矿冶稿件信息
闪式提取红树莓中总黄酮的工艺优化
李康，钱柳，徐瀚麟，陈雷，黄群，宋洪波，滕慧*
（福建农林大学 食品科学院，福建 福州 350002）
摘要：本研究的目的是探讨闪式提取法提取覆盘子总黄酮的提取工艺优化。考察了溶剂、溶剂体积分数、提取电压和提取时间对提取物的总黄酮的得率影响，选取了溶剂体积分数、提取电压和提取时间进行三因素三水平的Box-Behnken研究，并运用Design-Expect 8.0软件对试验数据进行分析，通过响应面分析法对提取条件进行优化。结果显示，树莓中总黄酮提取最佳工艺参数为乙醇体积分数为50%、电压155 v、提取时间为60 s，提取量为139.13 mg/g。该工艺操作简单、提取时间短、提取率高，是一种高效节能的新型的提取覆盘子黄酮的提取方法。
关键词：红树莓；闪式提取；总黄酮
Optimization of flash extraction process for total flavonoid from red raspberry (Rubus idaeus)
Li Kang , Wang Xixi，Chen Lei, Huang Qun, Song Hongbo, Teng Hui *,
（College of Food Science, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou Fujian, 350002, China）
Abstract:The purpose of this study was to investigate the extraction process flavonoids from raspberry with flash extraction. The effect of solvent, solvent concentration, voltage and time on total flavonoids.On the basis of single factor experiments, solvent concentration, extraction time and extraction voltage were selected for a three-factor, three-level Box-Behnken experimental design. In addition, Design-Expect 8.0 software was employed to analyze the experimental data and the response surface methodology was applied to optimize the extraction conditions. The results suggested that optimal extraction conditions of total flavonoids were ethanol concentration 50%, voltage 155 v, time 60 s and the optimal extraction yield was 139.13 mg/g. The optimized process is a simple, time-saving, highly efficient and energy-saving new method to total flavonoid from raspberry.
Key words: red raspberry；flash extraction process；total flavonoid
树莓（学名Rubus idaeus），为蔷薇科悬钩子属，是一种野生小果，口感香、甜、酸，可鲜食，在我国的福建、浙江、安徽、江西和江苏等华东省份大量分布。《中国药典》中记载未成熟的覆盆子有益肾、固精、缩尿等功效，用于肾虚遗尿、阳痿早泄、遗精和滑精等症，是一种珍贵的药食同源果品。近年来，树莓已被世界粮农组织( FAO) 推荐为第三代黄金水果，在国际国内市场上前景极为广阔。覆盘子中含有丰富的多酚类及黄酮类化合物。现在许多关于覆盘子功能性研究表明，覆盘子中的这些物质对癌症、糖尿病、肥胖等疾病有抑制作用[1]。因此覆盘子已成为食品与保健品研究的焦点。
在研究覆盘子中黄酮等活性成分的提取工艺的过程中，越来越多的新技术被引进，如微波辅助提取法、超声波辅助提取法、超高压提取法等[2-5]。但由于操作复杂，能耗高等原因成为了提取黄酮等活性物质的一大困扰；本实验介绍的闪式提取技术也是其中一种新型提取方法，近些年来，该技术在提取植物活性成分方面的应用日渐广泛，与常见的提取方法不同的是：它利用内外刀刃间形成的超速动态分子渗透作用和强力振动作用，使得植物细胞组织被迅速破坏，使组织细胞内部的有效成分与溶剂充分接触，使其快速溶解提取，具有提取时间短、提取效率高和操作简单等特点[6-9]。因此，本研究的目的是探讨闪式提取法提取树莓中黄酮的优化。
1. 材料与方法
1.1 材料
山东烟台红树莓
1.2主要仪器
EYEL4型真空冷冻干燥机：上海爱朗仪器有限公司；JHBE-50T型闪式提取器：河南智晶生物科技股份有限公司；SHZ-95A型循环水真空泵：临海市谭式真空设备有限公司；Filter Max F5 酶标仪：Molecular Devices；ME204TE/02型电子天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司。
1.3实验方法
1.3.1 树莓黄酮提取的工艺流程
树莓鲜果→真空冷冻干燥→粉碎→过筛（40目）→闪式提取→抽滤，收集滤液→黄酮粗提物。
1.3.2 芦丁标准曲线绘制
总黄酮含量测定参考Teng H 等人[10]方法，采用NaNO2-Al(NO3)3比色法测定，以芦丁为基准物，计算树莓中总黄酮含量。
准确称取5 g芦丁标准品，用超纯水溶解并定容至1000 mL容量瓶中，即得芦丁母液。分别取芦丁母液（5mg/mL）10 mL、15 mL、20 mL、25 mL、30 mL定容至100 mL,即得到浓度梯度为0.5 mg/mL、0.75 mg/mL、1.0 mg/mL、1.25 mg/mL、1.5 mg/mL的芦丁标准液。
取上述定容的各组芦丁标准液70 µL于15 mL试管中，并在每支试管中依次加入430 µL超纯水、50 µL5%NaNO2、50 µL10%Al(NO3)3，静置6 min后再加入500 µL1mol/LNaOH，重复2次，每组做3次平行试验，从每只试管取200 µL于96孔板中，利用酶标仪测其在510 nm下的吸光值。得吸光值对浓度的线性回归方程为：y=0.3146x+0.0023，R2=0.9982。以超纯水为空白对照。同时，以吸光值和芦丁的浓度为变量绘制标准曲线。计算
1.3.3 树莓黄酮提取量的测定
根据芦丁标准曲线回归方程计算树莓黄酮含量。黄酮提取量计算公式:
黄酮提取量TFC（mg/g）=（V×C）/m
式中：m, 样品质量（g）；
V，提取液的体积（mL）；
C，样品中黄酮浓度（mg/mL）。
1.4 闪式提取树莓果实中总黄酮的单因素实验
分别准确称取4 g树莓冻干物粉末，按料液比4 g：150 mL，按照溶剂类型、溶剂浓度、提取电压、提取时间等单因素提取,提取液经过滤，定容，测定计算，每组重复3次平行试验。
1.5 树莓中总黄酮提取条件的优化设计
根据Box-Behnken中心组合试验设计原理，参考张国才等人[11-15]方法并稍作修改，综合单因素试验结果，选取合理水平进行中心组合试验。以总黄酮的得率为响应值，通过响应面分析得出闪式提取树莓中总黄酮的最佳提取工艺条件和方法。试验设计因素编码及水平见表1
表1 响应面三因素三水平试验设计
Table 1 Factors and levels in response surface analysis
|
因素 |
水平 |
||
|
-1 |
0 |
1 |
|
|
A 乙醇体积分数（%） |
25 |
50 |
75 |
|
B 提取电压（v） |
125 |
150 |
175 |
|
C 提取时间（s） |
40 |
60 |
80 |
2 结果和分析
2.1 单因素对树莓果实中总黄酮含量的影响
2.1.1溶剂对树莓果实中总黄酮含量的影响
按照1.4.1进行试验，结果见图1。
图1.溶剂类型对树总黄酮提取量的影响
Fig1.The effect of solvent on total flavonoids content
由图1可知：相比氯仿和石油醚，乙醇、水和50%乙醇提取的树莓提取物中的总黄酮的提取率最高，因此确定树莓提取物的提取溶剂为乙醇水溶液。
2.1.2乙醇体积分数对树莓果实中总黄酮提取量的影响
按照1.4.2进行试验，结果见图2。
图2.乙醇体积分数对树莓总黄酮提取量的影响
Fig2.The effect of solvent concentration on total flavonoids content
由图2可知：提取物中总黄酮的含量在乙醇体积分数的增加先增多，当乙醇体积分数超过50%之后，黄酮含量随着乙醇体积分数的增大而减少，因此乙醇的最佳体积分数为50%。
2.1.3提取电压对树莓果实中总黄酮含量的影响
按照1.4.3进行试验，结果见图3。
图3.提取电压对树莓总黄酮提取量的影响
Fig3.The effect of extraction voltage on total flavonoids content
由图3可知：提取物中总黄酮的含量在闪提电压的增加先增多，当闪提电压超过150 v之后，黄酮含量随着闪提电压的增大而减少,因此乙醇的最佳提取电压为150 v。
2.1.4提取时间对树莓果实中总黄酮含量的影响
按照1.4.4进行试验，结果见图4。
图4.提取时间对树莓总黄酮提取量的影响
Fig4.The effect of extraction time on total flavonoids content
由图4可知：提取物中总黄酮的含量随着提取时间的增加先增加后减少，提取时间为60 s 时提取量达到最大，因此最佳提取时间为60 s。
2.2 响应面分析实验结果和数据分析
表2 响应面分析试验设计及结果
Table 2 Experimental design and results of response surface analysis
|
实验号 |
A |
B |
C |
总黄酮含量（mg/g） |
|
1 |
-1 |
-1 |
0 |
92.89 |
|
2 |
1 |
-1 |
0 |
121.94 |
|
3 |
-1 |
1 |
0 |
128 |
|
4 |
1 |
1 |
0 |
118.35 |
|
5 |
-1 |
0 |
-1 |
127.43 |
|
6 |
1 |
0 |
-1 |
99.48 |
|
7 |
-1 |
0 |
1 |
101.52 |
|
8 |
1 |
0 |
1 |
121.88 |
|
9 |
0 |
-1 |
-1 |
128.44 |
|
10 |
0 |
1 |
-1 |
105.14 |
|
11 |
0 |
-1 |
1 |
100.7 |
|
12 |
0 |
1 |
1 |
120.78 |
|
13 |
0 |
0 |
0 |
140.78 |
|
14 |
0 |
0 |
0 |
139.26 |
|
15 |
0 |
0 |
0 |
139.14 |
|
16 |
0 |
0 |
0 |
139.35 |
|
17 |
0 |
0 |
0 |
134.88 |
表5 TFC回归模型方差分析表
Table 5 Analysis of variance for the TFC fitted regression mod
|
|
平方和 |
自由度 |
均方 |
F值 |
P值 |
显著性 |
|
Model |
4014.45 |
9 |
446.05 |
9.20 |
0.004 |
** |
|
A乙醇浓度 |
17.43 |
1 |
17.43 |
0.36 |
0.5677 |
|
|
B提取电压 |
100.11 |
1 |
100.11 |
2.06 |
0.1940 |
|
|
C提取时间 |
30.46 |
1 |
30.46 |
0.63 |
0.4541 |
|
|
AB |
374.42 |
1 |
374.42 |
7.72 |
0.0274 |
* |
|
AC |
583.46 |
1 |
583.46 |
12.03 |
0.0104 |
* |
|
BC |
470.46 |
1 |
470.46 |
9.70 |
0.0170 |
* |
|
A2 |
|
