正交试验优选生姜总黄酮的提取工艺*

周丹红，王　耀，王大山，邢廷廷

(宿州学院化学化工学院，安徽　宿州　234000)



正交试验优选生姜总黄酮的提取工艺*

周丹红，王耀，王大山，邢廷廷

(宿州学院化学化工学院，安徽宿州234000)

以生姜为原料，用乙醇作提取剂，采用单因素和正交实验，运用微波辅助处理浸提法，探讨生姜中提取黄酮类化合物的最佳提取工艺条件：微波功率、微波加热时间、浸提温度、浸提时间等。实验结果表明，微波处理与乙醇提取相结合的方法的最适工艺参数是微波功率200 W、微波处理时间70 s、浸提温度80 ℃、浸提时间为30 min，这种工艺可使黄酮提取率达到最好。

生姜；黄酮；微波处理；提取工艺；正交实验

生姜是一种药食兼用植物，富含蛋白质、糖类、维生素、生姜挥发油、黄酮类物质、植物抗菌素等多种营养物质[1-3]。具且较强的杀菌作用，其中的黄酮类化合物有明显药用价值[4-5]，是一类具有广泛开发前景的天然抗氧化剂。目前提取生姜总黄酮的方法主要有水浸取法、索氏提取法等传统固—液浸提法[6-8]。但这些方法存在原料消耗大，产率较低、提取时间长等问题。微波辅助提取具有提取时间短、能耗低、节约溶剂等特点，广泛应用于天然化合物及生物活性成分等物质的提取[9-12]。采用在不同条件下，利用微波处理与乙醇提取相结合的方法提取生姜中黄酮类化合物，再利用分光光度法测定溶液中黄酮的吸光度，探讨从生姜中提取黄酮类化合物的最佳工艺条件：提取剂、微波功率、微波辐射加热时间、浸提温度、浸提时间等，为生姜的开发利用提供理论基础。

1　实　验

1.1材料与仪器

生姜，卢丁(含量≥95%)、甲醇、乙醇、活性碳、丙酮、Al(NO3)3、NaOH、NaNO2均为分析纯，蒸馏水。

SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵、HH-S恒温水浴锅、格兰仕WD900B型微波炉、RE-52AA真空旋转蒸发器、722型紫外可见分光光度计。

1.2实验方法

1.2.1原料的预处理

生姜→洗净→切片→真空干燥→冷却→粉碎过40目筛→制得生姜粉。

1.2.2标准曲线的绘制

图1　芦丁标准曲线Fig.1　Standard curve of rutin

用将卢丁于120 ℃下干燥至恒重，根据有关文献的标准曲线的绘制方法，得到吸光度A与芦丁含量C(mg/mL)间的标准曲线，如图1所示。

1.2.3生姜中总黄酮的提取及测定

称取一定量的生姜粉放在磨口三颈烧瓶中，然后加入适量的水。微波辐射加热一定时间，再加入一定量的提取剂，水浴加热80 ℃，浸提一定时间，抽滤即得总黄酮提取液。抽滤后的滤渣用同样方法进行二次提取、抽滤，把两次的提取液进行混合，放进旋转蒸发器中50 ℃进行减压浓缩，加水约80 mL溶解，加入0.5 g活性炭脱色10 min，过滤。将滤液加水于100 mL 容量瓶中定容，按照测定芦丁标准液吸光度的方法测定吸光度A。利用标准曲线可得总黄酮的含量。

2　结果与讨论

2.1提取剂的确定

分别用蒸馏水、乙醇、甲醇、丙酮四中溶剂做提取剂，200 W微波加热60 s，按照1.2的方法分别提取、测定其吸光度0.203、0.292、0.293、0.294，计算其提取率分别为6.25%、8.85%、8.87%、8.91%。

图2　不同提取剂的提取效果Fig.2　Extraction effect of different extraction solution

从图2的提取率观察得出:用乙醇、甲醇、丙酮作为提取剂，得到的结果差别不大，但甲醇和丙酮对人体有危害，不适用于总黄酮的提取剂，所以以下研究均以乙醇为溶剂。

2.2单因素实验结果分析

2.2.1微波功率对浸提效果的影响

按照1.2的方法，分别用不同的微波功率140、170、200、230、260、290 W加热70 s，80 ℃水浴加热浸提30 min，提取、测定其吸光度，计算其提取率。

图3　微波功率对浸提效果的影响Fig.3　Extraction effect of microwave power

由图3可以看出，开始时总黄酮提取率随功率的增加而逐渐升高，当功率达到200 W时，总黄酮提取率达到最高，之后随功率的增加，总黄酮提取率下降，因此选择微波功率为200 W适宜。

2.2.2微波加热时间对浸提效果的影响

按照1.2的方法，微波功率200 W，微波加热时间分别为40、50、60、70、80、90 s，80 ℃水浴加热浸提30 min，提取、测定其吸光度，计算其提取率。

图4　微波加热时间对浸提效果的影响Fig.4　Extraction effect of microwave heating time

从图4的实验结果可以看出微波加热时间超过70 s时，提取率下降。可能是因为微波加热时间长导致温度过高，从而导致提取率下降。

2.2.3浸提温度对浸提效果的影响

按照1.2的方法，微波功率200 W，微波加热70 s，用不同的温度50、60、70、80、90、100 ℃水浴加热浸提30 min，提取、测定其吸光度，计算其提取率。

图5　浸提温度对浸提效果的影响Fig.5　Extraction effect of extraction temperature

从图5得出：对于提取温度的选择上温度不能超过80 ℃，否则黄酮氧化，而最佳的提取温度选择在80 ℃。

2.2.4浸提时间对浸提效果的影响

按照1.2生姜中总黄酮的提取及测定方法，微波功率200 W、 微波加热70 s、80 ℃水浴加热、浸提时间分别为10、20、30、40、50、60 min，提取、测定其吸光度，计算其提取率。

从图6的实验结果可以看出：提取率随提取时间的延长而逐渐升高，浸提时间为30 min时的提取效果和时间为40、50 min 的效果相差不大，但考虑到生产周期和成本，30 min最为适宜。

图6　浸提时间对浸提效果的影响Fig.6　Extraction effect of extraction time

2.3正交试验设计

分别选择微波功率、加热时间、浸提温度、浸提时间四个因素的三个水平L9(34)，设计正交试验。设计因素与水平详见表1，试验方案与结果见表2。

表1　设计因素与水平表Table 1　Design factors and level table

表2　L9(43) 试验方案与结果表Table 2　L9(43) Design project and experiment result

续表2

K324.3023.9223.7724.34k17.557.737.887.92k28.258.198.098.26k38.107.977.928.11R0.700.460.210.34

由正交实验得到生姜中总黄酮提取的最佳工艺条件，通过分析：极差分析为微波功率(A)>加热时间(B)>浸提时间(D)>浸提温度(C)，提取生姜中总黄酮的最佳条件为A2B2C2D2，即200 W微波加热70 s，80 ℃ 水浴加热30 min。试验结果表明在此条件下，提取率最高。

3　结　论

由本文的实验与结果分析，得出以下结论：

(1) 生姜中含有丰富的黄酮类化合物，有开发利用的前景。

(2) 微波处理与乙醇提取相结合的方法的最适工艺参数是微波功率200 W、微波波处理时间70 s、浸提温度80 ℃、浸提时间为30 min，这种工艺可使黄酮提取得率达到最好。

[1]余珍, 巫华美, 丁靖垲. 生姜的挥发性化学成分[J]. 云南植物研究, 1998, 20 (1): 113-118.

[2]黄雪松, 宴日安, 吴建中. 姜酚的生物活性述评[J]. 暨南大学学报(自然科学与医学版), 2005, 26 (3): 434-439.

[3]郭艳华, 张玉敏, 陈达畅. 微波法提取生姜总黄酮及光热稳定性研究[J]. 应用化工,2010,39 (2): 233-236.

[4]李爱华. 生姜抗氧化作用的研究[J]. 食品科学, 1995,16 (12): 35-38.

[5]党毅,肖颖. 中药保健食品研制与开发[M]. 北京:人民卫生出版社, 2002: 129-131

[6]易建华,朱振宝. 酶法提取芹菜黄酮的研究[J]. 食品科技, 2008(8): 144-146.

[7]许琦. 芹菜总黄酮的提取及含量测定[J]. 食品科技, 2006(7): 241-243.

[8]丁爱凤,汪海峰,杨晓蓉,等. 芹菜中木犀草素提取工艺探讨[J]. 中国粮油学报, 2005, 20 (4): 92-95.

[9]刘世民. 微波法提取芹菜中黄酮类物质的探讨[J]. 食品研究与开发, 2004, 25(3): 48-50.

[10]高岐,刘宏文. 洋葱中总黄酮的微波提取法[J]. 食品工业科技, 2008, 29(1): 218-219.

[11]易军鹏,朱文学,马海乐,等. 响应面法优化微波提取牡丹籽油的工艺研究[J]. 食品科学, 2009, 30(14):99-104.

[12]肖贵平. 响应面法优化莲心黄酮类物质微波提取工艺的研究[J]. 热带作物学报(自然科学版),2011,32(11):2163-2168.

Optimum Extraction of Total Flavonoid from Ginger Established by Orthogonal Test*

ZHOUDan-hong,WANGYao,WANGDa-shan,XINGTing-ting

(School of Chemistry and Chemical Engineering, Suzhou University, Anhui Suzhou 234000, China)

With ginger as raw material, ethanol extracting with microwave processing to distill flavonoids from ginger with single factor test and orthogral test, the optimum extracting condition of flavonoids from ginger, such as microwave power, microwave radiation heating time, extraction temperature, extraction time, etc., were discussed. Experimental results showed that the optimum conditions of ethanol extracting with microwave processing were as follows: 200 W of microwave power for 70 s, extracting at 80 ℃ for 30 min. Using this technology, the extraction rate of total flavonoids in ginger achieved the best.

ginger; flavonoids; microwave treatment; extraction process; orthogral test

安徽省大学生创新创业训练计划项目(AH201410379071，AH201410379063)；宿州学院科研平台开放课题(KYLXLKYB15-02)。

周丹红(1969-)，女，副教授，主要从事天然产物的提取及应用方面的研究。

R284.2

A

1001-9677(2016)08-0067-03