蒋琼凤+袁志辉
摘要:以黄酮提取率为考察指标,采用单因素试验和正交试验,进行了微波辅助乙醇提取凤尾蕨(Pteris multifide Poir)中总黄酮的研究,得到微波辅助提取凤尾蕨中总黄酮的最佳工艺条件为乙醇体积分数60%,料液比1∶60(g∶mL),微波功率320 W,微波提取时间60 s。此工艺条件下,凤尾蕨中总黄酮的提取率为3.318%。
关键词:凤尾蕨(Pteris multifide Poir);总黄酮;微波辅助提取
中图分类号:R282 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2014)21-5238-03
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.21.049
Microwave Assisted Extraction of Flavonoids from Pteris multifide Poir
JIANG Qiong-feng, YUAN Zhi-hui
(Department of Life Science and Chemical Engineering, Hunan University of Science and Engineering, Yongzhou 425199,Hunan,China)
Abstract: To improve extraction rate of flavonoids, the single factor experiments and orthogonal experiments of microwave assisted extraction of total flavonoids from Pteris multifide Poir were conducted using ethanol as solvent. The optimal conditions were the concentration of ethanol of 60%, the material-liquid ratio of 1∶60(g∶mL), the microwave power of 320 W, the extraction time of 60 s. Under the optimal conditions, the extraction rate of total flavonoids from Pteris multifide Poir was 3.318%.
Key words: Pteris multifide Poir;total flavonoids;microwave assisted extraction
黄酮类化合物是一类重要的生理活性物质,具有抗氧化、抑菌、抗病毒、抗肿瘤、抗辐射、保肝、扩冠、免疫调节等多种功效[1,2]。凤尾蕨(Pteris multifide Poir)为凤尾蕨科凤尾蕨属,是一种来源丰富、价格低廉的药用植物[3]。凤尾蕨中含有黄酮类、倍半萜、甾醇、酯类等多种活性成分,民间及临床用全草清热利湿、抗菌消炎、消肿止痛,其根茎治疗糖尿病,抗肿瘤效果佳[4,5]。微波辅助提取技术是黄酮提取的一种有发展潜力的新型技术,它与传统乙醇回流浸提相比较,具有高选择性、提取时间短、黄酮收率高、杂质浸出少等优点[6-8]。
1 材料与方法
1.1 材料
将凤尾蕨(湖南科技学院采集)洗净后干燥至水分含量在0.5%以下,粉碎过40目筛备用。
1.2 试剂
芦丁标准品(中国药品生物制品检验所),硝酸铝、亚硝酸钠、95%乙醇、氢氧化钠等均为分析纯。
1.3 主要仪器
752型紫外可见分光光度计(上海菁华科技仪器有限公司),AY220型电子分析天平(岛津国际贸易公司),WD800GL型微波炉(格兰仕微波炉电器有限公司),101-1A型电热鼓风干燥箱(天津市泰斯特仪器有限公司),旋转蒸发仪(郑州长城科工贸有限公司)。
1.4 方法
1.4.1 标准曲线的制作 准确称取一定量干燥至恒重的芦丁标准品25 mg,用70%乙醇溶解,定容至50 mL容量瓶中,即为0.5 mg/mL芦丁标准溶液。分别吸取芦丁标准液0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 mL于50 mL容量瓶中,加70%乙醇至25 mL,再加入5%亚硝酸钠溶液1.4 mL,摇匀,静置6 min;加10%硝酸铝溶液1.4 mL,摇匀,静置6 min;加入1mol/L的氢氧化钠溶液10 mL,摇匀;最后用70%乙醇定容至刻度,摇匀,静置15 min。以第一管为空白对照,用分光光度计在510 nm处[9]测定吸光度,以浓度C为横坐标,吸光度A为纵坐标绘制标准曲线,得到回归方程为A=10.15C-0.003 2,R=0.999 4,线性范围为10.16~79.13 mg/mL。
1.4.2 总黄酮提取率的测定 取待测液一定体积于25 mL容量瓶中,加入0.7 mL 5%亚硝酸钠和0.7 mL 10%的硝酸铝,静置6 min,再加入5 mL 1 mol/L的氢氧化钠溶液并用70%乙醇定容,以70%乙醇溶液作为空白,在510 nm处测定吸光度值(A)。再由吸光度A和回归方程计算出总黄酮质量浓度C,然后根据以下公式计算出总黄酮提取率:
总黄酮提取率=[C×V×N×10-3/M0]×100%
式中,C为待测溶液中总黄酮的质量浓度(mg/mL),V为待测样品的总体积(mL),N为溶液稀释的倍数,M0为凤尾蕨样品的质量(g)。
1.4.3 单因素试验
1)微波功率对总黄酮提取率的影响。精确称取0.50 g凤尾蕨粉末5份装入锥形瓶内,以70%乙醇为提取剂,料液比1∶40(g∶mL,下同),在微波功率分别为160、320、480、640、800 W下进行提取,提取时间60 s。提取后过滤,经旋转蒸发仪减压浓缩得到1 mL浓缩液,用70%乙醇定容至10 mL。按标准曲线制备法,在510 nm处测定吸光度,并计算总黄酮的提取率。
2)微波提取时间对总黄酮提取率的影响。以70%乙醇为提取剂,料液比1∶40,微波功率320 W下分别提取30、40、50、60、70 s。按照上述方法计算总黄酮的提取率。
3)乙醇体积分数对总黄酮提取率的影响。以料液比1∶40,分别用50%、60%、70%、80%、90%的乙醇溶液,微波功率320 W下进行提取,提取时间60 s,计算总黄酮的提取率。
4)料液比对总黄酮提取率的影响。以70%乙醇为提取剂,分别以1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70的料液比,在微波功率320 W下进行提取,提取时间60 s,计算总黄酮的提取率。
1.4.4 正交试验设计 在单因素试验基础上,从总黄酮提取率4个因素乙醇体积分数、料液比、微波功率和微波提取时间中选取影响较大的3个水平进行L9(34)正交试验设计,研究最佳提取工艺条件。正交试验因素与水平见表1。
1.4.5 验证试验 为进一步考察上述最佳工艺的稳定性和合理性,精确称取0.50 g干燥恒重的凤尾蕨3份,在优化组合条件下进行3次平行试验,按标准曲线制备法,在510 nm处测定吸光度并计算总黄酮的提取率。
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果
2.1.1 微波功率对凤尾蕨总黄酮提取率的影响 由图1可知,微波功率为320 W时,凤尾蕨总黄酮溶解较为充分而且分解较少,总黄酮提取率较高;当微波功率小于320 W时,可能辐射能量低,不能使总黄酮充分溶解出来;当微波功率大于320 W时,由于乙醇溶剂的挥发和部分黄酮的分解,使总黄酮的提取率逐渐降低。
2.1.2 微波提取时间对凤尾蕨总黄酮提取率的影响 由图2可知,当微波提取时间小于60 s时,随着微波提取时间的延长,凤尾蕨总黄酮的提取率逐渐增加,提取时间为60 s时,总黄酮提取率达到最高,当时间继续延长,总黄酮的提取率反而减小,这可能由于总黄酮在受热过程中有部分结构遭到破坏或某些成分丧失了,导致提取率下降。
2.1.3 乙醇体积分数对凤尾蕨总黄酮提取率的影响 由图3可知,当乙醇体积分数低于70%时,随着乙醇体积分数的增大,凤尾蕨总黄酮提取率不断增加,乙醇体积分数为70%时,总黄酮的提取率达到最高,继续增大乙醇体积分数,总黄酮提取率开始下降,这可能是乙醇体积分数大于70%时,凤尾蕨中其他脂溶性物质溶出量增加,竞争同乙醇溶剂的结合,导致总黄酮的提取率降低。
2.1.4 料液比对凤尾蕨总黄酮提取率的影响 由图4可知,随着乙醇溶剂的增加,凤尾蕨总黄酮的提取率明显增加,当料液比超过1∶60时,总黄酮提取率增加不明显。从节约成本以及提取剂回收利用等角度出发,选用1∶40、1∶50、1∶60的料液比进行正交试验。
2.2 正交试验结果
由正交试验的极差分析可知,乙醇体积分数、料液比、微波功率、提取时间对凤尾蕨中总黄酮提取率均有不同程度的影响,其中提取时间对凤尾蕨总黄酮提取率的影响最大,各因素对凤尾蕨中总黄酮提取率的影响大小顺序依次是D、B、A、C,即提取时间、乙醇体积分数、微波功率、料液比。凤尾蕨中总黄酮的最佳提取工艺条件为A2B1C3D2,即微波功率320 W,乙醇体积分数为60%,料液比为1∶60,微波处理时间为60 s。
2.3 验证试验
采用总黄酮提取最佳工艺条件,进行3组平行试验,得出凤尾蕨中总黄酮的提取率平均值为3.318%,表明该工艺流程稳定性较好。
3 小结与讨论
本试验采用微波辅助乙醇提取凤尾蕨中的总黄酮,结果表明,提取工艺条件中各因素对凤尾蕨中总黄酮提取率的影响大小顺序为微波提取时间、乙醇体积分数、微波功率、料液比。凤尾蕨中总黄酮的最佳提取工艺条件为乙醇体积分数为60%,料液比为1∶60,微波功率为320 W,提取时间为60 s,在此条件下凤尾蕨中总黄酮提取率达到3.318%。
对于总黄酮的提取,国内主要集中在银杏、竹叶、黄刺玫花、山楂花、桑叶等植物,在凤尾蕨中提取总黄酮还较少,尤其是采用微波辅助提取法。本试验采用微波辅助乙醇来提取凤尾蕨中总黄酮,克服了热水法易凝聚、糊化的不足,具有高效性、强选择性、有效活性成分不易破坏等优点。本研究结果比余俊等[9]、周国梁等[10]研究得到的总黄酮提取率高,同时降低了提取时间和溶剂体积分数,可为工业化生产黄酮提供参考。
参考文献:
[1] 肖海龙,高 尔,胡晓丽.银杏叶总黄酮药理作用研究进展[J].中国药房,2005,16(12):946-947.
[2] 王 芳.山楂叶总黄酮的药理作用[J].浙江中医药大学学报,2010,34(2):295-296.
[3] 江苏新医学院.中药大词典上册[M].上海:上海科学出版社,1993.487.
[4] 孙海燕,薛飞群,张可煜,等.中药凤尾草研究进展[J].中国兽医寄生虫病,2007,15(3):42-46.
[5] 李凤亚.风尾草化学成分研究[D].昆明:云南大学,2012.
[6] 黄冬兰,陈小康,徐永群,等.溪黄草中总黄酮的微波辅助提取工艺研究[J].韶关学院学报,2013,34(2):33-36.
[7] 王丽昀.微波辅助提取天然产物有效成分工艺研究[D].北京:北京化工大学,2010.
[8] 张自萍.微波辅助提取技术在多糖研究中的应用[J].中草药,2006,37(4):630-632.
[9] 余 俊,陈晓青,蒋新宇,等.凤尾草中总黄酮的提取工艺研究[J].中成药,2007,25(11):1683-1685.
[10] 周国梁,周 贤,刘汉珍,等.凤尾草总黄酮超声波提取工艺研究[J].安徽科技学院学报,2012,26(3):39-44.
(责任编辑 赵 娟)
1.4.3 单因素试验
1)微波功率对总黄酮提取率的影响。精确称取0.50 g凤尾蕨粉末5份装入锥形瓶内,以70%乙醇为提取剂,料液比1∶40(g∶mL,下同),在微波功率分别为160、320、480、640、800 W下进行提取,提取时间60 s。提取后过滤,经旋转蒸发仪减压浓缩得到1 mL浓缩液,用70%乙醇定容至10 mL。按标准曲线制备法,在510 nm处测定吸光度,并计算总黄酮的提取率。
2)微波提取时间对总黄酮提取率的影响。以70%乙醇为提取剂,料液比1∶40,微波功率320 W下分别提取30、40、50、60、70 s。按照上述方法计算总黄酮的提取率。
3)乙醇体积分数对总黄酮提取率的影响。以料液比1∶40,分别用50%、60%、70%、80%、90%的乙醇溶液,微波功率320 W下进行提取,提取时间60 s,计算总黄酮的提取率。
4)料液比对总黄酮提取率的影响。以70%乙醇为提取剂,分别以1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70的料液比,在微波功率320 W下进行提取,提取时间60 s,计算总黄酮的提取率。
1.4.4 正交试验设计 在单因素试验基础上,从总黄酮提取率4个因素乙醇体积分数、料液比、微波功率和微波提取时间中选取影响较大的3个水平进行L9(34)正交试验设计,研究最佳提取工艺条件。正交试验因素与水平见表1。
1.4.5 验证试验 为进一步考察上述最佳工艺的稳定性和合理性,精确称取0.50 g干燥恒重的凤尾蕨3份,在优化组合条件下进行3次平行试验,按标准曲线制备法,在510 nm处测定吸光度并计算总黄酮的提取率。
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果
2.1.1 微波功率对凤尾蕨总黄酮提取率的影响 由图1可知,微波功率为320 W时,凤尾蕨总黄酮溶解较为充分而且分解较少,总黄酮提取率较高;当微波功率小于320 W时,可能辐射能量低,不能使总黄酮充分溶解出来;当微波功率大于320 W时,由于乙醇溶剂的挥发和部分黄酮的分解,使总黄酮的提取率逐渐降低。
2.1.2 微波提取时间对凤尾蕨总黄酮提取率的影响 由图2可知,当微波提取时间小于60 s时,随着微波提取时间的延长,凤尾蕨总黄酮的提取率逐渐增加,提取时间为60 s时,总黄酮提取率达到最高,当时间继续延长,总黄酮的提取率反而减小,这可能由于总黄酮在受热过程中有部分结构遭到破坏或某些成分丧失了,导致提取率下降。
2.1.3 乙醇体积分数对凤尾蕨总黄酮提取率的影响 由图3可知,当乙醇体积分数低于70%时,随着乙醇体积分数的增大,凤尾蕨总黄酮提取率不断增加,乙醇体积分数为70%时,总黄酮的提取率达到最高,继续增大乙醇体积分数,总黄酮提取率开始下降,这可能是乙醇体积分数大于70%时,凤尾蕨中其他脂溶性物质溶出量增加,竞争同乙醇溶剂的结合,导致总黄酮的提取率降低。
2.1.4 料液比对凤尾蕨总黄酮提取率的影响 由图4可知,随着乙醇溶剂的增加,凤尾蕨总黄酮的提取率明显增加,当料液比超过1∶60时,总黄酮提取率增加不明显。从节约成本以及提取剂回收利用等角度出发,选用1∶40、1∶50、1∶60的料液比进行正交试验。
2.2 正交试验结果
由正交试验的极差分析可知,乙醇体积分数、料液比、微波功率、提取时间对凤尾蕨中总黄酮提取率均有不同程度的影响,其中提取时间对凤尾蕨总黄酮提取率的影响最大,各因素对凤尾蕨中总黄酮提取率的影响大小顺序依次是D、B、A、C,即提取时间、乙醇体积分数、微波功率、料液比。凤尾蕨中总黄酮的最佳提取工艺条件为A2B1C3D2,即微波功率320 W,乙醇体积分数为60%,料液比为1∶60,微波处理时间为60 s。
2.3 验证试验
采用总黄酮提取最佳工艺条件,进行3组平行试验,得出凤尾蕨中总黄酮的提取率平均值为3.318%,表明该工艺流程稳定性较好。
3 小结与讨论
本试验采用微波辅助乙醇提取凤尾蕨中的总黄酮,结果表明,提取工艺条件中各因素对凤尾蕨中总黄酮提取率的影响大小顺序为微波提取时间、乙醇体积分数、微波功率、料液比。凤尾蕨中总黄酮的最佳提取工艺条件为乙醇体积分数为60%,料液比为1∶60,微波功率为320 W,提取时间为60 s,在此条件下凤尾蕨中总黄酮提取率达到3.318%。
对于总黄酮的提取,国内主要集中在银杏、竹叶、黄刺玫花、山楂花、桑叶等植物,在凤尾蕨中提取总黄酮还较少,尤其是采用微波辅助提取法。本试验采用微波辅助乙醇来提取凤尾蕨中总黄酮,克服了热水法易凝聚、糊化的不足,具有高效性、强选择性、有效活性成分不易破坏等优点。本研究结果比余俊等[9]、周国梁等[10]研究得到的总黄酮提取率高,同时降低了提取时间和溶剂体积分数,可为工业化生产黄酮提供参考。
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[10] 周国梁,周 贤,刘汉珍,等.凤尾草总黄酮超声波提取工艺研究[J].安徽科技学院学报,2012,26(3):39-44.
(责任编辑 赵 娟)
1.4.3 单因素试验
1)微波功率对总黄酮提取率的影响。精确称取0.50 g凤尾蕨粉末5份装入锥形瓶内,以70%乙醇为提取剂,料液比1∶40(g∶mL,下同),在微波功率分别为160、320、480、640、800 W下进行提取,提取时间60 s。提取后过滤,经旋转蒸发仪减压浓缩得到1 mL浓缩液,用70%乙醇定容至10 mL。按标准曲线制备法,在510 nm处测定吸光度,并计算总黄酮的提取率。
2)微波提取时间对总黄酮提取率的影响。以70%乙醇为提取剂,料液比1∶40,微波功率320 W下分别提取30、40、50、60、70 s。按照上述方法计算总黄酮的提取率。
3)乙醇体积分数对总黄酮提取率的影响。以料液比1∶40,分别用50%、60%、70%、80%、90%的乙醇溶液,微波功率320 W下进行提取,提取时间60 s,计算总黄酮的提取率。
4)料液比对总黄酮提取率的影响。以70%乙醇为提取剂,分别以1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70的料液比,在微波功率320 W下进行提取,提取时间60 s,计算总黄酮的提取率。
1.4.4 正交试验设计 在单因素试验基础上,从总黄酮提取率4个因素乙醇体积分数、料液比、微波功率和微波提取时间中选取影响较大的3个水平进行L9(34)正交试验设计,研究最佳提取工艺条件。正交试验因素与水平见表1。
1.4.5 验证试验 为进一步考察上述最佳工艺的稳定性和合理性,精确称取0.50 g干燥恒重的凤尾蕨3份,在优化组合条件下进行3次平行试验,按标准曲线制备法,在510 nm处测定吸光度并计算总黄酮的提取率。
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果
2.1.1 微波功率对凤尾蕨总黄酮提取率的影响 由图1可知,微波功率为320 W时,凤尾蕨总黄酮溶解较为充分而且分解较少,总黄酮提取率较高;当微波功率小于320 W时,可能辐射能量低,不能使总黄酮充分溶解出来;当微波功率大于320 W时,由于乙醇溶剂的挥发和部分黄酮的分解,使总黄酮的提取率逐渐降低。
2.1.2 微波提取时间对凤尾蕨总黄酮提取率的影响 由图2可知,当微波提取时间小于60 s时,随着微波提取时间的延长,凤尾蕨总黄酮的提取率逐渐增加,提取时间为60 s时,总黄酮提取率达到最高,当时间继续延长,总黄酮的提取率反而减小,这可能由于总黄酮在受热过程中有部分结构遭到破坏或某些成分丧失了,导致提取率下降。
2.1.3 乙醇体积分数对凤尾蕨总黄酮提取率的影响 由图3可知,当乙醇体积分数低于70%时,随着乙醇体积分数的增大,凤尾蕨总黄酮提取率不断增加,乙醇体积分数为70%时,总黄酮的提取率达到最高,继续增大乙醇体积分数,总黄酮提取率开始下降,这可能是乙醇体积分数大于70%时,凤尾蕨中其他脂溶性物质溶出量增加,竞争同乙醇溶剂的结合,导致总黄酮的提取率降低。
2.1.4 料液比对凤尾蕨总黄酮提取率的影响 由图4可知,随着乙醇溶剂的增加,凤尾蕨总黄酮的提取率明显增加,当料液比超过1∶60时,总黄酮提取率增加不明显。从节约成本以及提取剂回收利用等角度出发,选用1∶40、1∶50、1∶60的料液比进行正交试验。
2.2 正交试验结果
由正交试验的极差分析可知,乙醇体积分数、料液比、微波功率、提取时间对凤尾蕨中总黄酮提取率均有不同程度的影响,其中提取时间对凤尾蕨总黄酮提取率的影响最大,各因素对凤尾蕨中总黄酮提取率的影响大小顺序依次是D、B、A、C,即提取时间、乙醇体积分数、微波功率、料液比。凤尾蕨中总黄酮的最佳提取工艺条件为A2B1C3D2,即微波功率320 W,乙醇体积分数为60%,料液比为1∶60,微波处理时间为60 s。
2.3 验证试验
采用总黄酮提取最佳工艺条件,进行3组平行试验,得出凤尾蕨中总黄酮的提取率平均值为3.318%,表明该工艺流程稳定性较好。
3 小结与讨论
本试验采用微波辅助乙醇提取凤尾蕨中的总黄酮,结果表明,提取工艺条件中各因素对凤尾蕨中总黄酮提取率的影响大小顺序为微波提取时间、乙醇体积分数、微波功率、料液比。凤尾蕨中总黄酮的最佳提取工艺条件为乙醇体积分数为60%,料液比为1∶60,微波功率为320 W,提取时间为60 s,在此条件下凤尾蕨中总黄酮提取率达到3.318%。
对于总黄酮的提取,国内主要集中在银杏、竹叶、黄刺玫花、山楂花、桑叶等植物,在凤尾蕨中提取总黄酮还较少,尤其是采用微波辅助提取法。本试验采用微波辅助乙醇来提取凤尾蕨中总黄酮,克服了热水法易凝聚、糊化的不足,具有高效性、强选择性、有效活性成分不易破坏等优点。本研究结果比余俊等[9]、周国梁等[10]研究得到的总黄酮提取率高,同时降低了提取时间和溶剂体积分数,可为工业化生产黄酮提供参考。
参考文献:
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[5] 李凤亚.风尾草化学成分研究[D].昆明:云南大学,2012.
[6] 黄冬兰,陈小康,徐永群,等.溪黄草中总黄酮的微波辅助提取工艺研究[J].韶关学院学报,2013,34(2):33-36.
[7] 王丽昀.微波辅助提取天然产物有效成分工艺研究[D].北京:北京化工大学,2010.
[8] 张自萍.微波辅助提取技术在多糖研究中的应用[J].中草药,2006,37(4):630-632.
[9] 余 俊,陈晓青,蒋新宇,等.凤尾草中总黄酮的提取工艺研究[J].中成药,2007,25(11):1683-1685.
[10] 周国梁,周 贤,刘汉珍,等.凤尾草总黄酮超声波提取工艺研究[J].安徽科技学院学报,2012,26(3):39-44.
(责任编辑 赵 娟)