超声波预处理微波萃取葛根总黄酮的工艺优化

顾仁勇，朱爱华，王文熙，刘 杰，李佑稽

(吉首大学化学化工学院，湖南 吉首 416000)

超声波预处理微波萃取葛根总黄酮的工艺优化

顾仁勇，朱爱华，王文熙，刘 杰，李佑稽

(吉首大学化学化工学院，湖南 吉首 416000)

以湘西野葛根为原料，优化葛根总黄酮超声微波双辅助萃取工艺。研究超声提取温度、超声作用时间、微波功率、微波作用时间、固液比5个影响因素对葛根总黄酮提取量的影响，采用紫外分光光度计测定葛粉中总黄酮的含量，建立葛根总黄酮的最佳提取工艺条件。结果表明，在以80%的乙醇为提取溶剂、微波辐射功率300W、微波辐射时间9min、固液比1:25(g/mL)、超声提取温度50℃、超声提取时间30min的条件下，总黄酮的提取量可达14.685mg/g。

葛根；总黄酮；超声波；微波

葛根(Radix Pueraria)为豆科植物野葛的干燥根，其味甘、辛、性平，是一种既有丰富营养又有独特药理作用的药食两用资源[1]，始载于《神农本草经》，有解肌退热、透发麻疹、生津止渴、升阳止泻等功效。目前，随着现代食品科技与现代医药的发展，深入研究葛根黄酮成为功能食品、医药工业领域的热点问题[2-4]。

葛根除含有约占新鲜葛根20%～25%的高级淀粉以及丰富的人体必需氨基酸和矿物元素等营养成分外，还含有多种异黄酮、三萜类、芳香类及其他活性成分，具有多种药理作用。其中，葛根中最重要的生理活性成分葛根总黄酮是一种天然的抗氧化剂，具有清除人体中过氧化氢、抗衰老和增加机体免疫力的作用[5-7]。在食品中它们应用于功能性食品添加剂，如天然甜味剂、天然抗氧化剂、天然色素等；应用于功能食品，如生物类黄酮口香糖、银杏叶袋泡茶等防衰、抗癌、提高免疫力食品。在兽药、农药等领域，现已开发出了一些具有特效功能的含有黄酮类化合物药品和驱虫、杀虫剂等[8]。

葛根总黄酮的提取方法主要有醇回流法、浸渍法、超声辅助萃取法、微波辅助萃取法等[9-11]。目前，工业上采用的热浸提或乙醇加热回流等传统方法溶剂消耗量大、萃取时间长、效率比较低。近年来，超声和微波辅助萃取技术在植物有效成分的提取方面得到了广泛应用。与传统的醇回流和浸渍提取法相比，超声辅助萃取法溶剂用量较少，萃取时间较短，而微波具有穿透力强、选择性高、加热效率高等特点[12-14]。

本实验以葛根为原料，以80%乙醇溶液为提取溶剂，采用超声预处理微波萃取提取总黄酮，利用紫外可见光分光光度计测定葛根总黄酮含量，研究相关因素对其提取量的影响，并筛选出最佳的提取工艺及参数[15]。本实验将超声和微波两种提取方法相结合，旨在为探索葛根黄酮的进一步开发，以及提高葛根资源的综合利用提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

葛根块 湘西州仙赐食品有限责任公司。芦丁标准品 中国药品生物制品鉴定所；95%乙醇等其他试剂均为国产分析纯。

NJL07-3型实验专用微波炉 南京杰全有限公司；DS-高速组织捣碎机 上海比朗仪器有限公司；GZX-9146MBE电热恒温鼓风干燥箱 上海博迅实业有限公司；UV-2450紫外分光光度计 日本岛津公司；TMP-2上皿式电子天平 厦门欣锐仪器仪表有限公司；KQ-250型超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 总黄酮标准曲线绘制

精密称取无水芦丁对照品适量，加体积分数为75%乙醇溶液制成芦丁质量浓度0.2mg/mL的溶液。分别吸取该溶液2、4、6、8、10mL，置于5只50mL的容量瓶中，加蒸馏水至12mL，加质量分数5% NaNO2溶液2mL，摇匀放置6min，加质量分数10% Al(NO3)3溶液2mL，摇匀放置6min后，再加质量分数4.3% NaOH溶液20mL，并加水稀释至50mL，摇匀放置15min。将不同质量浓度的芦丁标准溶液在波长510nm处，以蒸馏水为空白参比，测定吸光度，并绘制黄酮质量浓度与吸光度的标准曲线。

1.2.2 总黄酮提取工艺流程

葛根→洗净切片→干燥→粉碎过60～120目筛→称量→乙醇预浸→超声处理→微波萃取→抽滤→葛根黄酮提取物

1.2.3 单因素对葛根总黄酮提取量的影响

将葛根用粉碎机粉碎，过60～120目筛，制成葛根粉。称取葛根粉4g，按一定固液比加入体积分数80%乙醇溶液，提取温度为50℃，预浸时间为10min，在不同的超声温度、超声作用时间的条件下，然后在不同微波功率、微波作用时间、固液比的条件下，进行提取，将滤液减压过滤，通过紫外分光光度计测定萃取液中葛根总黄酮的吸光度。

1.2.3.1 微波辐射时间对葛根总黄酮提取量的影响

选取4g过60～120目的葛根粉进行试验。在固液比1:25(g/mL)，超声作用时间20min，提取温度45℃，微波辐射功率300W时分别萃取3、5、7、9、11min，通过紫外分光光度计测定萃取液中葛根总黄酮的吸光度。

1.2.3.2 超声作用时间对葛根总黄酮提取量的影响

选取4g过60～120目的葛根粉进行试验。按固液比为1:25加入80%乙醇溶液，在超声提取温度45℃条件下，分别超声作用时间10、20、30、40、50min，再通过300W微波萃取7min，通过紫外分光光度计测定萃取液中葛根总黄酮的吸光度。

1.2.3.3 固液比对葛根总黄酮提取量的影响

选取4g过60～120目的葛根粉进行试验。分别按为1:10、1:15、1:20、1:25、1:30加入80%乙醇，在超声作用20min，提取温度45℃，微波辐射功率300W条件下萃取7min，通过紫外分光光度计测定萃取液中葛根总黄酮的吸光度。

1.2.3.4 超声提取温度对葛根总黄酮提取量的影响

选取4g过60～120目的葛根粉进行试验。按固液比为1:25加入80%乙醇，分别在40、45、50、55、60℃条件下，超声作用20min，再通过300W微波萃取7min，通过紫外分光光度计测定萃取液中葛根总黄酮的吸光度。

1.2.3.5 微波辐射功率对葛根总黄酮提取量的影响

选取4g过60～120目的葛根粉进行试验。在固液比为1:25，超声作用时间20min，提取温度45℃，微波辐射功率200、300、400、500W时分别萃取7min，通过紫外分光光度计测定萃取液中葛根总黄酮的吸光度。

1.2.4 样品处理与检测

称取4g葛根粉，经超声预处理微波萃取后，吸取4mL提取液于50mL容量瓶中，加蒸馏水稀释至12mL，加质量分数为5% NaNO2溶液2mL，摇匀放置6min，加质量分数为10% Al(NO3)3溶液2mL，摇匀放置6min，加质量分数为4.3% NaOH溶液20mL，再加水稀释至50mL，摇匀放置15min后，测定吸光度，按照标准曲线换算样液中总黄酮的质量浓度，计算样品中总黄酮的提取量。换算公式为：

式中：M为样品中总黄酮的提取量/(mg/g)；C为总黄酮质量浓度/(mg/mL)；V为提取液体积/mL。

2 结果与分析

2.1 总黄酮标准曲线方程

将实验结果进行线性回归得回归方程和相关系数为：A=11.209C－0.0114(R2= 0.99956)。式中：A为吸光度；C为总黄酮的质量浓度/(mg/mL)。结果表明，在芦丁质量浓度0.008～0.04mg/mL范围内，线性关系良好。

2.2 单因素试验

2.2.1 微波辐射时间对葛根总黄酮提取量的影响

由图1可看出，在超声时间、超声温度、微波辐射功率、固液比在一定时，微波时间越长，萃取物含量就越多，当达到9min是达到最大值。而常规萃取葛根素通常需要3～4h，从而可看出，超声辅助微波提取可在很短的时间内达到较好的萃取效果。

图1 微波辐射时间对总黄酮提取量的影响Fig.1 Effect of microwave treatment time on extraction yield of total flavonoids

2.2.2 超声作用时间对葛根总黄酮提取量的影响

图2 超声处理时间对总黄酮提取量的影响Fig.2 Effect of ultrasonic treatment time on extraction yield of total flavonoids

由图2可看出，在其他一定条件下，超声预处理时间对萃取有一定的影响，当超声处理时间为40min时萃取效果最好。

2.2.3 固液比对葛根总黄酮提取量的影响

图3 固液比对总黄酮提取量的影响Fig.3 Effect of solid-to-liquid ratio on extraction yield of total flavonoids

由图3可看出，在一定条件下，不同的的固液比对萃取效果的影响很大，葛根粉与乙醇用量的最佳为1:25。

2.2.4 超声提取温度对葛根总黄酮提取量的影响

图4 超声提取温度对总黄酮提取量的影响Fig.4 Effect of temperature during ultrasonic treatment on extraction yield of total flavonoids

由图4可看出，超声预处理温度对总黄酮的萃取有很大影响，当温度越高，其他条件一定时，葛根总黄酮的萃取物含量越高。温度为45℃时，效果最佳。

2.2.5 微波辐射功率对葛根总黄酮提取量的影响

图5 微波功率对总黄酮提取量的影响Fig.5 Effect of microwave power on extraction yield of total flavonoids

由图5可看出，微波辐射功率的高低对萃取效果有显著的影响，当超声时间、超声温度、微波时间和固液比一定时，辐射功率越高，萃取物含量也随之升高，在300W处达到最大值。

2.3 正交试验[16-17]

参考已有的资料，每个因素选用4个水平，采用L16(45)正交试验，正交试验水平表如表1所示。

表1 葛根总黄酮提取正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels in orthogonal array design

表2 葛根总黄酮提取正交试验设计及结果Table 2 Orthogonal array matrix and experimental results

对表2数据进行方差分析，结果见表3。

表3 正交试验结果方差分析表Table 3 Analysis of variances for extraction yield of total flavonoids with various extraction conditions

由表2、3得出各因素对实验结果的影响都不显著，但是各因素的影响程度不同，影响程度由大到小依次为：E＞D＞C＞A＞B。总黄酮的最佳提取工艺条件为A2B3C2D3E3，即微波辐射功率300W、微波辐射时间9min、固液比1:25、超声提取温度50℃、超声提取时间30min。

2.4 最佳工艺验证实验

根据正交试验所得的最优条件，在微波辐射功率300W、微波辐射时间9min、固液比1:25、超声提取温度50℃、超声提取时间30min条件下做验证实验，得到总黄酮的提取量为14.685mg/g。

3 结 论

采用超声预处理微波萃取葛根总黄酮是结合了微波对植物细胞的破壁作用、加热作用和超声波的空化效应，提高了黄酮的溶出速率。结果表明，在微波辐射功率300W、微波辐射时间9min、固液比1:25、超声提取温度50℃、超声提取时间30min条件下，总黄酮提取量可达14.685mg/g。

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Process Optimization for Extraction of Total Flavonoids from Radix Pueraria by Ultrasonic Followed by Microwave Treatment

GU Ren-yong，ZHU Ai-hua，WANG Wen-xi，LIU Jie，LI You-ji
(College of Chemistry and Chemical Engineering, Jishou University, Jishou 416000, China)

Ultrasonic followed by microwave treatment was used to establish a novel method to extract total flavonoids from Radix Pueraria. The effects of five extractions, namely temperature during ultrasonic treatment, ultrasonic treatment time,microwave power and treatment time and solid-to-liquid ratio on the extraction yield of total flavonoids from Radix Pueraria were explored. The quantification of total flavonoids was conducted using a UV spectrophotometer. The results showed that the maximum yield of total flavonoids could reach 14.685 mg/g was attained by using 80% ethanol as the extraction solvent at a solidto-liquid ratio of 1:25 under the assistance of 30 min ultrasonic at 50 ℃ followed by 9 min microwave treatment at 300 W power.

Radix Pueraria；flavonoids；ultrasonic；microwave

R284.2

A

1002-6630(2011)10-0057-04

2010-08-14

顾仁勇(1972—)，男，副教授，硕士，研究方向为食品加工及保藏。E-mail：gry8565398@163.com