微波輔助提取黃芩黃酮的工藝優(yōu)化

1、工藝技術(shù) 食品科學 2008, Vol.29, No.09 215微波輔助提取黃芩黃酮的工藝優(yōu)化梁 英1，任成才1，韓魯佳2（1. 黑龍江八一農(nóng)墾大學文理學院，黑龍江 大慶 163319；2. 中國農(nóng)業(yè)大學 現(xiàn)代精細農(nóng)業(yè)系統(tǒng)集成研究教育部重點實驗室，北京 1000831摘 要：目的：利用ETHOS T密閉式微波消解-萃取系統(tǒng)優(yōu)化黃芩黃酮提取工藝。方法：通過二次旋轉(zhuǎn)組合試驗研究了乙醇濃度、浸提溫度、浸提時間和液固比對黃芩黃酮浸提率的影響。結(jié)果：建立了黃芩黃酮浸提率與各因素之間關(guān)系的數(shù)學模型；用約束復合形法確定了優(yōu)化工藝參數(shù)，即乙醇濃度為47.9%、浸提溫度為88.3，浸提時間為3.4min ，液

2、固比為25.0ml/g，此條件下黃酮的浸提率為97.52%；利用顯微分析技術(shù)研究了微波對植物細胞壁的影響，發(fā)現(xiàn)微波對植物樣品具有生物效應。結(jié)論：微波輔助浸提具有浸提效率高、選擇性強，重現(xiàn)性好、操作簡單、節(jié)省時間和安全等優(yōu)點，適合于從黃芩中浸提黃酮類化合物。關(guān)鍵詞：微波輔助浸提；黃芩；黃酮化合物；優(yōu)化Optimization of Microwave-assisted Extraction Technique of Flavonoids from Scutellaria radixLIANG Ying 1，REN Cheng-cai1，HAN Lu-jia2(1. College of Arts

3、 and Science, Heilongjiang August First Land Reclamation University, Daqing 163319, China；2. Key Laboratory of Modern Precision Agriculture System Integration, Ministry of Education, China Agricultural University,Beijing 100083, ChinaAbstract: Objective: Airtight digestion/extraction system was adop

4、ted to carry out optimization of microwave-assisted extractiontechnique of flavonoids from Scutellaria radix. Methods: The microwave-assisted extraction (MAE conditions were optimized with4-factor quadratic orthogonal regression tests and the regression equations concerning ethanol concentration, te

5、mperature, time andliquid-solid ratio were educed. Results: The optimal technologic parameters are: ethanol concentration 47.9%, extraction time 3.4min, extraction temperature 88.3, liquid-solid ratio 25.0 ml/g, and the highest the extraction rate of flavonoids is 97.52%.Conclusions: Microanalytical

6、 technique was used in studying effects on plant cell wall by microwave, and it was found thatmicrowave has biological effects on plant samples. MAE has characteristics of high efficiency and selectivity, good repetitionand saving time, and it is appropriate for extracting flavonoids from Scutellari

7、a radix. Key words: microwave-assisted extraction；Scutellaria radix；flavoniods ；optimization中圖分類號：S377 文 獻標識碼： A 文章編號：1002-6630(200809-0215-03黃芩是一種常用中草藥，黃芩甙、黃芩素、漢黃芩甙等黃酮化合物是黃芩的主要有效成分，它們具有廣泛的藥理作用1。黃芩黃酮的提取多采用水提酸沉法2-3，其時間長、能耗大、效率較低、產(chǎn)品純度不高。微波輔助提取能強化提取過程、縮短生產(chǎn)周期、減少能源和溶劑的消耗以及廢物的產(chǎn)生，提高目標成分的提取率和純度，是一種頗具前瞻性的綠色環(huán)

8、保新技術(shù)。近年來，國內(nèi)外已將微波輔助提取技術(shù)應用于天然藥物活性成分的提取4-6。將微波提取技術(shù)應用于黃芩中黃芩苷或總黃酮的提取已有報道7-8，但這些研究只局限于單因素試驗或是正交試驗，所得優(yōu)化工藝不能用于預測。本實驗將應用微波技術(shù)，通過二次旋轉(zhuǎn)組合試驗，探討各因素對黃芩黃酮浸提率的影響，建立因素與浸提率關(guān)系的數(shù)學模型，應用約束復合形法確定優(yōu)化工藝參數(shù)，利用顯微技術(shù)探討微波輔助提取的機理，從而為天然植物有效成分的高效快速提取提供參考和理論依據(jù)。收稿日期：2008-05-20基金項目：國家科技攻關(guān)資助項目(2004BA514A17-3 ；黑龍江省教育廳資助項目（11213071）； 黑龍江八一農(nóng)墾

9、大學博士基金資助項目216 2008, Vol.29, No.09 食品科學 工藝技術(shù)1 材料與方法1.1材料與試劑黃芩藥材 海淀醫(yī)藥經(jīng)營公司，為唇齒科植物黃芩(Scutellaria baicalensis Georgi的干燥根，黃芩黃酮含量18.48%；黃芩甙、黃芩素和漢黃芩素標準品(含量均大于99.0% 日本和光純藥工業(yè)株式會社；甲醇(色譜純 美國Water 公司。1.2儀器與設(shè)備ETHOS T型微波消解/萃取系統(tǒng) 意大利Milestone 公司；高效液相色譜系統(tǒng)(配有可變波長紫外可見檢測器和南寧市威瑪龍WML-2001通用型色譜工作站 日本日立公司； DH-2光學顯微鏡 日本奧林帕斯公

10、司。1.3 方法22.1結(jié)果與分析回歸模型的建立與統(tǒng)計分析將試驗所得數(shù)據(jù)，即黃芩黃酮浸提率，進行多元回歸分析，建立二次回歸數(shù)學模型，經(jīng)對回歸模型的方差分析、F 檢驗及驗證后，確認有效(不顯著因素已剔除 。=63.230.4819x 12.6769x 27.242x 3y=y1.343x 40.004848x 1x 20.01596x 1x 40.01367x 221.067x 320.0390x 422.2 黃芩黃酮含量測定：采用HPLC 法9。黃芩黃酮浸提率計算：黃酮浸提率(% =浸提液中黃芩黃酮量黃芩原料中黃芩黃酮量×100為探討各浸提因素對黃芩黃酮浸提率的影響，確定最佳浸提工藝

11、參數(shù)，在單因素試驗的基礎(chǔ)上10，將微波功率定為600 W，顆粒粒度定為40目，以乙醇濃度X 1、浸提溫度X 2、浸提時間X 3和液固比X 4為試驗因素，運用四因素二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計，進行36次試驗，因素水平選擇及編碼結(jié)果見表1。表1 黃芩黃酮浸提二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗設(shè)計因素水平編碼表Table 1 Factors and levels of quadratic orthogonal rotationcombination design for extracting flavonoids from Scutellaria radix圖1 and liquid-solid ratio on

12、extraction rate of flavonoids由圖1可看出，乙醇濃度對浸提率的影響最大，其次是液固比和浸提溫度，浸提時間對浸提率的影響最小。隨乙醇濃度的增大，浸提率先提高后降低，乙醇濃度接近中間值浸提率最高。這是因為含量最高的黃芩甙主要以葡萄糖醛酸的形式存在，乙醇濃度過大其溶解度顯著下降。浸提溫度對浸提率影響的總趨勢是隨浸提溫度的提高，浸提率緩慢增加；浸提溫度為+1水平時，浸提效果最好；浸提溫度高于此水平，因黃酮部分被氧化或分解，導致浸提率下降。由于微波具有快速加熱的特點，在極短時間內(nèi)就可將物料加熱到預設(shè)溫度，所以，浸提時間對浸提率的影響不大。液固比增大有利于黃酮的溶出，浸提率提高

13、。從上述分析中還可看到，各因素與浸提率的關(guān)系均是非線性的，且浸提率隨其他因素水平的變化而變化，這說明各因素對浸提率的影響不是單獨起作用的，它們之間存在交互作用。2.3兩因素間的交互效應分析由回歸方程偏回歸系數(shù)顯著性檢驗可知，只有乙醇濃度與浸提溫度及乙醇濃度與液固比因素間存在顯著的交互作用，其他因素間的交互作用差異均不顯著。為觀察交互作用的影響，可由回歸方程，固定其中兩個因素為零水平，得到另外2個因素對浸提率影響的子回歸方程。采用Matlab 編程，由子回歸方程繪制浸提率的響應面圖，如圖2、3所示。從圖3可看出，乙醇試驗因素上星號臂 (+2上水平(+1零水平(0下水平 (1 下星號臂 (2 水平

14、間隔(_X 1 乙醇濃度 X2 浸提溫度 X3 浸提時間 X4 液固比(% ( (min (ml/g5432112520151055采用Excel 、SPSS 統(tǒng)計軟件和Matlab 數(shù)學分析軟件對試驗數(shù)據(jù)進行分析及處理。工藝技術(shù) 食品科學 2008, Vol.29, No.09 217酮的浸提率最高為97.52%。100浸提率(%對最佳浸提工藝參數(shù)組合進行驗證，驗證結(jié)果與理論值吻合較好，說明回歸方程與實際情況相符合，預測精度較高，優(yōu)化結(jié)果可信。3 結(jié) 論11_00水平-11濃度醇 乙80604020221 浸10_提溫0度水-11_平2-22-2223.1以黃芩黃酮浸提率為試驗指標，采用四因

15、素二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計對黃酮浸提工藝參數(shù)進行優(yōu)化研究，建立了黃芩黃酮浸提率與乙醇濃度、浸提溫度、浸提時間和液固比之間關(guān)系的回歸方程，所獲得的回歸方程有效，與實際情況擬合較好，這為微波輔助浸提黃芩黃酮工藝的確定提供了量化基礎(chǔ)。3.2用約束復合形法對工藝參數(shù)進行優(yōu)化，所得優(yōu)化圖2 乙醇濃度和浸提溫度對黃酮浸提率的影響Fig.2 Effects of ethanol concentration and temperature onextraction rate of flavonoids100浸提率(%工藝為：乙醇濃度47. 9%、浸提溫度88. 3、浸提時間3.4min 、液固比25.0ml/

16、g，在此組合條件下黃酮的浸提率最高97.52%。驗證結(jié)果表明，回歸方程的計算值與實驗值吻合程度很高，說明回歸方程的預測精度較1水平1濃度醇 乙28060402021 液固比0_水平1高，優(yōu)化結(jié)果的可信。參考文獻：1梁英, 韓魯佳. 黃芩中黃酮類化合物藥理學作用研究J. 中國農(nóng)業(yè)大學學報, 2003, 8(6: 9-14.234李成文, 閆東海, 陳建玉. 黃芩苷提取工藝研究J. 中成藥, 2003, 25(8: 666-669.梁英, 韓魯佳, 楊宏志. 飼料添加劑用黃芩甙提取工藝條件的優(yōu)化J. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2004, 20(3: 205-208.CHEN L, YANG Y , ZHAN

17、G X X, et al. Studies on the microwave-assisted extract ion of efficacious ingredien ts in Salvia miltiorrhizabunge J. Chemical Journal of Chinese Universities, 2004, 25(1: 35-38._2_2_圖3 乙醇濃度和液固比對黃酮浸提率的影響Fig.3 Effects of ethanol concentration and liquid-solid ratio on extraction rate of flavonoids 濃

18、度與液固比對浸提率的影響最顯著。液固比對浸提率的影響較大，增大液固比可提高浸提率，即增加浸提劑用量可增大溶質(zhì)的溶出。當乙醇濃度為_2水平，改變液固比對浸提率影響不大；而乙醇濃度為+2水平時，改變液固比對浸提率產(chǎn)生很大影響。液固比越小，乙醇濃度對浸提率影響越大，當液固比為_2水平時，乙醇濃度對浸提率影響最大。這說明在相對較少浸提劑的情況下，溶劑的性質(zhì)對溶質(zhì)的溶解度影響大。乙醇濃度越高，液固比對浸提率影響越大。增大液固比或降低乙醇濃度都可使浸提率提高，說明液固比與乙醇濃度之間存在較顯著的交互作用。2.4微波輔助浸提黃芩黃酮工藝參數(shù)的優(yōu)化采用約束優(yōu)化法，用Matlab 數(shù)學軟件編制目標函數(shù)文件、約束條件文件及優(yōu)化值的運行文件程序，上_0.0848, 0.8319, 0.3940,=y(=機求解，得優(yōu)化解為：y ymax5PAN X J, LIU H Z, JIA G H, et al. Microwave-assisted extraction ofglycyrrhizic acid from licorice rootJ. Biochemical Engineering Jour