超声—微波协同法优化苦瓜提取物的工艺条件

王颖，姚笛，王宪青，郑莹莹

（黑龙江八一农垦大学食品学院，大庆 163319）

随着社会文明和科学的进步，人们不再一味地以药去治病，而是从食品中提取有价值的物质进行食疗治病日益重要。苦瓜甙作为降血糖作用的主要成分，不仅降糖快速、保持时间长，而且提取于纯天然苦瓜[1]，对心、肝、肾不产生任何不良毒副作用，不强行刺激胰岛素分泌，从养护和修复胰岛细胞的角度，重新恢复功能，使患者摆脱药物依赖成为可能[2]。苦瓜甙还能降低甘油三酯及低密度脂蛋白，从而降低血脂，防止血液粘、稠、浓、聚，从而控制并消除。我国北京大学医学院的科研人员发现，苦瓜甙类物质有快速降糖，调节胰岛功能，增加胰岛素的敏感性，预防改善并发症，调节血脂，提高免疫力的作用[3，4]。印度的科研人员研究发现苦瓜甙类物质有明显的降低血糖的作用，苦瓜能降低血糖值的原因，在于苦瓜还有与胰岛素功能相似的白质[5]。众所周知，胰岛素具有使血液中的葡萄糖转换为热量的作用，借此可以调节人体的血糖，使它保持在正常的状态下。

前人对苦瓜中主要活性成分甙的提取已有研究，常采用普通有机溶剂水浴提取、索式提取、渗漏提取、超声提取等方法，提取率低、提取时间长，能耗高[6]。微波具有很强的穿透性和很高的加热效率，可以穿透物质而直接使外部与内部同时加热[7，8]。在超声振动的空化作用为辅，微波的高能作用为主的协同提取作用下，可使样品介质内各点受到作用一致，降低目标物与样品基本的结合力，加速目标物从固相进入溶剂的过程[9，10]。基于以上问题，研究首次采用超声微波协同萃取法制备以苦瓜甙为主的提取物，以期实现低温常压环境下进行快速、高效、可靠的提取过程，为苦瓜的进一步开发利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.2 试剂

人参皂甙标准品购自上海安谱公司，盐酸、冰醋酸、高氯酸、无水乙醇、甲醇、香草醛等为天津市大茂化学试剂厂分析纯。

1.3 仪器设备

电子分析天平：AR2140，梅特勒-托利多仪器上海有限公司；旋转蒸发仪：RE-5298，郑州恒信仪器设备有限公司；电热恒温鼓风干燥器：DGG-9053A，江苏金坛市金城国盛实验仪器厂；分光光度计：722型，北京普析通用仪器限责任公司；超声波细胞粉碎机：BILON92-IIDL型，上海森信实验仪器有限公司。

1.4 方法

1.4.1 原材料的预处理

将市售苦瓜洗净晾干，然后将其切成小片，在电热恒温鼓风干燥箱中60℃烘干，将烘干的苦瓜片在研钵中研碎，放入烧杯中以备后用。

1.4.2 苦瓜提取物粗品的提取

称取3 g研碎的苦瓜粉样品，放入到烧杯中，使其均匀分布在烧杯底部，然后加入60 mL蒸馏水，进行超声（360 W，10 min），再加入 5 mL盐酸，使得苦瓜样品浸润一段时间，按一定料液比加入乙醇，将烧瓶接冷凝管后在微波条件下萃取，萃取结束后待其自然冷却，然后过滤得滤液。

3)低空急流的持续加强为对流的发生提供了条件性不稳定和对流有效位能。暖湿空气推进的过程中在强的风速辐合处被强迫抬升至自由对流高度,使不稳定能量释放,触发对流。

1.4.3 粗品的分离提纯

把圆底烧瓶中的全部物质进行抽滤，再用萃取介质润洗残渣，抽滤完后分离出残渣，把滤液转移到干净的圆底烧瓶中。滤液用旋转蒸发仪进行减压蒸馏，蒸馏完后，分离出提取物，并回收萃取剂。在50℃烘干至恒重，称量出所得的提取物的重量[11]。

1.4.4 标准曲线的绘制

称取人参皂甙标准样品50 mg，加甲醇溶解定容至 5 mL，摇匀。分别吸取标准品溶液 30、60、90、120、150、180 μL于具塞试管中，水浴挥发去溶剂，加入新配制的5%香草醛-冰醋酸2 mL，高氯酸8 mL，60℃水浴加热15 min，冰水冷却10 min，加冰醋酸5 mL，摇匀，放置15 min至不褪色，在波长500 nm处测定吸光度。以吸光度值为纵坐标，人参皂甙标准品的浓度为横坐标，绘制标准曲线。

1.4.5 提取物中苦瓜甙含量的测定

称取苦瓜提取物300 mg，甲醇溶解（60℃水浴），定容于25 mL容量瓶中，干燥滤纸过滤，弃去初滤液，精确吸取续滤液100 μL，根据公式计算苦瓜甙的提取率[12]。

1.4.6 单因素实验

（1）微波功率对苦瓜甙提取率的影响

在超声（360 W，10 min），料液比 1∶5，辐射时间7 min的条件下，分别选用微波功率在500，600，700，800 W进行提取，并测定苦瓜甙含量，确定最佳微波功率。

（2）辐射时间对苦瓜甙提取率的影响

在超声（360 W，10 min），料液比 1∶5，微波功率700 W的条件下，分别选用辐射时间在4，6，7，8 min进行提取，并测定苦瓜甙含量，确定最佳辐射时间。

（3）料液比对苦瓜甙提取率的影响

在超声（360 W，10 min），辐射时间 7 min，微波功率700 W 的条件下，分别选用料液比在 1∶3，1∶4，1∶5，1∶6进行提取，并测定苦瓜甙，确定最佳料液比。

1.4.7 以苦瓜甙为主的提取物最佳工艺条件的优化

以微波功率、辐射时间、料液比3个因素为自变量，按表1所列因素水平进行正交实验。

2 结果与分析

2.1 人参皂甙标准曲线的绘制

以吸光度值为纵坐标，人参皂甙标准品的浓度为横坐标，绘制标准曲线。得线性方程：Y=0.0053X，R2=0.9974。

表1 因素水平表Table1 Factors and level table

图1 人参皂甙标准曲线Fig.1 Standard curve of Ginsenoside

2.2 单因素实验结果

2.2.1 微波功率对苦瓜甙提取率的影响

微波功率对苦瓜甙提取率的影响如图2。由图可看出微波功率在500～700 W范围内，苦瓜甙的提取率逐渐增大，但在700～800 W之间提取率下降明显，这是因为随着微波功率的增大，苦瓜甙容易被氧化，导致提取率降低。因此，微波功率在700 W左右为最佳的提取功率。

图2 微波功率提取率曲线Fig.2 Microwave power extraction curve

2.2.2 辐射时间对苦瓜甙提取率的影响

辐射时间对苦瓜甙提取率的影响如图3。由图可看出在微波提取4～7 min之间，提取率会随着时间的增加而显著增加，但增加到7 min以后，苦瓜甙的提取率有所下降。这是因为在微波辐射下，不同细胞破裂的难易程度不相同，有的细胞能很快破裂，有的细胞需要很长的时间才破裂。因此，微波辐射时间在7 min左右为最佳的提取时间。

图3 辐射时间提取率曲线Fig.3 The extraction rate curve of radiation time

2.2.3 辐射时料液比对苦瓜甙提取率的影响

辐射时料液比对苦瓜甙提取率的影响如图4。由图可看出料液比的增加，有利于苦瓜中的苦瓜甙转移到提取液中，当料液比达到5倍左右的时候，苦瓜甙提取率达到高峰，当料液比大于5倍的时候，苦瓜甙的提取率较低，而且造成溶剂不必要的浪费。所以料液比在1∶5左右为最佳。

图4 料液比提取率曲线Fig.4 The extraction curve of solid to liquid

2.3 正交实验结果与分析

微波功率、辐射时间、液固比3个因素的正交实验结果见表2。结果表明：通过实验，各因素对提取影响程度依次为A>B>C，即微波功率>辐射时间>料液比，通过极差分析可得到提取苦瓜甙的最佳提取工艺条件。提取苦瓜甙最佳工艺确定为：A1B2C2。即微波功率为600 W，辐射时间为7 min，料液比为1∶5，测得苦瓜甙提取率为2.43%。

表2 正交实验结果Table 2 The orthogonal experimental results

3 结论

实验以苦瓜为对象进行超声-微波协同提取以苦瓜甙为主的混合物的生产工艺的试验研究。通过单因素实验对影响苦瓜甙提取的主要因素（微波功率、辐射时间、料液比）进行了探索，利用正交实验对各因素的最佳水平范围进行了研究和探讨。依据分析结果可知提取的最佳工艺条件为：微波功率为600 W，辐射时间为7 min，料液比为1∶5，测得苦瓜甙提取率为2.43%。传统水提法提取率在1%左右，提取时间为30 min左右。实验结果证明，采用超声-微波协同提取法的工艺条件准确可靠，比较于传统水提法在提取率和时间上优势更明显，具有实际价值；但由于超声波对设备的要求比较高，目前利用超声波所进行的研究还处于实验室规模，要用于大规模生产，还有待于进一步解决有关工程设备放大问题。

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