西兰花总黄酮提取工艺优化研究*

文 瑶

(广东药科大学 药学院，广东 广州 510006)

西兰花(BrassicaoleraceaL.var.italica，Plenck)原产于地中海东部沿岸边，是一种十字花科植物[1]。西兰花富含维生素、黄酮和多酚等营养物质，具有降血糖、抗氧化等功能[2]，所以受到越来越多的消费者的青睐。因此，对西兰花展开深入研究有非常重要的意义。国内外对西兰花总黄酮的提取方法主要有：乙醇回流提取[3]、超声辅助法提取[4]等。其中，超声波辅助法提取西兰花总黄酮是一种较绿色、新颖的提取工艺，具有提取效率高、操作方便且溶剂用量较少的优点[5]。因此，本实验采用超声辅助提取法提取西兰花总黄酮，为西兰花后续更好地开发利用其潜在的药用价值提供了实验依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

西兰花粉(江苏省)；无水碳酸钠(天津致远化学试剂有限公司)；乙醇(天津致远化学试剂有限公司)；NaOH(天津致远化学试剂有限公司)；亚硝酸钠(天津致远化学试剂有限公司)；硝酸铝(天津致远化学试剂有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 芦丁标准曲线的绘制

参考江石平[6]等的实验方法配制芦丁标准品，采用亚硝酸钠-硝酸铝-氢氧化钠显色法，在 510 nm 处测吸光度。以芦丁质量浓度为横轴，以吸光度为纵轴绘制标准曲线，得到芦丁的回归方程为Y=3.3381X+0.0385，R2=0.9992。由此可得西兰花总黄酮提取率的计算公式：

ρ为西兰花样品溶液中总黄酮的质量浓度，mg/mL；V为西兰花总黄酮溶液的体积，mL；D为西兰花溶液的稀释倍数；m为西兰花粉的质量，g。

1.2.2 单因素试验

以西兰花总黄酮提取率为指标，采用控制变量法分别考察超声温度(40、50、60、70、80 ℃)、液料比(10、15、20、25、30 mL/g)、超声功率(120、160、200、240、280 W)、乙醇体积分数(50%、60%、70%、80%、90%)和超声时间(30、40、50、60、70 min)对西兰花总黄酮提取率的影响。

1.2.3 响应面法优化西兰花总黄酮的提取工艺方法

根据单因素实验结果，以乙醇体积分数(A)、超声时间(B)、料液比(C)为自变量，西兰花总黄酮提取率为响应值，利用Box-Behnken中心设计方法进行因素水平设计。

2 实验结果与讨论

2.1 单因素实验结果

2.1.1 超声温度的选择

如图1所示，随着提取温度的升高，西兰花总黄酮的提取率逐渐增大， 60 ℃ 时，提取率达到最大。当提取温度超过 60 ℃ 后，提取率反而有所下降，造成这种现象可能是提取温度太高导致乙醇挥发，进而料液比增大，导致杂质溶出量增加，最终总黄酮提取量减少。故选 60 ℃ 作为响应面中心点。

图1 超声温度对西兰花总黄酮提取率的影响

2.1.2 超声时间的选择

如图2所示，随着超声时间的延长，西兰花总黄酮的提取率先增大后减少。在提取时间为 60 min 时，提取率最高，之后继续延长反应时间，提取率反而出现下降的趋势，这可能是提取时间过长造成黄酮类化合物的结构被破坏，从而导致提取率降低。故选择 60 min 为响应面中心点。

图2 超声时间对西兰花总黄酮提取率的影响

2.1.3 料液比的选择

如图3所示，随着液料比的逐步增大，西兰花总黄酮的提取率出现先增大后降低的趋势，在液料比为25∶1(mL/g)时为最佳。继续加大液料比反而出现提取率降低的现象，这可能是与此时黄酮类化合物已基本溶解，若继续增加液料比，提取率不仅不会有显著的增加，反而会有降低的趋势，甚至出现浪费溶剂的现象。故选择25∶1(mL/g)为响应面中心点。

图3 液料比对西兰花总黄酮提取率的影响

2.1.4 乙醇体积分数的选择

如图4所示，随着乙醇体积分数的增大，西兰花总黄酮的提取率出现先增大后下降的趋势，当乙醇体积分数为60%时，提取率达到最大值，这可能是60%乙醇的溶液极性与黄酮类化合物的极性相当，故选择60%乙醇为响应面中心点。

图4 乙醇浓度对西兰花总黄酮提取率的影响

2.1.5 超声功率的选择

如图5所示，随着超声功率的逐渐增大，西兰花总黄酮的提取率出现先增大后降低的现象。在超声功率为 240 W 时达到最大值，超过 240 W 时提取率出现降低的趋势，这原因可能是过高的超声功率使其黄酮类成分被破坏分解，从而导致提取率出现下降的趋势。因此，选择 240 W 为响应面中心点。

图5 超声功率对西兰花总黄酮提取率的影响

2.2 响应面法优化

2.2.1 实验数据分析

依据Box-Benhnken法，经单因素实验结果分析后，选择乙醇体积分数、液料比和超声时间3个因素作为自变量，西兰花总黄酮的提取率作为因变量，选择三因素三水平进行响应面分析。得到优化实验共17组，详见表1。多元回归拟合结果详见表2。

表1 实验设计及结果表

表2 回归分析结果表

通过Design Expert 13.0.1.0 软件对表2数据进行二元回归分析，得到以西兰花总黄酮得率为响应值的回归方程：即总黄酮得率Y=2.66-0.0616A-0.0764B-0.1006C+0.0342AB+0.00313AC+0.0019BC-0.1904A2-0.1496B2-0.1283C2，回归系数R2=0.9870，说明该模型拟合度良好，模型的F值为255.78、P<0.0001，说明该模型极显著；失拟项P值为0.5436>0.05，影响不显著，证明非试验因素对本实验结果影响不大。实验结果中，若F值越大，P值越小，即该因素对响应值影响越大，反之则表示该因素对响应值影响越小，故根据表2中的F值和P值可知，三因素对西兰花总黄酮的提取率的影响大小为液料比>超声时间>乙醇体积分数。

2.2.2 响应面交互作用分析

依据回归模型作出相应的响应曲面图，响应面坡度越陡峭表示两因素交互作用越大，反之则表示两因素交互作用不显著。等高线呈椭圆形，则表示两因素交互作用影响较大，否则反之。由图6～8可见，超声时间和乙醇体积分数的交互影响最大，其次是乙醇体积分数和料液比的交互影响，再其次是超声时间和料液比二者的交互影响。

图6 乙醇体积分数与超声时间的交互作用对西兰花总黄酮提取率的影响

图7 乙醇体积分数与液料比的交互作用对西兰花总黄酮提取率的影响

图8 液料比与超声时间的交互作用对西兰花总黄酮提取率的影响

2.3 比较实验分析

通过响应面软件分析得到，料液比为1∶23(g/mL)、乙醇体积分数为54%、超声时间 53 min。验证实验得到的总黄酮提取率为 2.69 mg/mL，预测值为 2.54 mg/mL，两者较为接近，说明此条件下提取西兰花总黄酮比较可靠且具有一定的参考价值。普通水提法得到的总黄酮提取率为 1.06 mg/mL，表明用超声辅助法提取西兰花总黄酮比普通水提法的提取率更高，具有一定的可行性。

3 结论

本文使用超声辅助法提取西兰花总黄酮，单因素实验结果为超声温度 60 ℃、乙醇体积分数度60%、料液比1∶25(g/mL)、超声功率 240 W 和超声时间 60 min。通过响应面分析法确定西兰花总黄酮的最佳提取工艺条件为：乙醇体积分数54%、料液比1∶23(g/mL)、超声时间 53 min。通过验证实验得到优化后的提取率为 2.69 mg/g，普通水提为 1.06 mg/g。实验结果对西兰花总黄酮进一步的深入研究和开发应用具有很大的实用价值。