竹叶黄酮的超声提取工艺研究

秦明有

竹叶黄酮的超声提取工艺研究

秦明有

(陕西理工大学化学与环境科学学院，汉中 723000)

以水作为提取剂，采用超声提取竹叶黄酮，并对提取工艺进行优化，实验探究超声时间、超声温度、超声功率、料液比等因素对提取效果的影响，在此基础上，通过正交优化了竹叶黄酮的提取工艺，所得的最佳工艺参数为：超声时间60min，料液比1∶17g/mL，超声温度60℃，超声功率200W，此条件下竹叶黄酮的提取率达4.692%。超声提取竹叶黄酮用作饲料添加剂高效安全，可进一步工业化推广。

竹叶；黄酮；超声提取；工艺优化

0 前言

竹叶是禾本科植物淡竹的叶子，其富含黄酮、多糖、酚类、蒽醌等多种活性物质，具有抑菌、清除自由基、抗氧化抗衰老、抗癌、改善心血管系统等多种生理作用，用于饲料中，能不同程度的提高鸡、猪、羊等家禽饲养效果及经济效益[1]。黄酮作为竹叶的主要活性成分之一，在饲料工业中具有重要的作用，可促进家禽的脂质代谢、机体的生产性能、提高机体免疫功能，是一种具有广阔发展前景的新型饲料添加剂，而且其安全性已经得到了实验验证[2-3]。在日粮中加入一定量的竹叶黄酮，羊只的增重效果良好，竹叶黄酮还可改善持续高温状态下的肉鸡生长性能和屠宰性能；除此之外，还能提高产蛋率和鸡蛋品质。仔猪日粮中加入竹叶黄酮，日增重提高，腹泻率降低，生产性能得到提高[4-6]。本文对竹叶黄酮的超声提取工艺进行研究，旨在为其在饲料工业中的安全及高效应用提供参考。

1 实验材料及方法

1.1 实验材料及仪器

竹叶(陕西理工大学校内)，清洗，干燥粉碎后过筛备用；芦丁标准品（中国药品生物制品检验所，纯度≥99%）；乙醇、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠等均为分析纯。

SHB-ⅢT循环水式多用真空泵：苏州江东精密仪器有限公司；SK8200HP超声波清洗器：上海科导超声有限公司；岛津UV-260紫外可见分光光度计：日本岛津；TGL16M型离心机：湖南凯达科学仪器有限公司；DHG-9075A型电热鼓风干燥箱：上海一恒科技有限公司；SE3001F电子天平：上海奥豪斯仪器有限公司；DHG-9203A电热鼓风干燥机：上海览浩仪器设备有限公司。

1.2 实验

1.2.1 芦丁标准曲线的绘制

精确量取0.5g的芦丁标准样品，用体积分数为30%的乙醇溶解后转入500mL的容量瓶中，配制1mg/mL的黄酮溶液，精密移取1mL放入100mL的容量瓶中用体积分数为30%的乙醇定容，配制10μg/mL的黄酮标准液。分别精密移取0，1，2，3，4，5，6mL放入7个50mL的容量瓶中，各加入1.0mL浓度为50g/L的NaNO2溶液混匀，放置6min后加入1.0mL浓度为100g/L的Al(NO3)3溶液混匀，放置6min，再加入10.0mL浓度为40g/L的NaOH溶液，最后用30%乙醇定容至刻度，再放置15min后于510.00nm波长处测其吸光度，并以其为纵坐标，黄酮待测液浓度为横坐标绘制标准曲线，得回归方程为：y=0.1206x-0.0208，R2=0.9972，说明黄酮浓度在0～10μg/mL范围内线性关系良好。

1.2.2 黄酮提取率的计算

黄酮提取率/%=100Q[(y+0.0208)v/0.1206]/m

式中：y—待测液吸光度；

v—待测液的体积(mL)；

m—每次提取时所用竹叶质量；

Q——稀释倍数。

1.3 正交实验设计

超声提取竹叶黄酮正交优化实验设计中，选择超声时间、超声温度、超声功率、料液比四个因素作为正交实验的考察因子，以竹叶中黄酮提取率为指标，采用四因素三水平的正交实验优化竹叶中黄酮的超声提取，实验安排见表1。

表1 正交优化实验安排表

2 单因素实验结果与分析

2.1 超声时间的选择

在研究超声时间对竹叶中黄酮提取过程中，控制其他条件不变，分别为：料液比1∶14g/mL，超声温度60℃，超声功率200W，黄酮提取率随超声时间的变化见图1。

图1 超声时间-黄酮提取效果

超声时间会使超声波产生的空化效应及机械作用部分叠加且持续进行，利于破壁，使目标产物黄酮快速溶出。提取初期，竹叶粉末细胞黄酮的浓度差较大，浓度梯度的存在是黄酮提取的动力，因此在20～60min范围内，竹叶黄酮提取率随着超声时间的延长不断增大，超过60min后得率降低。超声时间过长会导致竹叶粉末中其他杂质成分的溶出，提取液粘度增大，黄酮的提取阻力变大，综合考虑，选择60min为较佳超声时间。

2.2 料液比的选择

在研究料液比对竹叶中黄酮提取过程中，控制其他条件不变，分别为：超声温度60℃，超声功率200W，超声时间60min，黄酮提取率随料液比的变化见图2。

图2 料液比-黄酮提取效果

由图2可知，竹叶黄酮提取率在1∶8～1∶21g/mL的料液比范围内先增大后减小，料液比小，体系粘度大，分子扩散较慢，因此传质速率小，黄酮溶解速度慢；随着料液比的增大，传质速率增大，黄酮提取率不断增大，料液比为1∶21mg/L时最大，但在1∶14g/mL～1∶21g/mL的料液比区间内，黄酮提取率变化不大，综合考虑，确定1∶14g/mL为较佳料液比。

2.3 超声温度的选择

在研究超声温度对竹叶中黄酮提取过程中，控制其他条件不变，分别为：料液比1∶14g/mL，超声功率200W，超声时间60min，黄酮提取率随超声温度的变化见图3。

图3 超声温度-黄酮提取效果

超声提取过程中适宜的温度会加快黄酮分子的热运动，有利于黄酮向提取剂中扩散。由图3可以看出，在40～70℃升温提取过程中，由于受热，黄酮分子随着提取温度的升高不断溶解，黄酮提取率增大，70℃时提取效果最好。但是继续升温，黄酮提取率反而降低，可能是因为高温破坏了黄酮结构，比较60℃和70℃的提取效果及能耗，选择60℃的超声温度比较适宜。

2.4 超声功率的选择

在研究超声功率对竹叶中黄酮提取过程中，控制其他条件不变，分别为：料液比1∶14g/mL，超声温度60℃，超声时间60min，黄酮提取率随超声功率的变化见图4。

图4 超声功率-黄酮提取效果

超声功率直接决定机械震动的能量及空化作用效果，超声功率小，产生的能量也小，对竹叶的破壁效果不明显，提取率低。由图4可知，在100～300W超声功率范围内，竹叶黄酮提取率随着超声功率的增大而先增大后减小，200W的超声功率作用效果最好。功率过大，产生的机械作用越强，容易破坏黄酮结构；同时会使空化趋于饱和，产生大量无用气泡，增加散射衰减，降低了空化强度，降低超声能量利用率，提取率降低，故选择200W为较佳超声功率。

3 正交优化实验结果及分析

为了优化超声提取竹叶中黄酮的工艺条件，以单因素实验中的四个因素作为影响因子，黄酮得率为指标，通过L9(34)正交实验确定最佳提取工艺参数，按照表1实验设计进行实验，实验结果见表2。

超声提取竹叶黄酮中，比较表2中各因素对应的极差R可以看出，单因素探究的四个因素对竹叶黄酮的影响顺序为：料液比＞超声时间＞超声温度＞超声功率，优化所得的最佳工艺组合为：A2B3C2D2，即超声时间60min，料液比1∶17g/mL，超声温度60℃，超声功率200W。为了验证正交实验确定的工艺参数，根据条件进行3次平行实验，以黄酮得率为指标，评价其优越性，3次平行提取的黄酮得率为4.673%、4.705%、4.698%，竹叶黄酮平均提取率为4.692%，高于正交和单因素实验中的任何组合，确定其为正交优化的最佳工艺条件。

表2 正交实验结果表

4 结论

(1)以水作为提取剂，通过超声提取竹叶中的黄酮，避免了有机溶剂的残留，达到了高效绿色的提取效果，提取液可直接用作饲料添加剂，无需进行再加工，简单可行。

(2)通过单因素和正交实验优化了超声提取竹叶黄酮的工艺条件，各因素对竹叶黄酮的影响顺序为：料液比＞超声时间＞超声温度＞超声功率，优化所得的最佳工艺条件为：超声时间60min，料液比1∶17g/mL，超声温度60℃，超声功率200W。此条件下竹叶黄酮的提取率达4.692%。

[1]李瑶,齐晓丽,孟祥颖等. 竹叶中黄酮提取纯化工艺研究[J].东北师范大学学报(自然科学版),2006,38(1):91-94

[2]张平平,刘艳芬,刘铀等.植物黄酮类提取物在家禽上的研究进展[J].饲料与畜牧,2010,(7):36-39.

[3]冯香安,刘红南,刘莹等.植物黄酮作为饲料添加剂的安全性评价研究进展[J].中国饲料.2011,(12)31-34.

[4]杨奇,杨宇生,曾妮等.竹叶黄酮对持续高温状态下肉鸡生长性能和屠宰性能的影响[J].饲料工业,2014,35(8):6-8.

[5]倪晓燕,黄清波,周建华等.竹叶复合颗粒饲料加工工艺及其喂羊试验[J].畜牧与饲料科学,2010,31(2):50.

[6]张金枝,邵庆均,吴晓琴等.竹叶黄酮对断奶仔猪生产性能的影响[J].中国畜牧杂志,2003,39(1):25-26.

S816.7

A

1008-6137（2017）06-0001-04

秦明有（1995-），汉，男，广西灵川人，研究方向：天然产物提取。

2017-09-21.