微波辅助法提取马尾松树皮总黄酮的研究

谢 静,周文富,张茶妹

(三明学院化学与生物工程学院,福建三明365004)

微波辅助法提取马尾松树皮总黄酮的研究

谢 静,周文富,张茶妹

(三明学院化学与生物工程学院,福建三明365004)

以水为溶剂采用微波辅助辐射法提取了马尾松树皮总黄酮。以芦丁标准品为对照品,用分光光度法测定马尾松树皮总黄酮的含量;探讨了料液比、微波辐射功率、微波辐射时间、浸提时间、浸提温度等因素对马尾松树皮总黄酮提取率的影响,通过正交实验得出微波辅助提取马尾松树皮总黄酮的最佳条件为:料液比1∶25(g∶m L)、微波辐射功率350 W、微波辐射时间3×40 s(间歇3次)、浸提时间4 h、浸提温度60℃,在此条件下,总黄酮提取率达到3.08%。微波辅助下以水为溶剂提取马尾松树皮总黄酮高效、快速、经济,具有较好的实用价值。

马尾松树皮;总黄酮;微波辅助提取

马尾松(学名Pinus massoniana Lamb.)在我国松树种中分布最为广泛[1],砍伐后的马尾松树皮仅用作燃料或直接丢弃,没有得到很好的利用,而树皮中含有丰富的药用成分(如原花青素等),是值得开发的资源宝库[2-4]。药理研究发现:马尾松树皮提取物不仅具有较高的营养价值,更有抗氧化、抗衰老、抗突变及预防DNA损伤之功效[4-9]。其中的黄酮类化合物不仅具有多种生物活性和药理作用,而且具有抗氧化、抗衰老等功能,由于它来自天然植物,相对安全,是重要的食品添加剂[5-10]。目前国际上对黄酮类化合物的研究开发十分活跃,其产品种类繁多[6-14]。

文献报道马尾松树皮总黄酮类化合物均采用有机溶剂提取,成本高,无法推广应用。为降低成本,作者以水为溶剂采用微波辅助法提取马尾松树皮总黄酮,探讨了料液比(g∶m L,下同)、微波辐射功率、微波辐射时间、浸提时间、浸提温度等因素对马尾松树皮总黄酮提取率的影响,确定了马尾松树皮总黄酮的最佳提取条件。拟为更好地开发利用马尾松资源提供参考。

1 实验

1.1材料、试剂与仪器

马尾松树皮,福建三明地区。

芦丁标准品、亚硝酸钠、氢氧化钠、硝酸铝等,均为分析纯。

LWMC-205型可调功率微波化学反应器,南京陵江科技开发有限责任公司;SHB-3型循环水式多用真空泵,郑州杜甫仪器厂;DHG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱,上海基玮试验仪器设备有限公司;H.H.S型电热恒温水浴锅,上海医疗器械五厂;722s型可见分光光度计、FA1604N型电子天平,上海精密科学仪器有限公司;UV-2550型紫外可见分光光度计,厦门精艺兴业科技有限公司;360型FTIR红外光谱仪,美国Nicolet公司。

1.2 方法

1.2.1 标准曲线的绘制

1.2.1.1 标准溶液的配制

称取芦丁标准品(真空干燥至恒重)10.2 mg,加入适量的60%乙醇在超声波清洗器上超声10 min使之溶解完全,定容于100 m L容量瓶中,摇匀,得0.102 mg·m L-1的芦丁标准溶液,置于冰箱贮存,备用。

1.2.1.2 最大吸收波长的确定

在200～600 nm波长范围用紫外可见分光光度计对显色后的芦丁标准溶液进行扫描。结果显示,标准溶液在500 nm处有最大吸收值,因此,确定最大吸收波长为500 nm。

1.2.1.3 标准曲线的绘制

精确量取芦丁标准溶液0.0 m L、0.5 m L、1.0 m L、2.0 m L、3.0 m L、4.0 m L、5.0 m L分别置于25 m L容量瓶中,各加60%乙醇至5.0 m L;分别加入5%亚硝酸钠溶液1.0 m L,摇匀,静置6 min;分别加入10%硝酸铝溶液1.0 m L,摇匀,静置6 min;再分别加入4%氢氧化钠溶液5.0 m L,并用60%乙醇稀释至刻度,摇匀,静置15 min,在500 nm处测定吸光度。以芦丁含量(c,μg·m L-1)为横坐标、吸光度(A)为纵坐标绘制标准曲线,并进行线性回归,拟合得到线性回归方程为:A=-2.6280×10-4+0.01346c,R= 0.9999。

1.2.2 马尾松树皮总黄酮的提取

将马尾松树皮干燥后粉碎(过40目筛),准确称取3.00 g粉末置于锥形瓶中,加入定量蒸馏水,摇匀,以保鲜膜封闭瓶口,设置微波功率为350 W,间歇微波作用3次,每次40 s,再置于60℃水浴中浸提4 h,减压抽滤,滤液定容至100 m L,摇匀,为供试品溶液,显色后测量吸光度。

首先固定其它条件不变,依次考察料液比、微波辐射功率、微波辐射时间、浸提时间、浸提温度对马尾松树皮总黄酮提取率的影响。然后在单因素实验基础上,选择浸提时间、微波辐射功率、料液比、微波辐射时间为考察因素,进行4因素3水平的正交实验,进一步优化提取条件。

1.2.3 样品含量的测定

精密吸取供试品溶液1 m L,置于25 m L容量瓶中,按1.2.1.3方法测定吸光度。根据回归方程,得到黄酮含量,进一步按下式计算马尾松树皮总黄酮提取率:

2 结果与讨论

2.1 单因素实验结果

2.1.1 料液比对总黄酮提取率的影响(图1)

图1 料液比对马尾松树皮总黄酮提取率的影响Fig.1 Effect of solid-liquid ratio on extraction rate of total flavonoids in Pinus massoniana bark

由图1可以看出,提取率随着料液比的减小(即溶剂量的增大)而升高。这可能是由于,当溶剂量较少时,马尾松树皮总黄酮在水中的溶出率较低,造成提取率低;随着溶剂量的增多,黄酮溶出率增大,直至达到饱和,因此提取率也逐渐升高至趋缓。考虑到能耗,选取料液比为1∶20、1∶25、1∶30作为正交实验的考察水平。

2.1.2 微波辐射功率对总黄酮提取率的影响(图2)

图2 微波辐射功率对马尾松树皮总黄酮提取率的影响Fig.2 Effect of microwave irradiation power on extraction rate of total flavonoids in Pinus massoniana bark

由图2可以看出,当微波辐射功率小于350 W时,随着微波辐射功率的增大,总黄酮提取率升高;当微波辐射功率大于350 W后,随着微波辐射功率的增大,总黄酮提取率反而降低。这可能是由于,微波辐射功率较小时,加大微波辐射功率有助于黄酮的提取;但功率增大到一定程度,会破坏黄酮类物质,提取率反而降低。选取微波辐射功率为300 W、350 W、400 W作为正交实验的考察水平。

2.1.3 微波辐射时间对总黄酮提取率的影响(图3)

图3 微波辐射时间对马尾松树皮总黄酮提取率的影响Fig.3 Effect of microwave irradiation time on extraction rate of total flavonoids in Pinus massoniana bark

由图3可以看出,总黄酮提取率随着微波辐射时间的延长先升高后降低,在微波辐射时间为40 s时最高。这是由于,微波辐射时间过短,黄酮类物质还未充分溶出;随着微波辐射时间的延长,黄酮溶出量逐渐增大;40 s以后,未溶出的黄酮类物质的量很少,提取率变化不明显。考虑到生产成本和能耗,选取微波辐射时间为30 s、40 s、50 s作为正交实验的考察水平。

2.1.4 浸提时间对总黄酮提取率的影响(图4)

图4 浸提时间对马尾松树皮总黄酮提取率的影响Fig.4 Effect of soaking time on extraction rate of total flavonoids in Pinus massoniana bark

由图4可以看出,随着浸提时间的延长,提取率逐渐升高;浸提超过4 h后,提取率反而有所下降。这可能是由于,浸提时间太短,有部分黄酮来不及溶出,延长浸提时间可使其继续溶出;而浸提时间太长,则会使溶出的黄酮分解,致使黄酮提取率降低。因此,选取浸提时间为4 h、5 h、6 h作为正交实验的考察水平。2.1.5 浸提温度对总黄酮提取率的影响(图5)

图5 浸提温度对马尾松树皮总黄酮提取率的影响Fig.5 Effect of soaking temperature on extraction rate of total flavonoids in Pinus massoniana bark

由图5可以看出,总黄酮提取率随浸提温度的上升先升后降,在浸提温度为60℃时最高。这可能是由于,浸提温度升高,分子的热运动速度加快,浸提速度加快,黄酮提取率升高;但浸提温度过高时,提取液的活性成分在微波条件下遭到破坏,提取率反而降低。因此,选择适宜的浸提温度为60℃。

2.2 正交实验结果与分析(表1)

表1 正交实验的结果与分析Tab.1 The results and analysis of orthogonal experiment

由表1可知,各因素对总黄酮提取率的影响大小依次为:料液比＞微波辐射功率＞浸提时间＞微波辐射时间,选取较优水平为A1B2C2D2,即料液比1∶25 (g∶m L)、微波辐射时间40 s(间歇3次)、微波辐射功率350 W、浸提时间4 h。为了验证正交实验结果的可靠性,平行做3组验证实验,平均提取率为3.08%,进一步确证正交实验结果可靠。

2.3 光谱分析

2.3.1 紫外光谱分析(图6)

由图6可以看出,马尾松树皮总黄酮提取物的两个吸收峰的位置及吸收谱线的形状与芦丁标准品非常相似,吸收峰均出现在230～280 nm和340～400 nm波段,表明马尾松树皮总提取物的结构与芦丁黄酮相似。

图6 芦丁标准品(a)和马尾松树皮总黄酮(b)的紫外光谱Fig.6 The UV spectra of rutin standard(a)and total flavonoids in Pinus massoniana bark(b)

2.3.2 红外光谱分析(图7)

图7 芦丁标准品(a)和马尾松树皮总黄酮(b)的红外光谱Fig.7 The FTIR spectra of rutin standard(a)and total flavonoids in Pinus massonians bark(b)

由图7可以看出,芦丁标准品和马尾松树皮总黄酮的红外光谱的特征峰基本相似,3422.72 cm-1处为-OH的较强伸缩振动吸收峰;1619.39 cm-1、1446. 55 cm-1处为苯环的吸收峰。进一步说明马尾松树皮总黄酮结构与芦丁相似。

3 结论

(1)微波辅助下水法提取了马尾松树皮总黄酮类化合物,通过单因素实验和正交实验确定最佳提取条件为:料液比1∶25(g∶m L)、微波辐射功率350 W、微波辐射时间3×40 s(间歇3次)、浸提时间4 h、浸提温度60℃,在此条件下,一次提取率达到3.08%。

(2)微波辅助下,以水为溶剂提取马尾松树皮总黄酮,不仅高效、快速,且克服了传统提取方法使用有机溶剂、提取费用高的缺陷,具有较好的实用价值。

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Microwave-Assisted Extraction of Total Flavonoids in Pinus Massoniana Bark

XIE Jing,ZHOU Wen-fu,ZHANG Cha-mei
(College of Chemistry and Biological Engineering,Sanming University,Sanming 365004,China)

Total favonoids in Pinus massoniana bark was extracted by microwave-assisted extraction using water as solvent.With rutin standard as reference substance,flavonoids content in Pinus massoniana bark was determined by spectrophotometry.The effects of solid-liquid ratio,microwave irradiation power,microwave irradiation time,soaking time,soaking temperature on extraction rate of total flavonoids in Pinus massoniana bark were studied.The optimum conditions of microwave-assisted extraction of total flavonoids in Pinus massoniana bark were obtained through single factor experiment and orthogonal experiment as follows:solid-liquid ratio of 1∶25(g∶m L),microwave irradiation power of 350 W,microwave irradiation time of 3×40 s(intermittent 3 times),soaking time of 4 h,soaking temperature of 60℃.Under above conditions,the extraction rate could reach 3.08%.Microwave-assisted extraction of total flavonoids in Pinus massoniana bark with water as solvent was rapid,efficient and economic.

Pinus massoniana bark;total flavonoids;microwave-assisted extraction

TQ 461

A

1672-5425(2013)01-0036-04

10.3969/j.issn.1672-5425.2013.01.09

福建省6.18成果技术企业招标项目[2010]

2012-10-02

谢静(1989-),女,福建菁田人,硕士研究生,研究方向:中草药提取分离改性;通讯作者:周文富,教授,E-mail:zff79@sina.com。