全 文 :
第32卷 第6期
2011年12月
青 岛 科 技 大 学 学 报(自然科学版)
Journal of Qingdao University of Science and Technology(Natural Science Edition)
Vol.32No.6
Dec.2011
文章编号:1672-6987(2011)06-0630-05
正交试验法优选槐米中黄酮的超声波提取工艺
赵东维1,包木太1,张吉祥2,王丽娜1
(1.中国海洋大学 化学化工学院,山东 青岛266100;2.廊坊师范学院 化学与材料科学学院,河北 廊坊065000)
摘 要:采用正交实验法,利用超声提取技术,优选槐米中提取黄酮的最佳工艺条件。以
黄酮的乙醇浸提液在可见光区503nm处的吸光度为考察指标,应用正交实验法对提取
过程中超声功率(A)、提取时间(B)、乙醇浓度(C)、料液比(D)4个因素进行优选研究。结
果表明,乙醇浓度与超声波的功率对槐米中黄酮的提取率的影响较为显著,最佳工艺条件
为超声功率450W,提取时间40min,乙醇体积分数70%,料液比为1∶50。在此优化条
件下槐米中黄酮的提取率达到46.31%。
关键词:黄酮;槐米;正交试验
中图分类号:TS 202.3 文献标志码:A
Optimizing the Extraction of Flavonoids from Sophora
Japonica by Orthogonal Design
ZHAO Dong-wei 1,BAO Mu-tai 1,ZHANG Ji-xiang2,WANG Li-na1
(1.Colege of Chemistry and Chemical Engineering,Ocean University of China,Qingdao 266100,China;
2.Faculty of Chemistry and Material Science,Langfang Teachers’Colege,Langfang 065000,China)
Abstract:The optimum technology for ultrasonic-assisted extraction of flavonoids from
sophora japonica was investigated in this paper.The absorbency of flavonoids solution at
the wavelength of 503nm which was considered as research index of the extraction yield
was measured by spectrometry.The orthogonal test was conducted to evaluate the
effects of four factors including the ultrasonic power(A)、extraction time(B)、ethanol
concentration(C)、material/solvent ratio(D)on the extraction yield of flavonoids.The
results showed that the ethanol concentration and ultrasonic power had significant
effects on the yield of flavonoids.The parameters of the extraction process were opti-
mized to be ultrasonic power of 450W,extraction time of 40min,the ethanol concen-
tration of 70%,and the material/solvent ratio of 1∶50.The extraction yield of fla-
vonoids from sophora japonica reached at 46.31%under the optimized conditions.
Key words:flavonoid;sophora japonica;orthogonal design
收稿日期:2011-09-08
基金项目:山东省科技发展计划项目(2011GGE29007);青岛市应用基础研究计划项目(09-1-3-17-jch).
作者简介:赵东维(1986—),女,硕士研究生.
槐米系豆科属植物槐树(Sophora)的花蕾,
中医临床上作为止血药,治疗痔疮、子宫出血、吐
血、鼻出血,并有清肝泻火、治疗肝热目赤、头痛眩
晕的功效[1]。药理研究表明,它能保持毛细血管
正常的抵抗力,降低血管通透性,可使因脆性增加
而出血的毛细血管恢复正常的弹性,还有抗炎,解
痉等作用[2]。芦丁的药用价值开发利用较早,但
芦丁与其苷元槲皮素均难溶于水,为了改善其在
DOI:10.16351/j.1672-6987.2011.06.014
第6期 赵东维等:正交试验法优选槐米中黄酮的超声波提取工艺
水中的溶解性状,增强其药理活性,科研人员对其
进行了长期而又有效的研究包括化学结构的改
造、衍生物、复合物的制备、无机酸酯盐以及环糊
精包合物和共沉淀物的研制等[3]。
为了提高芦丁的提取效率,避免资源浪费,摸
索一种芦丁的提取方法显得尤为重要。目前,可
采用的提取方法有浸渍法、有机溶剂提取法、碱提
酸沉法、连续萃取法和微波法等[4],其中最常用且
工艺比较成熟的是石灰水法,但该方法存在所需
条件较高且产品纯度不够等缺点[5]。近年来,超
声波技术[6-9]在天然产物提取中已显示出巨大的
优势,利用超声波产生的强烈振动、空化效应、搅
拌作用等[10]可以加速植物有效成分进入溶剂,提
高提取率,缩短提取时间,节省溶剂,简化提取操
作步骤。
本研究以槐米为原料,采用超声波技术对槐
米总黄酮的提取方法进行了探讨。本实验采用正
交试验法,获得了使产品的质量得到保证的提取
条件,为改进槐米总黄酮的提取工艺提供了有价
值的参考。
1 实验部分
1.1 材料
槐米是豆科植物槐树(Sophora japonica)的
干燥花蕾及花,本实验采购于廊坊市药店。芦丁
标准品,金测分析技术(天津)有限公司。实验过
程中所用乙醇、氢氧化钠、三氯化铝、亚硝酸钠均
为分析纯试剂。
1.2 仪器
超声波清洗器,SK8200HP型,上海科导超
声有限公司;可见分光光度计,722N型,上海精密
科学仪器有限公司;电子天平,FA1604N型,上海
精密科学仪器有限公司;循环水式多用真空泵,
SHB-Ⅲ型,郑州长城科工贸有限公司;旋转蒸发
器,RE-52A型,上海亚荣生化仪器厂;中草药粉
碎机,天津市泰斯特仪器有限公司;真空干燥箱,
ZK-82B型,西安唯信检测设备有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 吸收波长和标准曲线的绘制
精密称取芦丁标准品20mg溶解,用体积
分数50%的乙醇水溶液配置成50mL溶液(浓
度为0.42mg·mL-1),移取芦丁溶液1.00
mL于25mL容量瓶中,加入5mL蒸馏水后摇
匀,然后按顺序依次加入显色剂:1.00mL质
量分数5%的 NaNO2溶液,摇匀静置6min;
1.00mL质量分数10%的 AlCl3溶液,摇匀静
置6 min;加 入 10.00 mL 质 量 分 数 5% 的
NaOH溶液,加水至刻度,摇匀,静置15min。
以1.00mL体积分数50%的乙醇溶液作为空
白试样,在其最大吸收波长503nm处进行紫
外-可见吸收光谱测定。
精密称取芦丁标准品20mg溶解,用体积分
数50%的乙醇水溶液配置成50mL溶液。分别
移取芦丁溶液0,0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0mL
至25mL容量瓶中,依次加入蒸馏水6.0,5.5,
5.0,4.5,4.0,3.5,3.0mL,摇匀后,按顺序依次
加入显色剂,在503nm处测定吸收度,绘制芦丁
的标准曲线[11]。
1.3.2 浸提条件的选择
首先用单因素实验方法对影响槐米中提取黄
酮提取率的4个因素即超声波功率、浸提时间、浸
提剂的浓度、料液比进行考察,然后采用正交试验
法对提取黄酮的工艺条件进行优化。用分光光度
计测定503nm 处吸光度值,作为黄酮提取率的
指标。
1.3.2.1 超声波功率的选择
准确 称 取 5 份 粉 碎 的 槐 米 中 样 品 各
0.500 0g置于250mL锥形瓶中,加入100mL
体积分数50%的乙醇溶液作为溶剂,控制温度为
35℃,设定超声波功率分别为250,300,350,400,
450W,超声提取15min,浸提液经减压抽滤,然
后精密吸取溶液1mL至25mL容量瓶中,加入
5mL水摇匀。依次加入显色剂后定容至刻度,在
503nm处进行吸光度测定。
1.3.2.2 浸提时间的选择
准确称取5份粉碎的槐米样品各0.500 0g
置于250mL锥形瓶中,加入100mL体积分数
50%乙醇溶液作为溶剂,控制温度为35℃,设定
超声波功率350W,分别控制提取时间10,20,
30,40,50min进行超声提取。浸提液经减压抽
滤,按照同样的方法进行显色,吸光度在503nm
处进行测定。
1.3.2.3 浸提剂浓度的选择
准确 称 取 5 份 粉 碎 的 槐 米 中 样 品 各
0.500 0g置于250mL锥形瓶中,分别加入100
mL乙醇溶液作为溶剂,控制乙醇体积分数为
40%,50%,60%,70%,80%,控制温度为35℃,
设定超声波功率350W,时间15min。浸提液经
136
青 岛 科 技 大 学 学 报(自然科学版) 第32卷
减压抽滤,然后精密吸取溶液1mL至25mL容
量瓶中,加入水5mL摇匀,按照同样的方法进行
显色,在503nm处进行吸光度的测定。
1.3.2.4 料液比的选择
准确称5份粉碎的槐米样品各0.500 0g置
于250mL锥形瓶中,分别加入体积分数50%的
乙醇溶液10,15,20,25,30mL作为溶剂,控制温
度为35℃,设定超声波功率350W,时间15min,
进行超声提取。浸提液经减压抽滤,定容至
50mL,然后精密吸取溶液1mL至25mL容量
瓶中,加入水5mL摇匀,按照同样的方法进行显
色,在503nm处进行吸光度的测定。
1.3.3 最佳工艺条件的选择
为获得以乙醇作为提取剂,超声波辅助浸提
槐米中黄酮的最佳工艺条件,在单因素实验的基
础上,以超声波功率、提取时间、乙醇浓度、料液比
4个条件为考察因素,以浸提液在503nm处的吸
光度为考察目标,采用L9(34)正交表进行正交试
验设计,以确定最佳提取条件。
1.3.4 槐米中黄酮提取率分析以及提取的粗品
中黄酮纯度的分析
1.3.4.1 槐米中黄酮提取率分析
精密称取干燥的槐米5.000 0g,按照上述得
到的最佳条件进行提取,得到黄酮的粗产品。真
空干燥后,称其质量。
1.3.4.2 粗产品中黄酮含量的测定
精密称取干燥后的粗黄酮0.052 2g,用体
积分数70%的乙醇溶解至50mL,然后精密吸取
溶液1mL至25mL容量瓶中,加入水5mL摇
匀,按照同样的方法进行显色,在503nm处测定
吸光度。同时做3份平行试验,另以1.00mL水
溶液做同样操作,作空白对照,进行紫外-可见光
吸收光谱扫描。通过测得的标准曲线计算得到粗
品黄酮中含量。
2 结果与分析
2.1 标准曲线的绘制结果
根据标准品在400~800nm 波长范围内扫
描,吸收图谱在503nm处有最大吸收峰,故选定
503nm处测定芦丁吸光度。以吸光度为纵坐标、
芦丁质量浓度为横坐标绘制标准曲线,所得标准
曲线见图1。回归方程为Y=-0.002 64+9.848
21 X,R=0.999 82,芦丁质量浓度在0.01~0.05
mg·mL-1内具有良好的线性关系。
图1 芦丁标准曲线
Fig.1 Standard curve of rutin
2.2 浸提条件对槐米中黄酮提取率的影响结果
2.2.1 超声波功率对黄酮提取率的影响
超声功率对槐米黄铜提取的影响见图2。从
图2可知,随着超声波功率的增大,黄酮的提取率
逐渐增大。当超声波功率为400W 时,提取率最
高。这主要是由于提取包括扩散、渗透、溶解等过
程,而这些过程都是随着超声波功率的增大而增
大的,从而使提取的物质比较完全。但是当功率
达到400W 后,提取率反而呈下降趋势,这主要
是因为扩散达到平衡时,即使再增大超声功率,提
取率也不再增大,甚至会出现下降趋势。因此选
定350,400,450W作为正交试验的3个水平。
图2 超声波功率对槐米黄酮提取的影响
Fig.2 Influence of ultrasonic power to
flavonoids in sophora japonica
2.2.2 浸提时间对槐米中黄酮提取率的影响
浸提时间对槐米黄铜提取的影响见图3。从
图3可知,随着超声波浸提时间的增加,槐米中黄
酮提取率逐渐升高,当浸提时间为40min时,黄
酮的提取率最高,当超过40min后黄酮的提取率
反而降低。理论上超声时间越长,应获得更高的
提取率,但是长时间的超声过程,会使原料粉碎成
较细的颗粒而透过滤纸,影响含量测定,并且长时
间的处理过程也会导致溶剂大量挥发,从而影响
236
第6期 赵东维等:正交试验法优选槐米中黄酮的超声波提取工艺
黄酮的提取率。同时提取的黄酮容易被空气中氧
气氧化,时间越长黄酮被氧化的量就越大,从而也
会使检测的黄酮的提取率偏低。综合以上各方面
因素以及从时间效益考虑宜选定超声提取时间
30,40,50min作为正交试验的3个水平。
图3 浸提时间对槐米黄酮提取的影响
Fig.3 Influence of extraction time to
flavonoids in sophora japonica
2.2.3 浸提剂乙醇浓度对黄酮提取率的影响
乙醇体积分数对槐米黄铜提取率的影响见图
4。从图4可知,随着乙醇体积分数的增加,槐米
中黄酮提取率逐渐升高,主要是因为浸提剂浓度
的增大,所提取的黄酮物质溶解在溶剂中的量增
大,说明较高的乙醇体积分数有利于黄酮的提取
率的增大。但是当乙醇体积分数超过50%时提
取率下降,当乙醇体积分数达到60%时提取率最
低。主要是因为高浓度乙醇使其醇溶性杂质的溶
出增多,有效成分溶出反而减少,从而使黄酮提取
率的降低。因此选定提取的乙醇体积分数为
50%,60%,70%作为正交试验的3个水平。
图4 乙醇体积分数对槐米中黄酮提取率的影响
Fig.4 Influence of ethanol concentration to
flavonoids in sophora japonica
2.2.4 料液比对黄酮提取率的影响
料液比是提取过程中的一个重要因素,直接
影响到黄酮的溶出。料液比对槐米黄铜提取的影
响见图5。从图5可知,黄酮提取率随着料液比
的减小而增大,当料液比为1∶50时达到最高值。
这是由于当料液比较大时即萃取剂用量少、料液
两相间的浓度差小、传质推动力比较小时,会使萃
取不完全,从而使得黄酮的提取率较低。
图5 料液比对槐米黄酮提取的影响
Fig.5 Influence of material/solvent ratio to
flavonoids in sophora japonica
随着萃取剂用量不断增加,传质推动力增大,
因而芦丁的提取率也逐渐增大。但是当料液比继
续减小时,黄酮的提取率反而降低,这主要是因为
溶剂体积的增大,使得萃取出的黄酮浓度没有随
比例的增大而升高,因而萃取的黄酮总量变化不
大,而萃取液中黄酮的浓度反而降低。为了节省
原料并且使槐米中黄酮提取率达到较高的水平,
故选定1∶40、1∶50、1∶60作为正交试验的3个
水平。
2.2.5 最佳工艺条件的选择
采用L9(34)正交表进行正交试验设计,见表
1,测定浸提液吸光度作为提取指标,以确定最佳
提取条件,结果见表2。
表1 L9(34)正交因子水平表
Table 1 Orthogonal factor level table L9(34)
水平
A
提取功率
/W
B
提取时间
/min
C
φ(乙醇)
/%
D
料液比
/(g·mL-1)
1 350 30 50 1∶40
2 400 40 60 1∶50
3 450 50 70 1∶60
由表2可知,以上4个因素对槐米中黄酮提
取率的影响大小依次为:乙醇浓度(C)>提取功
率(A)>料液比(D)>提取时间(B),乙醇浓度和
超声波功率的影响最显著。对于A因素有∑A3>
336
青 岛 科 技 大 学 学 报(自然科学版) 第32卷
∑A2>∑A1,对于B因素有∑B3>∑B2>∑B1,
对于C因素有∑C3>∑C2>∑C1,对于D因素
有∑D2>∑D3>∑D1。由此可知超声提槐米中
黄酮的最佳条件为:料液比为1∶50,乙醇体积分
数70%,提取时间50min,超声功率450W。
表2 L9(34)正交试验结果与分析
Table 2 Results and analysis of orthogonal test
序号
提取功率
(A)
提取时间
(B)
乙醇浓度
(C)
料液比
(D)
吸光度
1 1 1 1 1 0.274
2 1 2 2 2 0.468
3 1 3 3 3 0.502
4 2 1 2 3 0.439
5 2 2 3 1 0.450
6 2 3 1 2 0.433
7 3 1 3 2 0.525
8 3 2 1 3 0.462
9 3 3 2 1 0.493
∑1 1.244 1.238 1.169 1.217
∑2 1.322 1.38 1.3 1.426
∑3 1.48 1.428 1.477 1.403
R 0.236 0.19 0.308 0.209
按A3B3C3D2条件进行3次平行试验,浸提液
吸光度的平均值为0.575。由此可见,该实验条
件下槐米黄酮的提取率高于表1中任一实验结
果,故该优化条件A3B3C3D2为最佳选择。
2.2.6 槐米中黄酮提取率和粗品中黄酮纯度的
分析
张黎明等[12]应用超声辅助碱溶酸沉法萃取
槐米总黄酮得到的最佳条件为:固定超声频率
20kHz,固液比(g·mL-1)1∶10,按槐米质量的
2%加入硼砂,提取液的pH为9,提取温度45℃,
超声波功率为100W,超声作用时间30min。在
此条件下,槐米中总黄酮的得率为18.8%,总黄
酮含量为91.2%。
按照上述最佳条件进行槐米中黄酮的提取,
得到黄酮的粗产品经真空干燥后,质量为0.961 5
g,提取率为19.23%。通过标准曲线计算得到粗
品中黄酮的含量为91.55%,说明超声波条件下
黄酮的提取率较高。
3 结 论
利用超声波对槐米中黄酮进行辅助提取,该
工艺具有省时、高效、节能等优点,极大地降低了
提取时间,而结果也表明槐米中黄酮的提取率得
到显著提高。通过正交试验法对槐米中黄酮的提
取工艺进行优化,确定了最佳工艺条件分别为超
声功率450W,提取时间为50min,乙醇的浓度
为70%,料液比为1∶50。在最优化条件下,槐米
中粗黄酮的提取率可以达到19.23%,粗黄酮中
的黄酮的含量为91.55%,说明此方法具有较高
的可行性以及较好的应用前景,为实际生产提供
了一定的理论依据。
(本文获“齐鲁研究生学术论坛”优秀论文二等奖)
参 考 文 献
[1]郭丽冰.芸香苷的提取、分离和鉴定[M].北京:中国医药科
技出版社,1998:45.
[2]罗集鹏.生药学[M].北京:中国医药科技出版社,1996:
222.
[3]张浩义,江泉,金辉.微波法提取槐花米中芦丁[J].华西药
学杂志,2004,19(1):37.
[4]舒晓宏,冯梅,陈华.槐花米中芦丁提取最佳PH值的实验
研究[J].大连医科大学学报,2005,27(2):91.
[5]张来新.槐花米中芦丁的提取[J].山西化工,2002,22(1):
17.
[6]陈健姿,李焕丹.妇炎宁合剂中芦丁的含量测定[J].广东药
学院学报,2005,21(23):262.
[7]王立娟,李坚,张丽君.微波法提取槐米中芦丁的工艺条件
[J].东北林业大学学报,2003,31(3):36-37.
[8]季梅,季强.槐米中芦丁的提取工艺研究[J].山东医药,
2002,42(33):40-41.
[9]史振民,张祝莲,杨文选.超声法提取芦丁操作条件的最佳
选择上[J].延安大学学报:自然科学版,1999,18(3):46-
49.
[10]霍丹群,张文,李奇琳.超声波法与热提取法提取山檀总黄
酮的比较研究中成药[J].中成药,2004,26(12):1063-
1065.
[11]邵伟,王大庆,米广太.芦丁-β-环糊精包合物的研究[J].
中药材,1998,21(1):31.
[12]张黎明,尹东剑,赵希,等.超声辅助萃取条件对槐米总黄
酮提取效果的影响[J].天津科技大学学报,2009,24(5):
18-21.
(责任编辑 林 琳)
436