酶解结合超声波提取枇杷花黄酮类物质工艺优化

郭 欣，谢三都



酶解结合超声波提取枇杷花黄酮类物质工艺优化

郭 欣1，谢三都2

（1．漳州职业技术学院 食品与生物工程系，福建 漳州 363000；2．福建师范大学闽南科技学院 生命科学与化学系，福建 泉州 362332）

以枇杷花为原料、黄酮类物质含量为评价指标，考察纤维素酶用量、料液比、提取时间、提取温度和超声波功率等对枇杷花黄酮类物质提取效果的影响。结果表明，酶法结合超声波技术提取枇杷花黄酮类物质最佳工艺条件为：配制料液比1：50，先经纤维素酶水解再经超声波处理，纤维素酶用量100mg，酶解温度60℃，酶解时间30min，超声波功率250W、提取时间20min，黄酮类物质得率为8.37%。

枇杷花；纤维素酶；超声波；黄酮类物质；提取工艺

枇杷花为枇杷（）的干燥花蕾及花序[1]。枇杷在开花时每个花序有80～100朵花，但仅有3%～5%能形成果实，为了提高枇杷的产量和质量，果农们会在一定时期进行疏花操作，大概每亩枇杷可疏花100Kg[2][3]。这些疏花一般都直接丢弃地头，或部分作为民间用药，造成枇杷资源的浪费，降低了枇杷的综合利用率。黄酮类化合物是一类天然、具有抗氧化活性的化合物，广泛存在于植物体内，同时因其具有高效性和安全性而成为研究的热点。研究表明，枇杷叶中的黄酮类化合物具有止咳、祛痰、抗炎、抗肿瘤等多种药理活性，对肺热咳喘和肾小球肾炎、过敏性紫癜、荨麻疹、湿疹及高血糖等病症具有较好疗效[4]。目前国内外对枇杷花中黄酮类物质的提取方法主要集中在超声波辅助提取法[5][6]及水和溶剂浸提法[7][8]等，该类方法大多采用有机溶剂进行浸提，得到的黄酮类物质容易出现有机物质残留，并且实验废弃液容易对环境造成污染。

经干燥的枇杷花，胞内物质溶出要克服细胞间质及细胞壁的双重阻力[9]。采用纤维素酶，可以水解细胞壁，破坏其结构，有利于胞内物质的溶出，并且纤维素酶属于蛋白质，对人体及环境无毒无害。本研究以枇杷花为原料，采用纤维素酶结合超声波破壁技术，在单因素实验的基础上，对影响枇杷花黄酮类物质得率的料液比、纤维素酶用量、酶解温度和时间、超声温度和时间等因素进行初步研究，以确定酶解结合超声波提取枇杷花黄酮类化合物的最佳提取工艺条件。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

枇杷花，购于福建省福州市草药店；纤维素酶（湖南利尔康生物有限公司）；芦丁为生化试剂（天津一方科技）；亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠，均为分析纯。

1.2 仪器与设备

JY88-II超声波细胞粉碎机宁波新艺超声设备有限公司；WFZUV-2802SH型紫外可见分光光度计尤尼柯（上海）仪器有限公司；AL204型精密分析天平、PL602-S型电子天平赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；JSP-100型高速多功能粉碎机浙江省永康市金穗机械制造厂；RV10数显旋转蒸发仪广州仪科实验室技术有限公司。

1.3 方法

1.3.1 枇杷花黄酮类物质的提取工艺流程

枇杷花→低温烘干→粉碎→过40目标准样筛→酶法结合超声波破壁处理→抽滤→抽提液。

1.3.2 枇杷花黄酮类物质含量的测定方法

以芦丁为标准样，参照文献[10]，用NaNO2-Al(NO3)3-NaOH显色法，得芦丁标准溶液中芦丁质量X（mg）与其吸光度值Y间的回归方程为：Y=10.77X - 0.0144，R=0.9999。

1.3.3 枇杷花黄酮类物质得率的计算

将抽提液定容于250mL容量瓶中得稀释液，精密吸取2.0mL稀释液置于10.0mL容量瓶中，参照标准曲线步骤测定，记录数据，以吸光值带入标准曲线方程，按下述公式计算枇杷花黄酮类物质含量W（%）：

式中：为吸光度；为枇杷花样品重量，单位为mg；为枇杷花中黄酮类物质含量，单位%；125为稀释倍数。

1.4 试验设计

1.4.1 纤维素酶提取枇杷花黄酮类物质工艺优化

以黄酮类物质含量为测定指标，进行纤维素酶提取的单因素实验，因素水平如下所示：料液比：1:20、1:30、1:40、1:50、1:60、1:70、1:80；酶用量：50mg、100 mg、150 mg、200 mg、250 mg、300 mg；温度：30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃；时间：20min、30 min、40 min、50 min、60 min、80 min。

在单因素基础上，采用L9（34）正交试验设计优化酶法提取工艺条件，试验因素和水平见表1。

表1 试验因素和水平表

1.4.2 超声波破壁技术提取枇杷花黄酮类物质工艺优化

以黄酮类物质含量为测定指标，进行超声波破壁技术提取的单因素实验，因素水平如下所示：料液比：1：10、1:20、1:30、1:40、1:50、1:60、1:70；超声波功率：100 W、150 W、200 W、250 W、300 W；时间：5min、10min、15min、20 min、25 min、30min。

在单因素基础上，采用L9（34）正交试验设计优化超声波提取工艺条件，试验因素和水平见表2。

表2 试验因素和水平表

2 结果与分析

2.1 酶法提取枇杷花黄酮类物质工艺优化

2.1.1 纤维素酶提取枇杷花黄酮类物质单因素实验

选取对酶解影响较大的因素：料液比、酶浓度、酶解温度、酶解时间，分别进行单因素实验，结果表明，纤维素酶酶解枇杷花提取黄酮类物质的较佳水平分别为：料液比1：40，酶用量100mg，温度50℃，时间30min。

2.1.2 纤维素酶提取枇杷花黄酮类物质正交试验

在上述单因素试验的基础上，进行四因素三水平正交试验，研究纤维素酶提取枇杷花黄酮类物质的最优工艺条件，所得试验结果见表3。

表3 正交试验结果

根据正交试验结果，比较各列的极差结果R值，可以发现Ra>Rb>Rd>Rc，即在试验所设定的因素中，料液比对枇杷花提取率的影响最大，其次才是酶用量、时间和温度。通过对K值的比较，可知A3、B2、C3、D2为最优水平。

为判断上述四种因素对试验结果的影响程度，应用DPS数据处理系统对正交试验结果进行方差分析，利用F值来检验各因素对试验指标的影响程度，分析结果见表4。

表4 方差分析表

表4可以看出，在所选取的四个因素中，对枇杷花黄酮类物质提取率影响的主次顺序为：A>B>D> C，即料液比＞酶用量>时间＞温度，这与表3中极差分析的结果相一致。进一步的统计分析和显著性检验结果表明，因素A影响显著，但因素B、C、D不显著，说明料液比是影响枇杷花黄酮类物质的主要因素。根据正交试验得出的最优结果为：A3、B2、C3、D2。

取A3B2C3D2最优水平做验证试验，结果与正交试验结果相一致，说明纤维酶提取枇杷花黄酮类物质的最优工艺条件为：料液比1：50，酶用量100mg，温度60℃，时间30min，该条件下枇杷花黄酮类物质得率为4.59%。

2.2 超声波破壁技术提取枇杷花黄酮类物质的工艺研究

2.2.1 超声波破壁技术提取枇杷花黄酮类物质单因素实验

选取对提取率影响较大的因素：料液比、超声波功率、超声波时间，分别进行单因素实验。结果表明，超声波破壁技术提取枇杷花黄酮类物质的较佳水平分别为：料液比1：50，超声波功率250W，超声波时间20min。

2.2.2 超声波破壁技术提取枇杷花黄酮类物质正交试验

在上述单因素试验的基础上，以第三列为空白列，进行四因素三水平正交试验，研究超声波破壁技术提取枇杷花黄酮类物质的最优工艺条件，试验结果见表5。

根据正交试验结果，比较各列的极差结果R值，可以发现Ra>Rb>Rc，即在试验所设定的因素中，料液比对枇杷花提取率的影响最大，其次才是超声波功率和超声波时间。通过对K值的比较，可知A2、B2、C2为最优水平。

为判断上述四种因素对试验结果的影响程度，应用DPS数据处理系统对正交试验结果进行方差分析，利用F值来检验各因素对试验指标的影响程度，分析结果见表6。

由表6可以看出，在所选取的四个因素中，对枇杷花黄酮类物质提取率影响的主次顺序为：A>B> C，即料液比＞功率>时间，这与表5中极差分析的结果相一致。进一步的统计分析和显著性检验结果表明，因素A影响极显著，因素B影响显著，但因素C不显著，说明料液比、超声波功率是影响枇杷花黄酮类物质的主要因素。根据正交试验得出的最优结果为：A2、B2、C2。

取A2B2C2最优水平做验证试验，结果与正交试验结果相一致，说明超声波破壁技术提取枇杷花黄酮类物质的最优工艺条件为：料液比1：50，超声波功率250W，时间20min，该条件下枇杷花黄酮类物质得率为3.62%。

表5 正交试验结果

表6 方差分析表

2.3 酶法结合超声波破壁技术提取枇杷花黄酮类物质的工艺研究

在2.1和2.2的基础上，配制料液比1：50枇杷花溶液两份：一份先添加100mg纤维素酶，搅匀，于60℃水浴中酶解30min，冷却后，再经超声波功率250W处理20min；另一份先经超声波功率250W处理20min，再添加100mg纤维素酶，搅匀，于60℃水浴中酶解30min；分别抽滤，测定枇杷花黄酮类物质得率。结果表明：先经纤维素酶水解再经超声波处理，3次平行实验测得枇杷花黄酮类物质得率分别为: 8.51%、8.24%、8.36%，3次取平均值8.37%，而先经超声波处理再纤维素酶水解，3次平行实验测得枇杷花黄酮类物质得率分别为: 5.24%、4.98%、5.14%，3次取平均值5.12%。因此，酶法结合超声波破壁技术提取枇杷花黄酮类物质应采用先酶解再超声波处理的顺序：配制料液比1：50枇杷花溶液先添加100mg纤维素酶，搅匀，于60℃水浴中酶解30min，冷却后，再经超声波功率250W处理20min。该结果表明，枇杷花溶液经纤维素酶水解之后，其细胞壁结构被破坏，胞内的黄酮类物质更易溶出，此时再用超声波处理，黄酮类物质得率提高。

3 结 论

通过单因素实验和优化试验，研究了酶法结合超声波破壁技术提取枇杷花黄酮类物质的工艺条件，获得最佳工艺条件为：配制料液比1：50枇杷花溶液先添加100mg纤维素酶，搅匀，于60℃水浴中酶解30min，冷却后，再经超声波功率250W处理20min，所得枇杷花黄酮类物质得率为8.37%。

[1] 国家中医药管理局《中华本草》编委会. 中华本草[M]. 上海：上海科学技术出版社，1999.

[2] 郑美瑜，陆胜民，陈剑兵，等. 枇杷花总黄酮的提取工艺优化[J]. 食品与发酵科技，2009，45(4):53-54.

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Optimization of Extraction Process for the Flavonoids from Loquat Flowers by Ultrasonic Combined with Hydrolysis

GUO Xin1, XIE San-du2

（1．Department of Food and Biological Engineering, Zhangzhou Institute of Technology, Fujian Zhangzhou, 363000, China; 2．Department of Chemistry and Life Sciences, Fujian Normal University Minnan science and Technology Institute, Fujian Quanzhou, 362332, China）

The study takes the extraction rate of flavonoids from loquat flowers as evaluation index to discuss how the amount of cellulase, solid-liquid ratio, extraction temperature and ultrasonic power affect the flavonoids extraction. The results show that，the best extraction Process for the Flavonoids from Loquat Flowers by Ultrasonic Combined with Hydrolysis is: the ratio of material to liquid 1:50;Cellulase dosage 100mg;ultrasonic power 250W, the extraction time of 20 min,then the flavonoids extraction rate of 8.37% is achieved.

Loquat Flowers; Cellulase; Ultrasonic; Flavonoids; Extraction technology

TS255.36

A

1673-1417（2013）03-0001-06

2013－07－10

郭 欣（1984—），女，福建闽侯人，助教，硕士，主要从事食品科学的教学及科研工作。

（责任编辑：季平）