张雪辉,唐 蕊,王 婷(邢台学院化学工程与生物技术学院,河北邢台054000)
正交试验优选柑橘皮中槲皮素的提取工艺
张雪辉,唐蕊,王婷
(邢台学院化学工程与生物技术学院,河北邢台054000)
摘要:采用水浴提取法优化柑橘皮中槲皮素提取的最佳条件,在单因素试验的基础上,采用正交试验优化提取工艺,确定了提取槲皮素的最佳条件:料液比1∶50(g/mL),乙醇浓度80%,水浴温度80℃,水浴时间3.5 h。在此条件下,柑橘皮中槲皮素的提取率为9.685%。
关键词:槲皮素;柑橘皮;水浴提取法;正交试验
槲皮素(Quercetin)是一种植源性黄酮类化合物,广泛存在于水果、蔬菜和谷物等植物中,在天然产物中以单体和苷的形式大量存在。充足水果和蔬菜的摄入可能降低患癌症的风险,槲皮素作为众多可能作用源之一受到关注和研究。已有关于其对结节病、哮喘、肥胖与糖尿病的葡萄糖吸收的安全性和有效性的初步研究,也有学者声称槲皮素可降低高血压患者的血压,及可降低肥胖者的低密度脂蛋白胆固醇的水平,可见槲皮素具有非常广泛的生理和药理活性。它在抗炎、抗氧化、抗过敏、抗菌、抗病毒、抗癌等方面的潜在疗效[1],是近年来研究十分广泛的课题。柑橘是世界上产量最大的水果,柑橘皮作为柑橘的主要副产物,占柑橘总量的20%~40%。通常柑橘皮作为果皮被丢弃,而且对其中所含的槲皮素研究甚少,因而对柑橘皮中槲皮素的提取、研究具有十分重要的意义。
1.1材料与仪器
柑橘皮:市售柑橘,取果皮自然晾干;槲皮素标准品:中国食品药品检定研究所、无水乙醇、Al(NO3)3、NaNO2、NaOH均为分析纯。
电热鼓风干燥箱、高速万能粉碎机、电子天平、数显恒温水浴锅、UV-5200型紫外/可见分光光度计:上海元析仪器有限公司。
1.2方法
1.2.1样品溶液的制备
柑橘皮→烘干→粉碎(过60目筛)→乙醇浸提→水浴→冷却→取上清液→样品溶液,备用[2-3]。
1.2.2提取条件的确定
鉴于料液比、水浴温度、乙醇浓度、水浴时间对柑橘皮中槲皮素含量的测定均有一定的影响,提取条件的研究主要考虑以下4个因素:料液比、乙醇浓度、水浴温度、水浴时间[4]。
1.2.3正交试验确定最佳提取条件
通过L9(34)正交试验确定最佳提取条件[5],试验水平如表1所示。
1.2.4柑橘皮中槲皮素含量的测定
1.2.4.1槲皮素标准曲线的绘制
称取槲皮素标准品5.0 mg,加入30%的乙醇溶液至25 mL,配成200 μg/mL的标准品溶液备用。称取2.5 g NaNO2,定容至50 mL,配成5%NaNO2溶液。称取5 g Al(NO3)3,定容至50 mL,制成10%Al(NO3)3溶液。称取2 g NaOH,定容至50 mL,配制成4%NaOH溶液(均用蒸馏水定容)。
表1 正交试验因素水平表Table 1 The levels of orthogonal experiment
分别量取0、0.20、0.40、0.80、1.60、2.40、3.20、4.00 mL槲皮素标准品溶液置于50 mL的锥形瓶中。精确量取5%NaNO2溶液0.4mL,静置6.0min;加入10%Al(NO3)3溶液0.40 mL,静置6 min;再加入4%NaOH溶液2.0 mL,最后加入30%的乙醇溶液[6],至溶液终体积为10 mL并摇匀,在375 nm处测定吸光值,并绘制标准曲线[7]。
1.2.4.2样品的处理
称取过筛后柑橘皮0.50 g,以一定料液比、一定浓度乙醇溶液溶解样品,用塑料薄膜将锥形瓶口封紧后,将其在一定温度的恒温水浴锅中水浴一定时间。待柑橘皮浸提液晾凉以后,用微量移液器移取0.8 mL上清液置于50 mL锥形瓶中,随后的处理方法与1.2.4.1相同,同时设置1组空白对照。
1.2.4.3样品液中槲皮素含量的测定
样品的处理方法同1.2.4.2所述,通过标准曲线计算样品液中槲皮素含量,由下式得出在不同处理条件下,柑橘皮中槲皮素得率(%,浸提所得槲皮素占柑橘皮粉总量的百分比)[8]。
2.1槲皮素标准曲线方程
以槲皮素标准品溶液的浓度为横坐标,以所测紫外吸光值OD为纵坐标,绘制标准曲线,如图1所示。
由Excel软件可得槲皮素标准曲线回归方程:y= 0.031 9x+0.001 4,R2=0.999 7。
2.2单因素对得率的影响
2.2.1料液比对得率的影响
以60%乙醇溶液为溶剂,采用1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70、1∶80、1∶90(g/mL)的料液比溶解样品,用塑料薄膜封紧瓶口后,置于50℃的恒温水浴锅中水浴2.0 h,研究不同料液比对槲皮素提取率的影响。通过计算得料液比对于槲皮素得率的影响,如下图2所示。
图1 槲皮素标准曲线Fig.1 Standard curve of Quercetin
图2 料液比对得率的影响Fig.2 Effect of material ratio and solvent on the extraction efficiency
由图2可知,随着料液比的增大,槲皮素得率逐渐升高;料液比为1∶40(g/mL)时,槲皮素得率最高为3.863%;当料液比逐渐升高时,槲皮素得率减小,料液比在1∶50(g/mL)至1∶80(g/mL)之间,槲皮素得率基本持平,到1∶90(g/mL)时,得率明显下降。可能是因为浸提液中杂质成分逐渐增多,对于浸提液中槲皮素的含量测定产生了一些影响,反而使得率减小。2.2.2水浴温度对得率的影响
称取样品0.50 g,以60%乙醇溶液为溶剂,1∶40(g/mL)的料液比溶解样品,用塑料薄膜封紧瓶口后,在30、40、50、60、70、80、90℃水浴条件下水浴2.0 h,研究不同料液比对槲皮素提取率的影响。通过计算得水浴温度对于槲皮素得率的影响,结果如下图3所示。
图3 水浴温度对得率的影响Fig.3 Effect of temperature on the extraction efficiency
随着水浴温度的逐渐升高,槲皮素得率逐渐升高;在70℃达到最高值3.565%;随着温度进一步升高,得率有所下降,但与60℃时的得率基本持平。
2.2.3乙醇浓度对得率的影响
称取样品0.50 g,采用30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%的乙醇溶液溶解样品,以1∶40(g/mL)为料液比,用塑料薄膜封紧瓶口后,置于50℃的恒温水浴锅中水浴2.0 h,研究乙醇浓度对槲皮素提取率的影响。计算得乙醇浓度对于槲皮素得率的影响,如下图4所示。
图4 乙醇浓度对得率的影响Fig.4 Effect of concentration on the extraction efficiency
由图4可知,随着乙醇浓度增大,槲皮素得率逐渐升高;当乙醇浓度为70%时,槲皮素得率最高为2.539%;随着乙醇浓度的增大,可能也是由于柑橘皮中其他物质的浸出,影响了样品中槲皮素的测定,使得槲皮素的得率反而下降。
2.2.4水浴时间对得率的影响
称取样品0.50 g,以60%乙醇溶液为溶剂,以1∶40(g/mL)的料液比溶解样品,用塑料薄膜封紧瓶口后,置于50℃的恒温水浴锅中分别水浴1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0h,研究水浴时间对槲皮素提取率的影响。计算得水浴时间对于槲皮素得率的影响,如图5所示。
图5 水浴时间对得率的影响Fig.5 Effect of time on the extraction efficiency
当水浴时间延长时,槲皮素得率逐渐升高;水浴时间为3.0 h时,槲皮素得率最高,达2.859%;水浴时间延长,可能是由时间过长,使得槲皮素不太稳定,从而使得得率反而降低。
2.3最佳提取工艺的确定
按设定试验水平进行L9(34)正交试验,结果如表2所示。影响柑橘皮中槲皮素提取率的因素主次顺序为:D>A>B>C,即水浴时间>料液比>水浴温度>乙醇浓度,其最优组合是A3B3C3D3。
经过验证试验,A3B3C3D3组合条件下槲皮素得率9.685%为最高,所以可验证A3B3C3D3为最优组合,即柑橘皮中槲皮素的最佳提取条件为:料液比1∶50(g/mL),水浴温度80℃,乙醇浓度80%,水浴时间3.5 h。
表2 正交试验表结果Table 2 The results of orthogonal experiment
采用水浴提取法,以乙醇作为溶剂,通过对乙醇浓度、料液比、提取时间、提取温度进行单因素试验,确定了正交试验的各因素的3个水平,通过正交试验,确定了提取槲皮素的最佳条件为:料液比1∶50(g/mL),水浴温度80℃,乙醇浓度为80%,水浴时间3.5 h,此条件下提取率达到了9.685%。
目前各界对于槲皮素的药理和生理活性等的研究正在逐年升温,倘若能够在柑橘皮这种常见的生活垃圾中,提取出槲皮素,对于各界的后续研究将有重大意义。本试验方法较为简单、重复性好,若将其应用到实践中去,可使柑橘皮变废为宝,并且能节省大量的工业原料成本。因实际生产中还有许多实际问题,需对工艺条件进一步细化和优化,使槲皮素得率更高、工艺更简化,才能投入到生产中去。
参考文献:
[1]焦士蓉,黄承钰.柑橘属类黄酮生物活性的研究进展[J].西华大学学报,2008,27(1):32-35
[2]李智利.柑橘皮中黄酮的提取及含量分析[J].常州工程职业技术学院学报,2007,3(53):38-40
[3]吴杰,周本宏.槲皮素提取条件的优选[J].湖北中医学院院报, 2006,8(3):25-26
[4]徐旭耀,王汝娟,谢伟飞.柑橘皮中川陈皮素超声提取工艺及含量研究[J].食品工业科技,2012,33(9):301-308
[5] 周玉平,吴玉娣,张纪兴.地锦草槲皮素提取工艺研究[J].广东药学院学报,2008,24(1):28-29
[6] 陈育平.正交分析法筛选陈皮总黄酮的提取溶剂[J].大家健康, 2012,6(6):4-6
[7]扶教龙,何静,李良智,等.微波辅助法提取柑橘皮中黄酮工艺研究[J].食品工业,2011(11):7-9
[8] 程祖锌,何海华,陈团生,等.超声波辅助提取芹菜槲皮素工艺[J].亚热带农业研究,2011,7(1):46-48
DOI:10.3969/j.issn.1005-6521.2015.18.030
收稿日期:2014-05-29
作者简介:张雪辉(1976—),男(汉),副教授,硕士,从事植物提取物和植物病害防治研究工作。
Optimization of the Extraction Technology of Quercetin from Citrus Peel by Orthogonal Experiment
ZHANG Xue-hui,TANG Rui,WANG Ting
(College of Chemical Engineering and Biotechnology,Xingtai University,Xingtai 054000,Hebei,China)
Abstract:Water bath extraction method was used to optimize the extraction conditions of quercetin from the citrus peel.Combining single factor test and Orthogonal experiment,the optimum extraction conditions were chosen as follows:solid(g):liquid(mL)=1∶50,ethanol=80%,extracting temperature 80℃,extracting time 3.5 h.Under the optimize conditions,the extraction efficiency of quercetin was 9.685%.
Key words:quercetin;citrus peel;water bath extraction method;orthogonal experiment