期可加快提取速度，后期高温和长时间条件下有效成分产生分解会降低得率。超声处理时间选择在40～50 min为宜。

图3 超声功率对黄酮得率的影响Figure3 EffectsofUltrasonicwavepowerontheyieldsofflavonoidsinPuerariaelobata图4 超声处理时间对黄酮提取率的影响Figure4 EffectsofUltrasonictreatmenttimeontheyieldsofflavonoidsinPuerariaelobata

2.5提取工艺条件优化

表2 L8(27)正交设计及试验结果Table 2 Design and results of L8(27) orthogonal test

注：A为乙醇浓度(%)，B为固液比 (W∶V)，C为超声波处理时间(min)，D为超声波作用功率(W)。表3同。

采取4因素2水平交互正交试验优化超声波辅助提取超声波辅助提取葛根黄酮的工艺，试验结果见表2。以提取率为指标，综合考虑各因素及相互作用对提取率的影响，选择最优水平组合。因素水平及结果见表1、表2。

表3 正交试验的方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal experiment

表2的正交试验极差R显示，在超声波强化提取葛根黄酮类物质的4个影响因素中，超声波处理时间影响最大，乙醇溶剂的用量其次，影响黄酮提取率的次序为Cgt;Bgt;Dgt;A。从方差分析(表3)看，超声波处理时间对葛根黄酮提取率有显著影响(Plt;0.05)，乙醇溶剂的用量对葛根黄酮提取率有显著影响(Plt;0.05)，并且两者之间存在交互作用(B×C的Plt;0.05)，超声波功率的影响比乙醇浓度的影响大，但无统计学意义(Pgt;0.05)。

对B、C 2因素进行交互分析(表4)，B1C1组合最大，即葛根中黄酮类物质微波辅助提取的最佳工艺条件为A1B1C1D2，即用70%的乙醇溶剂按1∶25的固液比，在240 W的超声功率下处理40 min。验证性试验表明，测得黄酮得率为(80.19±2.32)%，与交互实验的最大值接近。

3 结论

在超声场中进行葛根黄酮的提取，由于超声空化产生的湍流效应，以及超声空化产生的微扰作用使微孔扩散得以强化，涡流作用加强。超声空化产生微射流，对固体表面的剥离、凹蚀和粉碎作用也增加了传质界面，加快了提取过程[8]。超声波法提取葛根黄酮的优化工艺条件为：浸提固液比为1∶25，乙醇浓度70%，超声波功率为240 W，超声波处理时间为40 min。超声波处理时间与提取液用量对葛根黄酮提取率影响显著，并且两者之间存在交互作用。

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2009-06-18

湖北省教育厅资助项目(D200712007)

王 辰(1965-)，男，湖北洪湖人，副教授，研究方向为食品加工技术.

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2009.04.018

TS201.1

A

1673-1409(2009)04-S061-04