微波萃取在苦瓜叶黄酮提取中的工艺研究

吴永兰, 文耀智, 卞杰松, 李广利, 廖志勇, 胡仁利

(湘南学院 化学与生命科学系, 湖南 郴州, 432000)

微波萃取在苦瓜叶黄酮提取中的工艺研究

吴永兰, 文耀智, 卞杰松, 李广利, 廖志勇, 胡仁利

(湘南学院 化学与生命科学系, 湖南 郴州, 432000)

在微波单因素提取的基础上采取L9(43)正交试验，探讨乙醇浓度、微波提取时间、料液比、提取次数对苦瓜叶黄酮提取率的影响. 经过单因素试验及正交试验，结果表明：4种因素对苦瓜叶中黄酮的提取率的影响分别为乙醇浓度>提取时间>液料比>提取次数. 在微波功率为160 W的条件下，最佳提取工艺条件乙醇质量分数为70%，液料比为50∶1(mL/g)，提取时间为3 min, 提取次数为3次，此时总黄酮的提取率为3.54%. 该工艺流程为苦瓜叶中黄酮的工业化生产提供了参考.

苦瓜叶；黄酮；微波提取

苦瓜为葫芦科苦瓜植物，别名凉瓜、癞葡萄和锦荔枝，属蔓性一年生蔬菜. 苦瓜生长在亚热带地区，因其既可入药，又可用作蔬菜，故在世界范围内广泛种植. 目前对苦瓜的开发主要在食疗保健方面，如苦瓜饮料、苦瓜酒、苦瓜豆腐等[1]. 在食疗保健方面主要利用苦瓜的果肉、果汁，对苦瓜叶开发利用几乎处于空白.

由于很多植物的叶片都含有丰富的黄酮化合物，我们对苦瓜叶中黄酮进行提取并对其含量进行测定. 黄酮有多种作用，是一种强抗氧化剂，可以改善血液循环，清除自由基抗衰老[2]，可以降低胆固醇含量，因此可以用来治疗心脑血管疾病[3]，也作为食品甜味剂和食用色素[4]，还可以抑制炎性生物酶渗出，可以增进伤口愈合和止痛等功效[5]. 目前研究较多的黄酮提取方法有：热水提取法、有机溶剂提取法、碱液提取法、超声波辅助提取法、超临界流体提取法、大孔树脂吸附法、酶法提取等[6].但迄今对苦瓜叶黄酮的微波辅助提取研究鲜有报道.

微波具有波动性、高频性、热特性和非热特性4大基本特性. 利用微波穿透萃取介质，快速到达物质内部，在较低的温度条件下，加速被提取成分向萃取溶剂界面的扩散速率，缩短了提取组分分子由物料内部扩散到提取溶剂界面的时间，提高了提取速率[7]. 与常规的方法比，微波提取具有选择性高、快速高效、溶剂消耗小、活性成分得率高、不产生噪音、适于热不稳定物质等特点[8-9].

本文采用微波提取法提取苦瓜叶中总黄酮并对其最佳工艺条件进行探究，以期为苦瓜的开发利用开辟新的途径，提高苦瓜产品的附加值，并为苦瓜黄酮的工业化生产提供参考.

1 材料和方法

1.1 材料

原料：新鲜苦瓜叶，于2008年8月20日采自湖南永州宁远，选摘同一品种变黄的苦瓜叶，在太阳下晒干后用恒温鼓风干燥箱80 ℃干燥至恒重，用手磨碎，后再用研钵磨碎，过孔径为60#钢筛，之后用纸包裹起来，放入干燥箱中备用. 原料粒径不宜过大，如果粒径过大给提取工作带来困难，但粒径过小也会给后续的分离操作带来困难.

试剂：芦丁对照品，无水乙醇(AR)，亚硝酸钠(AR)，硝酸铝(AR)，氢氧化钠(AR).

1.2 仪器设备

格兰仕微波炉(型号为G80W23CSP-Z，最大输出功率为800 W)，分析天平，H.H.S6型电热数字显示恒温水浴锅(上海浦东跃欣科学仪器厂)，722型可见分光光度计(上海天翔光学仪器有限公司)，101A-1型电热鼓风干燥箱(上海浦东跃欣科学仪器厂)等.

1.3 方法

1.3.1 标准曲线的制备

准确称取19.80 mg芦丁对照品，用35%乙醇溶解，并完全移入100 mL容量瓶中，用35%乙醇定容. 分别取上述芦丁标准品溶液0、2、4、6、8、10 mL于容量瓶中，用35%乙醇补足至25 mL，加入5%亚硝酸钠1.4 mL，摇匀，放置5 min后加入10%硝酸铝1.4 mL，6 min后加入4%氢氧化钠10 mL，混匀，用35%乙醇稀释至刻度，10 min后于510 nm波长处比色测定. 标准曲线如图1.

1.3.2 苦瓜叶中黄酮类化合物的提取、测定

准确称取苦瓜叶粉1.00 g放入平底烧瓶，在不同的实验条件进行微波提取，取部分提取液定量测定和分析，然后计算黄酮的提取率.

提取液中总黄酮含量的测定：取一定提取液，离心，后取5 mL上清液移至50 mL容量瓶中，按上述染色法染色，测定在510 nm处的ε值. 总黄酮提取率(%)=(黄酮类化合物质量/干物料质量)× 100%.

图1 芦丁标准曲线

1.3.3 微波处理预试验

取一批规格相同的平底烧瓶，每瓶加乙醇40 mL, 在微波炉中均匀排成一圈，保证每瓶接受的微波剂量相等. 每组分别在20%、40%、60%的功率下进行处理，观察发现样品在20%功率下240 s沸腾，40%的功率80 s沸腾，60%的功率40 s沸腾. 为便于试验控制，微波功率选择在20%，即微波强度为160 W. 在以后的实验中微波辐射时间均应短于相应微波强度的沸腾时间，超出沸腾时间，提取液容易溅出，实验结果不准确.

1.3.4 微波提取

准确称取苦瓜叶粉1.00 g放入平底烧瓶，加若干乙醇，轻轻摇匀，用脱脂棉塞住瓶口. 置于微波炉中，调节微波功率为20%，辐射一定时间，取出，冷却至室温. 间隔一定时间，再次放入微波中进行提取，如此重复提取几次.

2 结果与分析

2.1 单因素分析

2.1.1 提取次数对提取率的影响

在60%的乙醇、液料比为50∶1(mL/g)、提取时间为3 min的条件下进行微波提取，提取次数分别为1、2、3、4，相邻2次提取的间隔时间为20 min,测定并计算提取液中总黄酮的含量，结果见表1.

实验结果表明，苦瓜叶中总黄酮的提取率随提取次数的增大而增大，在提取3次时，总黄酮的提取率达到最大，之后随提取时间的增加，提取率略有下降. 所以提取次数选择3次.

表1 提取次数对提取率的影响

2.1.2 乙醇浓度对提取率的影响

在乙醇质量分数分别为50%、60%、70%、80%、90%，液料比为50∶1(mL/g)，提取时间为3 min的条件下微波提取3次，相邻2次提取间隔时间为20 min. 测定并计算提取液中总黄酮含量，结果见表2.

表2 乙醇浓度对提取率的影响/%

实验结果表明，随乙醇浓度升高提取率逐渐升高，但乙醇质量分数高于70%，总黄酮的提取率上升趋于平缓. 这可能是因为提高乙醇浓度可以增加提取剂对物料的渗透性，并可提高黄酮类化合物的溶解度，从而提高黄酮提取率. 但乙醇浓度大，提取所需的溶剂较大，提取成本高. 综合考虑，乙醇质量分数以70%最佳.

2.1.3 液料比对提取率的影响

因溶剂太少无法浸没物料，所以选择在液料比为20∶1、30∶1、40∶1、50∶1、60∶1(mL/g)，乙醇质量分数为70%，提取时间为3min的条件下提取3次，测定并计算提取液中黄酮的含量，结果见表3.

表3 液料比对提取率的影响

实验结果表明，提取率随液料比的增大逐渐提高，在液料比为50∶1时提取率达到最大，再增加料液比提取率反而下降. 其可能的原因是料液比增大即溶剂比例增大，系统稀释度增大，有利于黄酮的溶出，提取剂比例的提高主要是增加了物料体系与提取剂体系间有效成分的浓度差，也减少了物料内部有效成分的残余量，从而提高提取率. 当液料比达到50∶1时，继续增加液料比，提取剂对微波能的吸收增加导致细胞液对微波能吸收减少，细胞破裂不完全，黄酮不能充分溶出. 液料比增大，会增大溶剂的用量，也会增大后续处理工序的投入，综合经济效益和生产管理考虑，选择液料比为50∶1.

2.1.4 提取时间对提取率的影响

在提取时间为1、2、3、4 min，乙醇质量分数为70%，液料比为50∶1的条件下微波提取3次，相邻两次提取间隔时间为20 min，测定并计算提取液中总黄酮的含量，结果见表4.

表4 提取时间对提取率的影响

实验结果表明：在1～3 min范围时，随着提取时间的延长提取率升高，但是提取时间超过3 min，提取率反而减小了. 可能是因为所含黄酮类物质已基本溶出，所以增加提取时间不能使提取率升高.另外微波作用时间长环境温度也会升高，部分溶剂乙醇挥发从而影响提取效果. 温度升高一方面会使蛋白质及杂质沉淀影响黄酮溶出，另一方面会破坏提取液中的有效成分，引起黄酮的分解. 所以选择提取时间为3 min.

2.1.5 间隔时间对提取率的影响

在乙醇质量分数为70%，液料比为50∶1，提取时间为3 min的条件下微波提取3次，相邻2次提取的间隔时间分别为20、30、40 min, 测定并计算提取液中总黄酮的含量，结果见表5.

表5 间隔时间对提取率的影响

实验结果表明，随着提取间隔时间的延长，提取液中总黄酮的含量基本上保持不变，间隔时间对黄酮提取的影响不大，在后面的正交试验可不予考虑. 从节约时间的角度考虑，间隔时间以20 min为宜.

2.2 正交分析法

在单因素试验的基础上，对影响苦瓜叶中总黄酮提取率的主要因素乙醇浓度、提取时间、料液比、提取次数等进行L9(43)正交试验(各试验的间隔时间均为20 min，微波功率为160 W)，以确定最佳的工艺条件. 正交实验因素水平见表6，正交实验结果见表7.

表6 因素水平 L9(43)

表7 正交实验结果

由正交实验结果可知，影响苦瓜叶黄酮提取率各因素的主次顺序为B > D > C > A, 即乙醇浓度>提取时间>液料比>提取次数，经极差分析最优组合应为A2B2C2D2，即乙醇质量分数为70%、液料比50∶1、提取时间为3 min、提取次数为3次. 在最优条件下对苦瓜叶中黄酮进行提取，提取液中总黄酮量为3.54%. 由于本试验设置因素未包括微波强度，会对试验结果产生影响，是否有更理想的结果，还有待进一步研究.

3 结束语

苦瓜叶中含有丰富的黄酮化合物，本文详细探讨了苦瓜叶总黄酮的微波提取工艺，为开发利用该资源提供了有益的参考. 微波辅助提取苦瓜叶中黄酮的实验表明：影响苦瓜叶的黄酮的提取率各因素的主次顺序为B > D > C > A，即乙醇质量分数>提取时间>液料比>提取次数. 最佳提取工艺条件为A2B2C2D2，即乙醇质量分数为70%、液料比50∶1、提取时间为3 min、提取次数为3次. 在此条件下，苦瓜叶总黄酮的提取率为3.54%.

[1] 吴道宏, 周丽娟, 孙术国. 苦瓜保健功能及开发利用研究进展[J]. 饮料工业, 2009, 12(3): 1-3.

[2] 魏朝良, 于德红, 安利佳. 黄酮类化合物及清除自由基机制的探究[J]. 中成药, 2005, 27(2): 239-241.

[3] 杨波. 黄酮类化合物对心管系统的作用[J]. 岭南心血管病杂志, 2004, 10(2): 144-145.

[4] 肖崇厚. 中药化学[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 1997: 256-274.

[5] 吴立军. 天然产物化学[M]. 4版. 北京: 人民卫生出版社, 2003: 175-176.

[6] 刘羽, 杨洋. 生物类黄酮的研究进展[J]. 食品科学, 2002, 23(4): 45-50.

[7] 高岐. 微波加热溶出——分光光度法测定红皮洋葱中黄酮化合物[J]. 食品研究与开发, 2008, 29(3): 69-71.

[8] 张永煜, 陈晓华, 张锐杰. 愈风宁心片中葛根总黄酮的提取工艺[J]. 中国实验方剂学杂志, 1995, 5(2): 12-13.

[9] 张慧, 刘宗敏, 黎继烈. 微波萃取在食品工艺中的应用[J]. 食品与机械, 2006, 22(6): 147-150.

Microwave-assisted extraction of flavones from leaves of balsam pear

WU Yong-lan, WEN Yao-zhi, BIAN Jie-song, LI Guang-li, LIAO Zhi-yong, HU Ren-li
(Department of Chemical and Life Science, Xiangnan University, Chenzhou 42300, China)

Based on the extraction of flavones with the technology of microwave, the effect of alcohol concentration，the number of extraction times, liquid -material rate and microwave irradiation time on the extraction were investigated. The parameters of extraction process were optimized by orthogonal test. The result shows that four factors on the flavones extraction rate of balsam pear leaves were as follows alcohol concentration, irradiation time, material-liquid, extraction number of times. The best extraction condition was alcohol concentration 70%, liqid-material rate 50:1, irradiation time 3 min, extraction number of times 3 times. The process provided a reference for the falconoid industrial production of flavones in balsam pear leaves.

balsam pear leaves; flavones; microwave-assisted extraction

O 658.2

：A

1672-6146(2010)04-0029-04

10.3969/j.issn.1672-6146.2010.04.009

2010-09-20

湖南省大学生研究性学习和创新性试验计划2008(271)

吴永兰(1953-), 女, 教授, 研究方向为野生资源分析与开发.