芦笋废弃老茎总黄酮微波提取工艺

姜慧燕，邹礼根，陈飞东，赵芸

（杭州市农业科学研究院，浙江杭州310024）

芦笋味道鲜美，是一种低热量、高营养的健康蔬菜，长期食用有助于降血脂、抗肿瘤、免疫调节等[1-4]，是我国主要出口创汇的外销型蔬菜之一。外销芦笋除部分鲜销至日本、韩国等亚洲市场，大部分被加工成罐头等形式出口至欧美国家。为使产品规格统一并具较好口感，芦笋鲜销及深加工过程中需切除总含量30%以上的老茎。研究表明，废弃的芦笋老茎中含丰富的黄酮类物质（干基含量达6.32 mg/g），而黄酮类物质因其具有清除自由基、抗氧化、抗肿瘤等生物活性[5-6]被广泛应用于保健食品及药品中。本文研究利用有机溶剂萃取结合微波辅助法提取芦笋老茎中的总黄酮类化合物，不仅变废为宝，更消除了潜在的环境污染。

1 材料与方法

1.1 试验原料

实验材料由富阳东洲芦笋专业合作社提供，用于提取试验的芦笋老茎均经干燥后粉碎成粉末。

1.2 主要试剂与仪器

芦丁标准品，上海源叶生物科技有限公司；其它试剂均为分析纯。

MAS-Ⅱ型微波提取设备：上海市新仪微波化学科技有限公司；UV-2550紫外分光光度计：日本岛津；N-1100旋转蒸发仪：日本理化器械株式会社（EYELA）。

1.3 方法

1.3.1 提取溶剂的选择

植物有效成分的提取过程是目标成分由固相转移到溶剂液相中的传质过程。芦笋中的黄酮类物质主要是极性较大的黄酮苷，易溶于甲醇、乙醇、乙醚、乙酸乙酯等有机溶剂中，在水中的溶解度较小。因此，本试验选择安全无毒、经济易得、易回收利用的乙醇作为芦笋老茎总黄酮的浸提溶剂。

1.3.2 单因素试验

通过单因素试验研究乙醇浓度、料液比、微波功率、提取时间和提取次数等因素对芦笋老茎总黄酮微波提取过程的影响。各影响因素及水平见表1。

表1 单因素试验因素及水平表Table 1 Factors and levels of single-factor experiment

1.3.9 响应面试验优化

通过响应面试验设计，对提取工艺进行优化。由单因素试验结果得乙醇浓度、料液比和提取时间对芦笋老茎总黄酮提取效果影响较显著，因此在响应面试验设计中选取这三个因素为自变量，以总黄酮提取得率为响应值，根据Box-Behnken中心设计原理，设计了三因素三水平试验。实验因素与水平见表2。

表2 响应面试验因素水平及编码Table 2 Factors and codes of RSM

1.4 指标

以总黄酮得率为指标，衡量微波提取芦笋老茎总黄酮的效果。黄酮含量采用分光光度法测定[7-8]。

2 结果与讨论

2.1 乙醇浓度对总黄酮提取效果的影响

乙醇浓度对芦笋老茎总黄酮提取效果影响较大，结果如图1所示。

图1 乙醇浓度对总黄酮提取效果的影响Fig.1 Effect of ethanol concentration on extraction of flavones

总黄酮提得率随乙醇浓度的增大而提高，当乙醇浓度达到80%时，提取得率达最大5.52 mg/g；随着乙醇浓度的进一步增大，总黄酮提取得率反而有所下降。究其原因，黄酮类化合物大部分易溶于甲醇、乙醇等有机溶剂，不易溶于水中；部分带亲水基团的易溶于水中。因此当乙醇浓度较低时，浸提出的总黄酮较少，随着乙醇浓度的增加，醇溶性黄酮也被浸提出来；但当乙醇浓度进一步提高至90%、100%时，由于水溶部分黄酮未被浸提出，总黄酮得率反而有所下降。

2.2 料液比对总黄酮提取效果的影响

料液比对芦笋老茎总黄酮提取效果的影响如图2所示。

图2 料液比对总黄酮提取效果的影响Fig.2 Effect of solid-to-solvent ratio on extraction of flavones

总黄酮提取得率随料液比比值的降低而提高，当料液比为 1∶50（m：v，g/mL）时达最大。

2.3 微波功率对总黄酮提取效果的影响

微波功率对总黄酮提取效果的影响，如图3所示。

图3 微波功率对总黄酮提取效果的影响Fig.3 Effect of microwave power on extraction of flavones

微波功率对芦笋老茎中总黄酮提取效果的影响较小。可能是由于乙醇沸点较低，料液量也较少，在较低功率下，短时内即可达到沸点，因此微波功率的增加对提取效果影响较小。此外，随着微波功率的提高，容易引起料液爆沸，导致物料损失，进而使得提取得率有所降低。

2.4 提取时间对总黄酮提取效果的影响

提取时间对总黄酮提取效果的影响，如图4所示。

图4 提取时间对总黄酮提取效果的影响Fig.4 Effect of extraction time on extraction of flavones

提取时间对芦笋老茎总黄酮提取效果的影响较为显著。随着提取时间从2 min延长至8 min，总黄酮得率由3.83 mg/g增大到5.26 mg/g。但当提取时间进一步延长，由于物料在沸腾过程中有所损耗，导致总黄酮得率又有所降低。

2.5 提取次数对总黄酮提取效果的影响

提取次数对总黄酮提取效果的影响，见图5。

图5 提取次数对总黄酮提取效果的影响Fig.5 Effect of microwave times on extraction of flavones

由图5可知，随着提取次数的增加，总黄酮得率增加幅度越来越小，提取两次后，总黄酮得率提高已不明显，第3、4次单次总黄酮得率已接近于0。同时，随着提取次数的增加，由于水相中黄酮类物质较少，杂质等的溶出率反而增加，影响提取物的纯度，因此提取次数选择2次较为适宜。

2.6 响应面试验结果

微波辅助提取芦笋老茎总黄酮的响应面实验设计及结果见表3、4。利用Matlab软件对总黄酮得率实验数据进行回归分析，得基于编码值的二元回归方程为：

方差分析结果表明，方程决定系数R2为0.995 1，修正相关系数平方和为0.988 8，说明该模型能解释98.88%响应值的变化；此模型达到高度显著水平（P＜0.000 1），失拟项小，因而该模型拟合程度良好，表明试验设计可靠。F检验表明：对所得方程，X1、X2、X3及对 Y 影响非常显著（P＜0.01）。

表3 响应面试验设计及结果Table 3 Design and results of RSM

表4 响应面模型方差分析结果Table 4 Analysis of variance of RSM

通过Matlab分析软件，以总黄酮得率为指标，将一因素固定在零水平绘出响应面，结果如图6所示，形象的表示出乙醇浓度、料液比和提取时间对微波辅助提取芦笋老茎中总黄酮的影响。

软件分析得，在试验范围内，总黄酮提取得率较高的条件为：乙醇浓度81.2%、微波时间9.83 min、液料比 41.59（即料液比 1∶41.59，g/mL），此时总黄酮得率为5.35 mg/g。在该条件下重复试验5次，结果分别为5.30、5.73、5.26、5.43、5.37 mg/g，除去最高值与最低值，得总黄酮平均得率为5.33 mg/g，与预测值基本一致，说明运用本试验建立的模型寻求最佳的微波辅助提取芦笋老茎总黄酮得率的参数值是可行的。

图6 微波提取芦笋老茎总黄酮的三维响应面图Table 6 Three-dimension response surface of microwave extraction of flavones from asparagus-old-stems

3 结论

通过单因素试验研究表明：乙醇浓度、微波时间和料液比等三因素对微波辅助提取芦笋老茎中总黄酮的影响较大。进一步通过响应面试验分析建立了微波辅助提取芦笋老茎中总黄酮的数学模型，并分析得出最优提取条件为：乙醇浓度 81.2%、料液比 1∶41.59（g/mL）、微波功率300 W、微波温度78℃、微波时间9.83 min、提取次数2次，该条件下总黄酮得率为5.33 mg/g，提取率高达84.33%。本研究为芦笋加工废弃老茎的高值化利用奠定了理论基础；芦笋老茎的资源化利用，可进一步推动芦笋产业的蓬勃发展。

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