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中华苦荬菜总黄酮超声提取工艺研究及不同干燥方法对其得率的影响



全 文 :Science and Technology of Food Industry 工 艺 技 术
2013年第24期
中华苦荬菜总黄酮超声提取工艺研究及
不同干燥方法对其得率的影响
石同同1,韩丽萍2,陈莹莹3,王 颉1,*,孙剑锋1,赵雪聪1,张玉芬1
(1.河北农业大学食品科技学院,河北保定 071000;
2.唐山市曹妃甸区湿地和鸟类省级自然保护管理处,河北唐山 063299;
3.河北农业大学园艺学院,河北保定 071000)
摘 要:对50℃烘干的中华苦荬菜总黄酮化合物进行了超声提取工艺的研究,在单因素的基础上,通过L9(34)正交实
验探讨了乙醇浓度、超声提取时间以及料液比对中华苦荬菜总黄酮得率的影响。结果表明:料液比对中华苦荬菜总黄
酮得率有极显著影响(p<0.01),在乙醇浓度为60%,料液比为1 ∶20(g/mL),超声时间60min条件下,总黄酮得率为
1.34%。在最佳提取条件下分别对真空冷冻干燥、红外干燥、自然阴干、烘干及自然晒干的中华苦荬菜进行提取并测
定,实验结果表明最真空冷冻干燥的中华苦荬菜总黄酮得率高,为3.75%,而晒干的中华苦荬菜总黄酮得率最低,为
0.74%,干燥效果依次为冻干>红外干燥>阴干>烘干>晒干。
关键词:中华苦荬菜,总黄酮,干燥方法,超声提取
Optimum extracting technology of totals flavonoids for Ixeris chinensis
and the effect of drying methods on extraction rate
SHI Tong-tong1,HAN Li-ping2,CHEN Ying-ying3,WANG Jie1,*,SUN Jian-feng1,
ZHAO Xue-cong1,ZHANG Yu-fen1
(1.College of Food Science,Agricultural University of Hebei,Baoding 071000,China;
2.Tangshan Caofeidian Provincial Wetland and Bird Conservation Management Office,Tangshan 063299,China;
3.College of Horticulture,Agricultural University of Hebei,Baoding 071000,China)
Abstract:Ultrasonic extraction the total flavonoids of Ixeris chinensis compound on 50℃ drying,on the basis of
the single factor , then through the L9 (34 ) orthogonal test ,studied the effects of ethanol concentration ,
processing time and material-liquid ratio effects of total flavonoids of Ixeris chinensis extraction rate. Results
showed that the material -liquid ratio on the extraction rate of total flavonoids of Ixeris chinensis had a
significant effect(p<0.01). The optimum extraction condition on the ethanol concentration was 60% ,ratio of
solid to liquid was 1∶20(g/mL) under the conditions of ultrasonic extraction of total flavonoids,when the time
was 60min,the extraction rate of Ixeris Chinensis was 1.34% . Then it was studied the optimum extraction
conditions of vacuum freeze drying,infrared drying,natural shade,drying and natural drying total flavonoids of
Ixeris chinensis in the determination of rate,the results showed that the extraction rate of the vacuum freeze-
drying Ixeris chinensis total flavonoids was high to 3.75% ,the dry in the sun Ixeris chinensis yield of total
flavonoids was low to 0.74%,the drying effect was freeze drying>infrared drying>dry in the shade>dying>dry
under the sun.
Key words:Ixeris chinensis;total flavonoid;drying methods;ultrasonic extraction
中图分类号:TS201 文献标识码:B 文 章 编 号:1002-0306(2013)24-0240-05
收稿日期:2013-06-08 * 通讯联系人
作者简介:石同同(1988-),男,在读硕士生,研究方向:农副产品加工
利用及转化。
基金项目:国家自然科学基金(31071580)。
中华苦荬菜(Ixeris chinensis(Thunb. ex Thunb.)
Nakai)为野生绿色蔬菜,是菊科苦苣属的一年或两
年生草本植物[1],中华苦荬菜含有丰富的营养成分和
生理活性物质,具有较高的营养价值和保健作用,也
是一种药食共用的植物[2]。中华苦荬菜药用历史悠
久,《神农本草经》、《本纲目》均有记载,具有清热解
毒、消肿排脓、凉血化痪、消食和胃、清肺止咳、益肝
利尿之功效[3],临床用于治疗急性痢疾、肠炎、痔疮肿
痛等症,药用价值高,中国民间自古作为药材应用。
中华苦荬菜在我国分布广泛,野生资源丰富,食用、
药用历史悠久,其化学成分及药理作用复杂[4-5]。中华
苦荬菜中主要含有黄酮、倍半萜内酯、三萜类化合物
以及香豆素等活性成分[6-7],而黄酮类活性成分具有
240
DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2013.24.028
工 艺 技 术
2013年第24期
Vol . 34 , No . 24 , 2013
抗肿瘤、抗氧化、抗衰老、防止心血管疾病的发生以
及降血脂等保健作用[8-9]。
常用提取总黄酮的方法有煎煮法、回流法、浸渍
法,这几种方法具有提取时间长、提取率低且总黄酮
等活性成分损失量大等缺点。超声波破碎细胞提取
法是近几年新兴的一种提取方法,具有选择性高、提
取时间短、提取率高、消耗溶剂少等优点[10-12],本实验
采用正交优化法确定中华苦荬菜总黄酮超声提取最
佳条件,并对真空冷冻干燥、红外干燥、自然阴干、烘
干及自然晒干的的中华苦荬菜总黄酮得率进行测
定,为中华苦荬菜资源的更好的开发利用提供一定
的理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
中华苦荬菜 采自河北农业大学校园内,经河
北农业大学生命科技学院冯大岭教授鉴定为中华苦
荬菜,50℃条件下烘干至恒重,粉碎后过40目,真空
密封备用;芦丁标准品 中国食品药品检定研究院,
供UV法测定含量为92.5%;95%乙醇、亚硝酸钠、硝酸
铝、氢氧化钠 市售分析纯。
kq-500de型细胞超声破碎仪 昆山市超声仪器
有限公司;WFZ-UV-2800型紫外-可见分光光度计 尤
尼科仪器有限公司;LG-1.5型真空冷冻干燥机 沈
阳航天新阳速冻设备有限公司;HW-3型红外干燥
箱 天津市拓普仪器有限公司;DL-101-2型电热鼓
风干燥箱箱 天津市中环实验电炉有限公司;TB-
215D型分析天平 赛多利斯股份有限公司,德国:感
量为十万分之一。
1.2 中华苦荬菜处理方法
新鲜中华苦荬菜洗净,50℃条件下烘干至恒重,
粉碎后过40目,准确称取中华苦荬菜干粉2.000g,放
入一定体积的乙醇溶液,放入超声波破碎仪固定功
率600W,提取后抽滤,抽滤液用60%乙醇定容到
50mL容量瓶得到中华苦荬菜提取液,精密称取实验
中抽滤后的中华苦荬菜提取液2mL置于25mL容量瓶
中,加入1mL浓度5% NaNO2,振荡摇匀后放置5min,
再加入1mL浓度10% Al(NO3)3,振荡摇匀后放置
5min,再加入4mL 4% NaOH,用60%乙醇定容,摇匀
后放置15min后在波长为510nm下测定吸光值。
1.3 中华苦荬菜中总黄酮的确定
对按1.2方法提取的中华苦荬菜提取液在200~
800nm范围内进行全波长扫描,结果表明提取液在
510nm左右有最大吸收峰,而芦丁的最大吸收峰也是
在510nm左右,因此可以用芦丁含量来反应总黄酮
含量。
1.4 芦丁标准曲线的测定
准确称取120℃干燥12h的芦丁标准品0.01080g,
置于50mL容量瓶中,以60%的乙醇溶解并定容,得到
浓度为0.216mg/mL的标准液。分别吸取上述标准液
0、1、2、3、4、5mL于25mL的容量瓶中,加入1mL浓度
5% NaNO2,振荡摇匀后放置5min,再加入1mL浓度
10% Al(NO3)3,振荡摇匀后放置5min,再加入4mL 4%
NaOH,用60%乙醇定容,摇匀后放置15min后以第一
瓶做空白在波长为510nm下测定。
1.5 实验设计
1.5.1 单因素实验设计
1.5.1.1 乙醇浓度对总黄酮得率的影响 精确称取
中华苦荬菜粉末2.000g,在料液比1∶20,提取时间1h
条件下,分别加入浓度为30%、45%、60%、75%、95%
的乙醇溶液,进行超声破碎提取1h后,按照1.2方法进
行测定,并计算总黄酮得率。
1.5.1.2 超声提取时间对总黄酮得率的影响 精确
称取中华苦荬菜粉末2.000g,在料液比1∶20,乙醇浓
度为60%的条件下,分别提取15、30、45、60、75、90min,
按照1.2方法进行测定,并计算总黄酮得率。
1.5.1.3 料液比对总黄酮得率的影响 精确称取中
华苦荬菜粉末2.000g,在乙醇浓度为60%的条件下提
取1h,分别考察料液比1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25(g/mL)
对中华苦荬菜总黄酮得率的影响。按照1.2方法进行
测定,并计算总黄酮得率。
1.5.2 正交实验设计 在中华苦荬菜总黄酮提取单
因素实验的基础上,对其总黄酮得率主要的影响因
素乙醇浓度、超声提取时间、料液比进行L9(34)正交
实验,确定中华苦荬菜总黄酮的最佳提取条件。
1.6 用不同干燥方法对中华苦荬菜进行处理工艺条件
1.6.1 真空冷冻干燥 将采集的中华苦荬菜全草洗
净,放入真空冷冻干燥机的冷冻室,迅速降温至-40℃,
保持1h。再将冻结的中华苦荬菜放入真空干燥室,干
燥8h,至样品质量不再发生改变,取出冻干的中华苦
荬菜粉碎后过40目,抽真空包装后备用。
1.6.2 红外干燥 将采集的中华苦荬菜全草洗净放
入HW-3型红外干燥箱,干燥2h,干燥结束后取出粉
碎后过40目,抽真空包装后备用。
1.6.3 阴干 将采集的中华苦荬菜全草洗净,放置
到背阴处,48h后干燥结束,将阴干的中华苦荬菜粉
碎后过40目,抽真空包装后备用。
1.6.4 烘干 将采集的中华苦荬菜全草洗净,50℃
条件下烘干至恒重,粉碎后过40目,抽真空包装后
备用。
1.6.5 晒干 将采集的中华苦荬菜全草洗净,从上
午8点到下午6点放到阳台上晒干,10h后质量不再发
生变化,干燥结束后粉碎后过40目,抽真空包装后
备用。
1.7 总黄酮得率的计算
总黄酮得率的计算公式如下:
Z(%)=C×625/(2×1000×1000)×100
水平
1 30 45 1∶10
2 45 60 1∶15
3 60 75 1∶20
因素
A 超声提取时间
(min)
B 乙醇浓度
(%)
C 料液比
(g/mL)
表1 正交实验因素及水平表
Table 1 Factors and levels of orthogonal test
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Science and Technology of Food Industry 工 艺 技 术
2013年第24期
式中,Z为总黄酮得率,%;C为根据标准曲线得
出来的所测样品液的总黄酮浓度,μg/mL;625为所测
样品液的体积,mL;2×1000×1000为中华苦荬菜样品
的质量,μg。
1.8 数据处理
数据处理采用SPSS17.0软件进行分析,显著水
平p<0.01差异极显著,p<0.05差异显著。
2 结果与分析
2.1 芦丁标准曲线的绘制
根据芦丁不同浓度标准液得到的吸光度。以吸
光度(y)为纵坐标,芦丁浓度(x)为横坐标绘制标准
曲线。结果表明在芦丁浓度为0~41.2μg/mL的范围内
线性关系良好。如图1所示,回归方程为y=0.0120x-
0.0058,R2=0.9990。
2.2 超声提取总黄酮单因素实验
2.2.1 乙醇浓度对总黄酮得率的影响 实验结果见
图2。从图2可知,随着乙醇浓度的增大,总黄酮得率
逐渐升高,当乙醇浓度为60%时,总黄酮的得率最
大,总得率为1.32%;乙醇浓度的继续增大,总黄酮得
率开始下降,主要原因可能是随着乙醇浓度的不断
增大,溶液的极性逐渐增大,而中华苦荬菜中总黄酮
成分的极性是基本恒定的,根据相似相容原理,当乙
醇浓度增大到60%时,如果继续增大乙醇浓度,则提
取液中因为水极性增大导致提取率开始下降,从而
使总黄酮得率降低。
2.2.2 超声提取时间对总黄酮得率的影响 实验结
果见图3。从图3可知,随着超声提取时间的增加,总
黄酮得率逐渐升高,当超声提取45min时,中华苦荬
菜总黄酮得率达到最大,此时得率为1.29%。当提取
时间超过45min时,总黄酮得率趋于稳定,这可能是
超声提取时间过长,导致中华苦荬菜细胞组织的破
坏,使一些不溶性的杂质溢出,从而阻止了总黄酮成
分的溶出。
2.2.3 料液比对总黄酮得率的影响 实验结果见图4。
从图4可知,随着溶液量的逐渐增大,中华苦荬菜总
黄酮得率逐渐增大,当料液比为1∶20时,总得率达到
最大,为1.33%。当继续增大溶液量,总黄酮的得率变
化不大。分析原因可能是由于在超声波的作用下,中
华苦荬菜中所含黄酮类物质已经最大限度溶出,当
料液比进一步增大时导致且其他杂质进入浸提液,
从而阻止了总黄酮成分的溶出。
2.3 正交实验
根据单因素实验结果,拟选用超声提取时间
(A),乙醇浓度(B),料液比(C)等三个因素作为考
察指标,各因素水平设置如表1所示,正交实验采
用四因素三水平实验即L9(34)正交实验,实验结果见
表2。
采用极差法对正交实验结果进行分析,由表2的
R值可知,影响中华苦荬菜总黄酮得率的因素依次为
C>B>A,即料液比>乙醇浓度>超声时间。最佳提取条
件为A3B2C3,即在浓度为60%乙醇,料液比1∶20(g/mL)
的条件下,提取60min。
方差分析见表3,结果显示,料液比对中华苦荬
菜总黄酮提取率有极显著影响(p<0.01),而超声提
图1 芦丁标准曲线
Fig.1 Standard curve of rutin
芦丁浓度(μg/mL)
20 40 60
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-0.1



图2 乙醇浓度对得率的影响
Fig.2 Effects of alcohol concentration on extraction rate
乙醇浓度(%)
30 45 60 75 95
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0






%)
图3 超声时间对得率的影响
Fig.3 Effects of processing time on extraction rate
超声时间(min)
15 30 45 60 75 90 105
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0






%)
图4 料液比对得率影响
Fig.4 Effects of material-liquid ratio on extraction rate
料液比(g/mL)
1∶5 1∶10 1∶15 1∶20 1∶25
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0






%)
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2013年第24期
Vol . 34 , No . 24 , 2013
实验号 A B C D 空列 总黄酮得率(%)
1 1 1 1 1 0.79
2 1 2 2 2 1.17
3 1 3 3 3 1.15
4 2 1 2 3 1.05
5 2 2 3 1 1.26
6 2 3 1 2 0.85
7 3 1 3 2 1.20
8 3 2 1 3 0.94
9 3 3 2 1 1.19
k1 1.037 1.013 0.860 1.080
k2 1.053 1.123 1.137 1.073
k3 1.110 1.063 1.203 1.047
R 0.073 0.110 0.343 0.033
表2 L9(34)正交实验结果
Table 2 Results of orthogonal test
变异来源 SS 自由度df 均方Ms F值 p
A 0.011 2 0.004 4.750 0.174
B 0.016 2 0.009 9.750 0.093
C 0.204 2 0.099 106.536 0.009
误差 0.02 2 0.001
总变异 10.468 9
表3 方差分析表
Table 3 Analysis of extraction rate of flavonoids
取时间与乙醇浓度则均未达到显著水平(p>0.05)。
2.4 最佳提取条件验证实验
在拟选定的最佳提取条件A3B2C3下进行3次重复
实验,所提取的总黄酮得率平均值为1.34%,大于正
交实验设计中的得率。故认为此正交实验得到的最
佳提取工艺条件是可靠的,且该工艺稳定可行。
2.5 不同干燥方法干燥的中华苦荬菜总黄酮得率测定
按照中华苦荬菜总黄酮的最佳超声提取条件,
分别测定真空冷冻干燥、红外干燥、阴干、烘干以及
晒干的中华苦荬菜中总黄酮得率,结果如图5所示。
真空冷冻干燥方式中的中华苦荬菜总黄酮得率
最高,为3.75%,晒干的中华苦荬菜总黄酮得率最低,
为0.74%,干燥效果依次为冻干>红外干燥>阴干>烘
干>晒干。由此可知,直射光线对总黄酮得率的影响
非常大,容易使总黄酮含量因氧化而使得率降低。真
空冷冻干燥中华苦荬菜在干燥前始终处于低温(冻
结状态),同时冰晶均匀分布于中华苦荬菜中,升华
过程不会因脱水而发生浓缩现象,避免了由水蒸气
产生泡沫、总黄酮的氧化等副作用,因此真空冷冻干
燥方式所得的总黄酮得率最高。红外干燥中华苦荬
菜内部水分的湿扩散与热扩散方向是一致的,从而
也就加速了水分内扩散的过程,也即加速了中华苦
荬菜的干燥进程,因此短时间内就可干燥结束中华
苦荬菜,从而避免总黄酮含量的降低。但是考虑到真
空冷冻干燥方式存在能耗高,干燥时间长等缺点,而
红外干燥具有干燥效率高,活性成分损失少等优点,
因此建议生产上采用红外干燥的方式,同样能得到
较高的总黄酮含量。
3 结论
在单因素实验基础上,通过正交实验确定了最
佳中华苦荬菜总黄酮超声提取的最佳提取工艺条件
为:超声提取时间60min,乙醇浓度60%,料液比1∶20。
此时总黄酮得率可达1.34%。用最佳提取条件分别对
真空冷冻干燥、红外干燥、自然阴干、烘干及自然晒
干的中华苦荬菜中的总黄酮得率进行测定,实验结
果表明真空冷冻干燥的中华苦荬菜总黄酮得率最
高,为3.75%,晒干的中华苦荬菜总黄酮得率最低,
为0.74%,不同干燥方式得率的大小依次为冻干
(3.75%)>红外干燥(2.84%)>阴干(1.56%)>烘干
(1.34%)>晒干(0.74%)。
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图5 干燥方式对得率的影响
Fig.5 Effects of drying methods on extraction rate
干燥方式
真空
冷冻
干燥
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0






%)
红外
干燥 阴干 烘干 晒干
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工 艺 技 术
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各因素对黄酮产率的响应面图见图5~图7。应用
Design-Expert 8.0.5软件求导可得,当液料比为26.83∶1
(mL/g)、微波功率为461.3W、提取时间为50s时,响应
值(产率)预测的最大值0.5521%[6,10-11]。
2.5 验证实验
根据二次回归的数学模型分析结果,最优条件
为液料比为26.83∶1(mL/g)、微波功率为461.3W、提取
时间为50s时,响应值(产率)预测的最大值为0.5521%。
考虑到实际操作性,对响应面二次回归所得最佳条
件进行修正,确定蚕豆种皮的最佳提取条件为:液料
比为27∶1(mL/g)、微波功率为460W、提取时间为50s。
为了验证响应面法的可行性,根据上述修正后条件,
再平行提取蚕豆种皮3份,测定总黄酮平均值为
0.5469%,将所得实测值与二项式拟合方程预测的最
大值进行比较,计算偏差,结果平均偏差为0.94%,偏
差较小,说明该模型有效。
3 结论
通过单因素与响应面优化实验,确定了蚕豆种皮
总黄酮提取的优化工艺条件为:液料比为27∶1(mL/g)、
微波功率为460W、提取时间为50s。在此工艺条件下
响应值(产率)预测的最大值为0.5521%,实验验证值
为0.5469%,偏差较小,因此响应面设计的结果较为
准确可靠,可用于微波辅助提取蚕豆种皮总黄酮工
艺条件的优化和预测。
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图5 料液比与微波功率对提取产率的响应曲面图
Fig.5 Three-dimensional response surface graph of liquid-solid
ratio,microwave power for extraction yield
B:微波功率(W) -1.00
0.55



%)
A:液料比(mL/g)
0.50
0.45
0.40
0.35
0.30
0.25
-0.50
0.00
0.50
1.00
-1.00
-0.50
0.00
0.50
1.00
图6 料液比与提取时间对提取产率的响应曲面图
Fig.6 Three-dimensional response surface graph of solid-liquid
ratio,extraction time for extraction yield
C:提取时间(s) -1.00
0.56



%)
A:液料比(mL/g)-0.50
0.00
0.50
1.00
-1.00
-0.50
0.00
0.50
1.00
0.54
0.52
0.50
0.48
0.46
0.44
0.42
图7 微波功率与提取时间对提取产率的响应曲面图
Fig.7 Three-dimensional response surface graph of microwave
power,extraction time for extraction yield
C:提取时间(s) -1.00
0.6



%)
B:微波功率(W)-0.50
0.00
0.50
1.00
-1.00
-0.50
0.00
0.50
1.00
0.5
0.4
0.3
0.2
(上接第243页)
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