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木豆叶总黄酮超声提取工艺优化研究



全 文 :郑菲艳,李爱萍,徐晓俞,等.木豆叶总黄酮超声提取工艺优化研究 [J].福建农业学报,2013,28 (11):1149-1153.
ZHENG F-Y,LI A-P,XU X-Y,et al.Study on the Ultrasonic Extraction Process of the Total Flavonoids in Pigeon Pea Leaves[J].Fujian
Journal of Agricultural Sciences,2013,28 (11):1149-1153.
木豆叶总黄酮超声提取工艺优化研究
郑菲艳1,3,李爱萍2,徐晓俞2,赖友辉3,郑开斌4
(1.福建农林大学食品科学学院,福建 福州 350002;2.福建省农业科学院作物研究所,
福建 福州 350003;3.福建森辉农牧发展有限公司,福建 长汀 366300;
4.福建省农业科学院甘蔗研究所,福建 漳州 363005)
收稿日期:2013-07-30初稿;2013-08-25修改稿
作者简介:郑菲艳 (1987-),女,硕士研究生,研究方向:农产品加工及贮藏工程 (E-mail:feiyan.zheng@foxmail.com)
通讯作者:郑开斌(1966-),男,博士,研究员,硕士生导师,主要从事作物品质育种与农产品天然产物研究(E-mail:kaibin118@163.com)
基金项目:福建省农业科技重大专项 (2012NZ0002);福建省区域科技重大项目 (2012N3015);福建省财政专项———福建省农业科学
院科技创新团队建设项目 (CXTD-1-1301);福建省农业科学院青年基金项目 (2012DG-7)
摘 要:研究超声法提取木豆叶总黄酮的提取工艺,通过单因素、L9 (34)正交实验,探讨超声时间、乙醇浓
度、料液比对木豆叶总黄酮得率的影响。结果表明,木豆叶总黄酮超声提取最佳条件为:超声时间20min,乙
醇浓度70%,料液比为1∶30,总黄酮得率达到3.65%。该检测方法稳定性高,重现性好,加样回收率为
99.01%~102.72%。
关键词:木豆叶;总黄酮;超声提取;提取工艺
中图分类号:S 529;S567.1+9 文献标识码:A
Study on the Ultrasonic Extraction Process of the Total Flavonoids in Pigeon Pea Leaves
ZHENG Fei-yan1,3,LI Ai-ping2,XU Xiao-yu2,LAI You-hui 3,ZHENG Kai-bin4
(1.College of Food Science,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou,Fujian 350002,China;
2.Corp Research Institute,Fujian Academy of Agricultural Sciences,Fuzhou,Fujian 350003,China;
3.Fujian Senhui Farming and Stock Breeding Development Co.,LTD,Changding,Fujian 366300,China;
4.Sugarcane Research Institute,Fujian Academy of Agricultural Sciences,Zhangzhou,Fujian 363005,China)
Abstract:Extracting total flavonoids in pigeon pea leaves by ultrasonic method.Analysis the factors which
ultrasonic extraction time,the concentration of ethanol and the solid-liquid ratio condition and L9 (34)orthogonal,
to find the optimal conditions of extraction of total flovonoids in pigeon pea leaves.From the orthogonal results of
ultrasonic extraction,the optimal conditions of extraction of total flavonoids in pigeon pea leaves are as folowing:
20min ultrasonic extraction 70%ethanol,1∶30solid-liquid ratio.With above extraction condition the yield of total
flavonoids is 3.65%.The average recovery of the detection method is 99.01%-102.72%,the method has excelent
stability and repeatability.
Key words:pigeon pea leaves;total flavonoids;ultrasonic extraction;extraction process
  木豆Cajanus cajun (L.)Millspaugh系豆科
木豆属多年生灌木植物,是迄今唯一的木本食用豆
类作物。木豆广泛分布于热带和亚热带地区,具有
耐旱、耐寒、耐瘠、生长快、易繁殖等特点,在我国主
要分布于云南、四川、江苏、福建、广东、台湾等
省[1-3]。在我国民间用木豆治疗外伤、烧伤感染和
褥疮等[4-6],还可用于镇痛、肝炎、结石、黄疸、小儿
水痘和糖尿病等症[7-8],且其消炎止痛功效优于水
杨酸。用木豆叶治疗股骨头坏死取得了很好的疗
效[9-10],在现代医药中以木豆叶为单味药的通络生
骨胶囊具有活血祛瘀,通络生骨的功效,已在临床应
用20多年[11]。药理学调查显示木豆叶中有效活性
成分主要是黄酮类和芪类化合物等[12-13]。黄酮类
化合物广泛存在于植物的各个部位,尤其是花叶部
位。木豆叶中黄酮类化合物种类繁多,因此总黄酮
含量成为木豆叶药用质量的重要指标。
福建农业学报28(11):1149~1153,2013
Fujian Journal of Agricultural Sciences
文章编号:1008-0384 (2013)11-1149-05
近年来,由于木豆叶优异的药用价值,学者们
对其展开了许多研究。关于木豆叶总黄酮含量方面
的研究较少。赵恩泽对木豆叶总黄酮测定方法进行
比较研究,确定了硝酸铝比色法为木豆叶总黄酮的
最佳测定方法,测得木豆叶黄酮含量为15.65
mg·g-1 [14]。刘中秋等以牡荆苷为对照品,用硝
酸铝比色法测定木豆叶总黄酮的含量为 0.86
mg·g-1 [15]。超声波提取活性物质是目前应用较
为广泛的提取技术,利用超声波辐射产生的机械粉
碎作用和空化效应增大物质分子运动频率和速度加
速植物细胞壁破裂,以利于物料中活性成分转移,
并充分溶于溶剂中。侯春莲[16]在木豆叶牡荆苷与
异牡荆苷提取纯化工艺及其抗菌活性的研究中,比
较了超声提取法,浸渍法,热回流法,索氏提取法
的提取效率,其中超声提取法效果最佳。本试验采
用超声提取木豆叶中的总黄酮,研究超声提取工艺
参数,旨在建立木豆叶超声提取工艺,为提高木豆
叶总黄酮得率提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 原料与试剂
原料:木豆叶,采自福建省农业科学院作物研
究所福州试验基地。
试剂:芦丁标准品,购自中国食品药品检定研
究院;乙醇、NaNO2、NaOH等试剂均为分析纯,
购自国药集团化学试剂有限公司;Al(NO3)3为分
析纯,购自天津市永大化学试剂有限公司。
1.2 设备与仪器
紫外可见分光光度计:T6新世纪 (北京普析
通用仪器有限责任公司),SB-5200DTDN超声波
清洗机 (宁波新芝生物科技股份有限公司),高速
冷冻离心机:Centrifuge5804R (eppendorf公司),
超纯水系统:arium 611DI(Sartorious stedim 公
司),电子天平:Denver TP-214 (丹佛仪器有限公
司),电热鼓风干燥箱:DHG-9240A (上海一恒科
学仪器有限公司)。
1.3 试验方法
1.3.1 供试溶液的制备 将采摘的木豆叶样品于
60℃烘干,粉碎,过80目筛网。称取一定量的样品
粉末于10mL离心管中,按一定比例加入一定浓度
乙醇,在30℃下超声提取,在10 000r·min-1下离
心5min,移取一定量离心后的上层提取液于5mL
容量瓶,按照显色方法显色,加与提取相同浓度乙
醇溶液定容,于最大波长510nm处测定吸光值,
计算含量。
1.3.2 对照品溶液的制备 测定方法原理:样品
中总黄酮的含量以芦丁为对照品测定,加入铝离子
试剂,同时控制适宜pH值,使黄酮化合物与铝盐
形成络合物,在可见光区能获得稳定的特征吸
收峰。
标准储备液的配制:精密称定干燥至恒重的芦
丁对照品0.025 2g于100mL容量瓶中,用乙醇定
容,摇匀,制备成0.252mg·mL-1的标准品储备
液。
1.3.3 溶液的显色[14] 精密移取0.2mL样品溶
液至5mL (具塞刻度)试管中,加5%亚硝酸钠
溶液0.3mL,摇匀,静置6min后,加10%硝酸
铝0.3mL,摇匀,静置6min。再加入4%氢氧化
钠溶液2mL,摇匀,静置10min,定容,即可。
1.3.4 标准曲线的绘制 分别精密量取对照品溶
液0、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、1.8 mL 按照
1.3.3项的显色方法显色后,定容至5mL,摇匀。
在510nm处测定吸光值,以吸光值 A为纵坐标,
质量浓度 (μg·mL
-1)为横坐标,得芦丁标准曲
线,见图1。对照品浓度为0~100μg·mL
-1线性
良好,用最小二乘法作线性回归,得芦丁浓度与吸
光值的回归方程和相关系数。其线性回归方程:A
=0.0101C-0.0030,R2=0.999 9 (其中C为芦
丁浓度,A为吸光值)。
图1 标准曲线
Fig.1 Standard curve
1.3.5 木豆叶总黄酮含量的测定 精密称取0.1g
木豆叶粉末,按照一定的料液比加入一定浓度的乙
醇超声提取,精确移取提取液0.2mL,按照2.3
项显色,在510nm 处[14]测定吸光值,并计算
含量。
算式:W=(C×V×n)×100%/(m×106),其
中:W 为样品中黄酮类物质得率/%;C为待测液黄
酮类物质质量浓度/(μg·mL
-1);V 为待测液体
积/mL;n为稀释倍数;m为木豆叶质量/g。
0511 福建农业学报 第28卷
2 结果与分析
2.1 木豆叶提取总黄酮单因素试验及分析
2.1.1 乙醇浓度对木豆叶总黄酮得率的影响 称
取0.1g木豆叶粉末,按照1∶20的料液比分别加
入50%、60%、70%、80%、90%的乙醇,超声提取20
min,分别测定不同乙醇浓度下的木豆叶总黄酮的
得率,结果见图2。
图2 乙醇浓度对木豆叶总黄酮得率的影响
Fig.2 Effect on the extraction rate of total flavonoids of
alcohol content in pigeon pea leaves
由图2可知,随着乙醇浓度的增加黄酮得率先
增大后减小,在乙醇浓度达到70%时,木豆叶的总
黄酮得率达到最大值。不同浓度的乙醇极性不同,
根据相似相溶原理,不同浓度的乙醇对物质的提取
存在影响。提高乙醇浓度可以增大提取剂对木豆叶
的渗透性,从而促进了黄酮类物质的溶解,提高总黄
酮得率;当乙醇浓度超过一定比例时,黄酮得率开始
下降。对乙醇浓度进行单因素方差分析,5个处理
间存在极显著差异(F0.01=7.01,F=24.23**)。对
5个处理进行多重比较(如表1)可知,处理间存在极
显著差异。超声提取的最适乙醇浓度为70%。
表1 超声时间对木豆叶总黄酮得率影响的方差分析
Table 1 Variance analysis of effect on the extraction rate of
total flavonoids of ultrasonic time in pigeon pea
leaves
变异来源
偏差
平方和
自由度 均方 F值 F0.05 F0.01
区组间 0.0  2  0.0  0.29  4.46  8.65
处理间 0.02  4  0.01  2.79  3.84  7.01
误差  0.02  8  0.0
总变异 0.04  14
2.1.2 超声时间对木豆叶总黄酮得率的影响 称
取0.1g木豆叶粉末,按照1∶20的料液比加70%
的乙醇,分别超声提取10、20、30、40、50min,
分别测定不同超声提取时间下的木豆叶总黄酮的得
率 (图3)。
图3 超声时间对木豆叶总黄酮得率的影响
Fig.3 Effect on the extraction rate of total flavonoids of
ultrasonic time in pigeon pea leaves
由图3可知,随着超声时间的延长,黄酮得率增
加,超声波空化和震荡作用有利于细胞内物质的溶
出,当处理时间达到20min时,从木豆叶中提取的黄
酮类化合物得率达到最大值,随着超声提取时间继续
延长,黄酮得率反而降低。从单因素方差分析表中可
知,在10~50min的时间范围内,超声时间对总黄酮
的提取无显著性影响。考虑到生产周期、设备损耗和
提取效率问题,提取时间以20min为宜。
2.1.3 料液比对木豆叶总黄酮提取率的影响  称
取0.1g木豆叶粉末,分别按1∶10、1∶20、1∶30、
1∶40、1∶50的料液比加入70%的乙醇,超声提
取20min,分别测定不同料液比下提取木豆叶黄
酮类化合物的得率,结果见图4。
图4 料液比对木豆叶总黄酮提取率的影响
Fig.4 Effect on the extraction rate of total flavonoids of the
solid-liquid ratio in pigeon pea leaves
由图4可知,随着料液比的增加,黄酮类物质
的得率先增大后减小,在料液比为1:30时黄酮类
物质的得率达到最大。经方差分析,料液比对总黄
酮的提取有极显著的影响 (F0.01 =7.01,F=
1511第11期 郑菲艳等:木豆叶总黄酮超声提取工艺优化研究
43.48**),对不同料液比处理进行多重比较,料
液比1∶20到1∶50之间总黄酮的得率无显著差
异,而均极显著高于料液比1∶10。从提取效果和
溶剂使用量综合考虑,提取木豆叶黄酮类物质的料
液比可适当降低,选择1∶20~1∶30为宜。
2.2 正交试验
2.2.1 正交试验设计 在单因素试验的基础上,
确定以木豆叶总黄酮得率为指标,综合考察超声时
间 (A)、乙醇浓度 (B)、料液比 (C)3个因素的
3个水平,进行L9 (34)正交试验,探讨不同提取
条件及其条件间的相互作用对木豆叶总黄酮得率的
影响。设计试验因素水平表 (表2)。
2.2.2 正交试验结果与分析 L9 (34)正交试验
结果见表3。
表2 试验因素水平
Table 2 Table for factor-level
水平
A超声时间
/min
B乙醇浓度
/%
C料液比
/(g·mL-1)
1  10  60  1∶20
2  20  70  1∶30
3  30  80  1∶40
表3 L9(34)正交试验结果
Table 3 The results of L9(34)orthogonal experiment
试验号
A超声时间
/min
B乙醇浓度
/%
C料液比
/(g·mL-1)
空列
黄酮得率
/%
1  1  1  1  1  3.03
2  1  2  2  2  3.44
3  1  3  3  3  3.38
4  2  1  2  3  3.11
5  2  2  3  1  3.43
6  2  3  1  2  3.37
7  3  1  3  2  3.07
8  3  2  1  3  3.30
9  3  3  2  1  3.39
K1  9.85  9.21  9.70  9.85
K2  9.91  10.17  9.94  9.88
K3  9.76  10.14  9.88  9.79
k1  3.28  3.07  3.23  3.28 Σ=29.52
k2  3.30  3.39  3.31  3.30
k3  3.25  3.38  3.29  3.26
R  0.05  0.32  0.08  0.04
由表3正交极差分析可知,影响木豆叶总黄酮
得率的主次顺序为:B>C>A,即乙醇浓度>料
液比>超声时间。超声提取木豆叶总黄酮的最佳工
艺条件为:A2B2C2,即超声时间20min,乙醇浓
度70%,料液比为1∶30。
2.4 最佳条件验证试验
按照最佳条件进行3次重复试验,即称取0.1g
木豆叶样品,按照1∶30的料液比加70%的乙醇,
超声提取20min,测定木豆叶片中总黄酮的含量
(表4)。由表4可知,在最佳条件下3次提取木豆
叶的总黄酮的平均含量为3.65%,结果与单因素试
验中优选结果一致,表明该优选工艺稳定可行。
表4 验证试验
Table 4 Verification tests
试验号 样品重量/g 吸光值 黄酮得率/%
1  0.1  0.488  3.65
2  0.1  0.492  3.68
3  0.1  0.486  3.63
平均 0.1  0.487  3.65
2.5 重现性试验
按照最佳条件下,提取木豆叶中的黄酮类物
质,显色,在510nm处测定吸光值,重复6次,
其方法重复性的RSD 为0.754%,表明重复性好
(表5)。
2.6 稳定性试验
精密量取供试溶液,按照显色体系反应完全
后,每隔15min记录1次吸光值,连续测定2h,
计算RSD值为3.360%,说明2h内稳定性良好
(表6)。
2.7 加样回收试验
在已知黄酮含量的3份供试溶液中加入适量标
准品溶液,显色,测定吸光值,计算其回收率为
99.01%~102.72%,平均回收率为100.80%,试
验过程中存在误差,包括操作中的偶然误差和仪器
造成的系统误差,本试验数据的回收率值于可接受
范围。RSD为1.84% (表7),说明该方法测定的
结果准确可靠。
 
表5 重现性试验 
Table 5 Repeatability experiments
编号 1  2  3  4  5  6 平均值 RSD/%
吸光度 0.495  0.488  0.492  0.486  0.487  0.486  0.489  0.754
2511 福建农业学报 第28卷
表6 稳定性试验
Table 6 Stability experments
编号 1  2  3  4  5  6  7  8  9 平均值 RSD/%
吸光度 0.487  0.478  0.468  0.461  0.454  0.449  0.449  0.445  0.443  0.459  3.360
表7 加样回收试验
Table 7 Sample recovery experiments
试验号
加入量
/mg
回收率
/%
平均回收率
/%
RSD/%
1  0.04  99.01
2  0.06  100.66  100.80  1.84
3  0.08  102.72
3 结 论
本研究以木豆叶为原料,采用超声方法提取样
品中的黄酮类物质,用紫外-可见分光光度法测定
其总黄酮的含量。通过单因素和正交试验讨论不同
提取条件对总黄酮提取率的影响,确定木豆叶总黄
酮提取的最佳工艺为:超声时间20min,乙醇浓
度70%,料液比为1∶30。按照最佳工艺提取木豆
叶总黄酮,其得率达到3.65%。通过对方法稳定
性,重现性,回收率的考察,确定该方法测定结果
准确可靠。
采用超声波法提取木豆叶黄酮类物质,操作方
便,省时高效,该研究的结果对改进提取工艺以提高
木豆叶黄酮类物质得率具有一定的参考性。乙醇浓
度和料液比对木豆叶黄酮得率有极显著性影响,若
采用超声提取木豆叶总黄酮,需要控制好乙醇浓度
和料液比,由于超声时间对木豆叶黄酮的提取无显
著性差异,因此在实际生产中,可以选择合适的超声
时间以减少能耗,提高效率,从而降低提取成本。
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(责任编辑:黄爱萍)
3511第11期 郑菲艳等:木豆叶总黄酮超声提取工艺优化研究