全 文 ：第 30卷第 6期
2010年 12月
林　产　化　学　与　工　业
ChemistryandIndustryofForestProducts
Vol.30 No.6
Dec.2010
超声波辅助萃取法提取乌药叶黄酮类
化合物的工艺研究
　　收稿日期:2010-05-27
　　基金项目:浙江工业大学重中之重学科开放研究基金资助项目(20050617)
　　作者简介:陈建军(1967-),男 ,浙江台州人 ,工程师 ,硕士 ,主要从事生物制药及其分离研究;E-mail:cjkey@126.com。
CHENJian-jun　　
陈建军 1 , 何国庆2
(1.台州职业技术学院 , 浙江 台州 318000;
2.浙江天台山乌药生物工程有限公司 , 浙江 天台 317000)
摘　要:　以乌药叶为原料 ,用均匀设计试验法优化了乌药叶总黄酮(FL)的超声波提取工艺 ,考
察了乙醇体积分数 、液固比 、超声波功率和超声波作用时间 4个因素对乌药叶总黄酮提取率的
影响 , 确立了乌药叶总黄酮的优化超声波提取工艺条件为:5g乌药叶粉 , 超声波作用时间
18min,超声波功率 250W, 乙醇体积分数 40%, 液固比 10∶1(mL∶g),测得乌药叶总黄酮得率为 2.13%。对超声波提取
进行了数学模拟 , 模拟值与试验结果吻合良好。
关键词:　超声波辅助萃取;乌药叶;黄酮类化合物
中图分类号:TQ91;R284.2　　　　　　文献标识码:A　　　　　　文章编号:0253-2417(2010)06-0102-05
Ultrasound-assistedExtractionofFlavonoidsfrom
LeavesofLinderaaggregata(Sims.)Kosterm
CHENJian-jun1 , HEGuo-qing2
(1.TaizhouVocationalTechnologyCollege, Taizhou318000, China;2.ZhejiangTiantaishanWuyao
BiologicalEngeneeringCo., Ltd., Tiantai317000, China)
Abstract:Ultrasound-assistedextractionofflavonoidsinleavesofLinderaaggregata(Sims.)Kosterm(FL)wasoptimizedbyan
uniformdesignexperiment.Theefectsofethanolvolumefraction, ratioofliquidtosolid, ultrasoundpowerandultrasound
treatmenttimeontheextractionyieldofFLwereinvestigated.Theoptimizedultrasound-assistedextractionwasdeterminedas
folows:5gleavesofFL, ultrasoundtreatmenttime18min, ultrasoundpower250W, ethanolvolumefraction40%, ratioofliquid
tosolid10∶1(mL∶g).Undertheseconditions, theextractionyieldofFLreached2.13 %.Mathematicalsimulationvalues
basedonultrasound-assistedextractionwasconsistentwithexperimentalvalues.
Keywords:ultrasound-assistedextraction;leavesofLinderaaggregata(Sims.)Kosterm;flavonoids
乌药叶为樟科山胡椒属植物乌药(Linderaaggregata(Sims.)Kosterm)的干燥叶 ,根据文献记载乌药
的叶 、根 、茎皆可入药 [ 1] ,乌药主要分布在长江中下游地区 ,主产于浙江 、安徽 、湖南 、广东 、广西。为研
究乌药叶抗病毒 、抗炎 、抑菌的有效成分和开发新药用资源 ,张朝凤等 [ 2-4]对乌药叶的化学成分进行了
研究 ,分离并鉴定了 18种化合物 ,主要为倍半萜类和黄酮醇及其苷类化合物 ,其中黄酮类化合物有 10
余种。作者以乙醇-水体系为浸提溶剂 ,考察相关因素对超声波辅助萃取效果影响 ,找出各个单因素较
好的水平范围 ,并进一步用均匀设计试验法对试验结果进行回归分析得出回归方程 [ 5-6] ,同时对回归方
程进行试验条件优化 ,以期得出最优提取条件 ,为工业化生产提供参考依据 。
1　实 验
1.1　原料和仪器
乌药叶购自浙江天台医药材公司 ,于 105℃干燥至质量恒定 ,粉碎至 0.25mm;芦丁对照品购自中
第 6期 陈建军 , 等:超声波辅助萃取法提取乌药叶黄酮类化合物的工艺研究 103　
国药品生物制品检定所 ,其他试剂为化学纯。 Spectrumlab54紫外-可见分光光度计 ,上海棱光技术有限
公司;JY92-I型超声波细胞粉碎机 ,宁波新兴科器研究所。
1.2　单因素试验
在固定其他因素不变的条件下 ,考察某一因素变化对总黄酮得率的影响 。
1.3　均匀实验　
在单因素试验的基础上 ,以总黄酮得率为指标 ,利用均匀设计试验 ,对超声波功率 、作用时间 、乙醇
体积分数和液固比等因素进行进一步的研究 ,以期得出回归方程。
1.4　测定方法
1.4.1　标准工作曲线的绘制　采用以芦丁为对照品的分光光度法 ,参照文献 [ 7]显色测定吸光度(A),
得到回归方程为:c(mg/L)=97.121A-2.921 3, r=0.999 7,回归方程在 4.00～62.00mg/L范围内呈线
性关系 。
1.4.2　样品的测定　乌药叶溶液稀释到一定倍数 ,吸取稀释液 1mL于 25mL容量瓶中 ,按上述方法显
色测定吸光度 ,计算出乌药叶提取液总黄酮的得率 。
乌药叶提取液总黄酮的得率:指每次在各种不同提取条件下提取的总黄酮的质量与原料乌药叶的
质量之比 ,则可由下式计算产品中总黄酮得率:
E=c×V×Nm×106 ×100 %
式中:E—总黄酮得率 , %;c—乌药叶总黄酮提取液的质量浓度 , mg/L;V—乌药叶总黄酮提取液的体
积 , mL;N—稀释倍数;m—原料质量 , g。
2　结果与讨论
2.1　单因素条件对总黄酮得率的影响
2.1.1　乙醇体积分数　超声波辅助提取中 ,称取过 0.25mm筛的乌药叶粉末 5g,设定超声波功率
200W,作用时间 8min,液固比 15∶1(mL∶g,下同),浸提温度为 40℃,乙醇体积分数对总黄酮得率的影
响见图 1(a)。从图 1(a)可以看出:随着乙醇体积分数的增加 ,总黄酮得率也增大 ,当乙醇体积分数达
到 80%时 ,黄酮类化合物溶解度最大 ,得率最高。而后 ,乙醇体积分数再增加 ,黄酮类化合物溶解度减
少;同时一些醇溶性杂质 、色素 、亲脂性强的成分溶出量增加 ,干扰因素随之增大 ,这些成分与黄酮类化
合物竞争同乙醇水分子结合 ,从而导致黄酮类化合物的得率下降 。这是由于黏度较小的溶剂有利于溶
质的传递 ,而超声波振动作用减小了溶剂黏度对传质的影响。综上考虑 ,乙醇体积分数在 80%左右较
为合适 。
2.1.2　液固比　固定乙醇体积分数为 80%,其他条件同 2.1.1节 ,液固比对总黄酮得率的影响见图 1
(b)。一般来说 ,液固比越大 ,即溶剂用量越大 ,提取物得率越大 ,故在此体系中稍大较好 ,以便充分分
散 ,促进提取 。实验结果显示当液固比达到 20∶1后 ,得率趋于稳定 ,此时提取物已基本提取完全 。且过
大的液固比会造成溶剂和能源的浪费 ,并给后序的浓缩工作带来困难 ,因此从降低成本等综合考虑 ,确
定液固比为 20∶1比较合理 。
2.1.3　超声波功率　固定乙醇体积分数为 60%,其他条件同 2.1.1节 ,超声波功率对总黄酮得率的影
响见图 1(c)。从图 1(c)可知:随着超声波功率的增大 ,总黄酮得率增加 ,在 200～ 250W时总黄酮得率
增加得比较快 ,以后逐渐减缓。这可能是由于随着功率增大 ,产生的热使溶质扩散加快 ,当温度达到一
定程度时 ,温度对传质效应的影响变小。在 250～ 300W,总黄酮得率增加不大 ,所以功率可能不是影响
提取的关键因素 。
2.1.4　超声波作用时间　固定乙醇体积分数为 70%,其他条件同 2.1.1节 ,超声波作用时间对总黄酮
得率的影响见图 1(d)。由图 1(d)可知:超声波提取在开始的 5min内 ,总黄酮得率快速增加 ,而后增加
的速度减慢 ,在 14min左右开始减少。这是因为刚开始时细胞内外溶质的浓度差很大 ,另外溶质从被
104　 林　产　化　学　与　工　业 第 30卷
破碎的外层组织细胞释放比从完整的内层释放容易得多 ,同时随着超声波作用时间的增加 ,超声波瞬间
产生大量的热和强烈的空化效应 ,可能对总黄酮的结构有一定的破坏作用 ,所以超声波作用时间不宜过
长 。
图 1　不同反应条件对总黄酮得率的影响
Fig.1　Effectsofdifferentreactionconditionsonflavonoidsyields
2.2　均匀试验结果
由单因素试验数据可设定各因素水平范围是:超声波功率 100～ 350W、超声波作用时间 2～ 24min、
乙醇体积分数 40%～90%、液固比 10∶1～35∶1(mL∶g),利用混合均匀设计表 U12(12×6×6×6)设计试
验方案 ,试验设计用表及结果如表 1所示 。
表 1　均匀设计试验方案及结果分析
Table1　Schemeandresultsanalysisofuniformdesignexperiment
试验号
No.
X1
超声波作用时间 /min
ultrasoundtimes
X2
超声波功率 /W
ultrasoundpower
X3
乙醇体积分数 /%
ethanolvolumefraction
X4
液固比(mL∶g)
liquidtosolidratio
Y
总黄酮得率 /%
yieldofflavonoids
1 2 150 50 35∶1 1.15
2 4 200 70 30∶1 1.21
3 6 300 90 25∶1 1.25
4 8 350 50 20∶1 1.59
5 10 100 70 15∶1 1.46
6 12 200 90 10∶1 1.71
7 14 250 40 35∶1 1.97
8 16 350 60 30∶1 1.62
9 18 100 80 25∶1 1.43
10 20 150 40 20∶1 1.81
11 22 250 60 15∶1 1.94
12 24 300 80 10∶1 1.73
运用 UniformdesignVersion2.1软件 ,对表 1中的试验数据进行全回归分析 ,回归方程中各系数值
见表 2～表 7。
试验设计采用 U＊n ,选用均匀设计表 U12 ,均匀设计偏差 D=0.261 8 。
表 2　回归方程中各系数的值
Table2　Coefficientvaluesofregressionequation
来源
sources
回归系数
regressioncoeficient
标准回归系数
standardregressioncoeficient
偏回归平方和
partialregressionsumofsquares
X1 9.22×10-2 2.45 0.198
X2 6.57×10-3 2.12 5.29×10-2
X
3 -4.22×10-3 -0.272 5.22×10-4
X4 -3.76×10-2 -1.21 2.31×10-2
X21 -2.64×10-3 -1.92 0.122
X22 -1.33×10-5 -1.95 4.47×10-2
X23 -2.02×10-5 -0.170 2.05×10-4
X24 6.39×10-4 0.939 1.40×10-2
常数 constant 1.08
第 6期 陈建军 , 等:超声波辅助萃取法提取乌药叶黄酮类化合物的工艺研究 105　
回归分析采用后退法 ,显著性水平 α=0.05,将所得试验数据经全回归分析 ,得出以总黄酮得率为
因变量 , 4因素水平值为自变量的回归方程:Y=1.08+9.22×10-2X1 +6.57×10-3X2 -4.22×10-3X3 -
3.76×10-2X4 -2.64×10-3X21 -1.33×10-5X22 -2.02×10-5X23 +6.39×10-4X24;复相关系数 R=0.992 8;
剩余标准差 S=6.34×10-2。
表 3　回归方程的显著性检验表
Table3　Significancetestofregressionequation
变异来源　
variationsources　
平方和
SS
自由度
df
均方
MS F
回归 regression 0.831 8 0.104 25.79
剩余 surplus 1.21×10-2 3 4.03×10-3 F(0.05, 8, 3)=8.845
总和 sum 0.843 11
由表 3可知 F值大于 F临界值 ,回归方程显著。
根据标准回归系数的绝对值可以看出:各因素对黄酮得率影响的主次顺序为:X1 (超声波作用时
间)>X2(超声波功率)>X4(液固比)>X3(乙醇体积分数),说明在所选定的 4个因素中 ,超声波作用
时间对总黄酮得率的影响最大 ,而乙醇体积分数对总黄酮得率的影响最小。
第 7方程项 X23对回归的贡献最小 ,对其进行显著性检验:检验值 F(7)=5.096×10-2 , 临界值 F
(0.05, 1 , 3)=10.13, F(7)≤F(0.05, 1, 3), 此方程项不显著 ,需要剔除。剔除不显著方程项 ,新建回归
方程:Y=1.19+9.09×10-2X1 +6.37×10-3X2 -6.58×10-3X3 -3.76×10-2X4 -2.59×10-3X21 -1.29×
10
-5X22 +6.40×10-4X24;复相关系数 R=0.992 7;剩余标准差 S=5.54×10-2 ,结果见表 4。
表 4　回归方程中各系数的值
Table4　Coefficientvaluesofregressionequation
来源
sources
回归系数
regressioncoeficient
标准回归系数
standardregressioncoeficient
偏回归平方和
partialregressionsumofsquares
X1 9.09×10-2 2.42 0.237
X2 6.37×10-3 2.05 6.50×10-2
X3 -6.58×10-3 -0.441 0.116
X4 -3.76×10-2 -1.21 2.31×10-2
X21 -2.59×10-3 -1.88 0.146
X22 -1.29×10-5 -1.89 5.47×10-2
X24 6.40×10-4 0.939 1.41×10-2
常数 constant 1.19
表 5　回归方程的显著性检验表
Table5　Significancetestofregressionequation
变异来源　
variationsources　
平方和
SS
自由度
df
均方
MS F
回归 regression 0.830 7 0.119 38.63
剩余 surplus 1.23×10-2 4 3.07×10-3 F(0.05, 7, 4)=6.094
总和 sum 0.843 11
由表 5可知 F值大于 F临界值 ,回归方程显著。
第 7方程项 X24对回归的贡献最小 ,对其进行显著性检验:检验值 F(7)=4.579,临界值 F(0.05,
1, 4)=7.709, F(7)≤F(0.05, 1, 4),此方程项不显著 ,需要剔除。
第 2次剔除不显著项 ,新建回归方程:Y=0.794+8.82×10-2X1 +7.69×10-3X2 -6.84×10-3X3 -
8.81×10-3X4 -2.48×10-3X21 -1.58×10-5X22;复相关系数 R=0.984 2;剩余标准差 S=7.26×10-2 ,结果
见表 6。
106　 林　产　化　学　与　工　业 第 30卷
表 6　回归方程中各系数的值
Table6　Coefficientvaluesofregressionequation
来源
sources
回归系数
regressioncoeficient
标准回归系数
standardregressioncoeficient
偏回归平方和
partialregressionsumofsquares
X1 8.82×10-2 2.34 0.227
X2 7.69×10-3 2.48 0.118
X3 -6.84×10-3 -0.441 0.116
X4 -8.81×10-3 -0.284 3.59×10-2
X21 -2.48×10-3 -1.81 0.137
X22 -1.58×10-5 -2.32 0.104
常数 constant 0.794
表 7　回归方程的显著性检验表
Table7　Significancetestofregressionequation
变异来源　
variationsources　
平方和
SS
自由度
df
均方
MS F
回归 regression 0.816 6 0.136 25.83
剩余 surplus 2.63×10-2 5 5.27×10-3 F(0.05, 6, 5)=4.950
总和 sum 0.843 11
由表 7可知 F值大于 F临界值 ,回归方程显著。
第 4方程项 X4对回归的贡献最小 ,对其进行显著性检验:检验值 F(4)=6.819, 临界值 F(0.05,
1, 5)=6.608, F(4)>F(0.05, 1, 5),此方程项显著 。
将所得的实验数据经 3次全回归分析 ,得出以总黄酮得率为因变量 , 4因素的水平值为自变量的回
归方程:Y=0.794+8.82×10-2 X1 +7.69×10-3X2 -6.84 ×10-3X3 -8.81 ×10-3 X4 -2.48×10-3 X21 -
1.58×10-5X22;复相关系数 R=0.984 2;剩余标准差 S=7.26×10-2。
试验优化:运用 UniformdesignVersion2.1采用网格法对回归方程进行实验条件优化 ,经分析最
优条件为:超声波作用时间为 17.75min,超声波功率 243.6W,乙醇体积分数为 40%,液固比 10∶1
(mL∶g),此时的指标预期最大值为 2.15%±0.187%。
其他参数不变 ,在优化的工艺参数取整数条件下做验证实验 ,即超声波作用时间为 18min,超声波
功率为 250W,乙醇体积分数为 40%,液固比 10∶1(mL∶g),得到的总黄酮得率为 2.13%,与回归的指
标预期值偏差不大。
3　结 论
3.1　在单因素试验的基础上 ,采用均匀实验设计对结果进行优化 ,得出超声波辅助萃取提取乌药叶总
黄酮的最佳工艺条件为:5g乌药叶粉 ,超声波时间 18min,超声波功率 250W,乙醇体积分数为 40%,
液固比 10∶1(mL∶g),采用一次超声波辐射浸提 ,此时总黄酮得率为 2.13%。
3.2　超声波可以强化乙醇浸提效果 ,达到省时 、节能的目的 ,是一条较为理想的提取黄酮类物质的途
径 ,具有一定的应用前景。
参考文献:
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