仙人掌果中黄酮类物质提取工艺的优化

259 仙人掌果中黄酮类物质提取工艺的优化 王红梅1，姚 晶1，* ，宋 琳2，马丹雅1，陈智斌1，杨同舟1 (1.黑龙江东方学院，黑龙江哈尔滨 150086;2.黑龙江天宏工程设计有限公司，黑龙江哈尔滨 150090) 摘 要:仙人掌果的果肉中含有丰富的黄酮类物质和其他营养物质。本实验以其为原料，采用单因素实验和正交实验 对仙人果中的黄酮类物质的提取工艺进行优化。通过实验得出仙人掌果中黄酮提取的最佳条件:提取温度 70℃，提取 液浓度 60%，提取时间 20min，料液比 1∶20。在此条件下可以获得最大的提取量为 4.396mg /g。 关键词:仙人掌果，黄酮类物质，提取工艺 Optimization of the extraction process of flavonoids from cactus fruit WANG Hong－mei1，YAO Jing1，* ，SONG Lin2，MA Dan－ya1，CHEN Zhi－bin1，YANG Tong－zhou1 (1.East University of Heilongjiang，Harbin 150086，China; 2.Heilongjiang Tianhong Engineer Design Company，Harbin 150090，China) Abstract:The pulp of cactus pear fruit is rich of flavonoids and other nutrients.The single factor experiments and orthogonal test was used to optimize the extraction progress for flavonoids from cactus pear fruit. The best extraction process condition was as follows:extraction temperature 70℃，the concentration of the extract solution 60%，the extraction time 20min and the ratio of solid to liquid 1 ∶20(w/v) ，and under the condition the extraction amount was 4.396mg /g. Key words:cactus fruit;flavonoids;extraction progress 中图分类号:TS201.1 文献标识码:B 文 章 编 号:1002－0306(2013)03－0259－03 收稿日期:2012－09－17 * 通讯联系人 作者简介:王红梅(1979－) ，女，硕士研究生，研究方向:粮食油脂与植 物蛋白工程。 基金项目:黑龙江省教育厅课题(11553073)。 近年来，随着人们生活水平的提高，人们对食品 的要求不仅仅停留在吃饱吃好的层次上，而是趋于 绿色、保健、营养的方向发展。随之诞生的功能性食 品越来越受到人们的青睐，黄酮就是一种很理想的 保健品。黄酮类物质是一种强抗氧化剂，可有效清 除体内的氧自由基，改善血液循环，降低胆固醇，抑 制炎性生物酶的渗出，增进伤口愈合和止痛［1－2］。仙 人掌果是一种热带植物仙人掌的果实，果浆肉质为 红色或紫色，果肉可食，酸甜可口，我国海南岛及雷 洲半岛一带有大量生长，是一种资源丰富的野生植 物，仙人掌果实富含糖、氨基酸、有机酸、矿物质、维 生素等营养物质，还含有大量的黄酮类物质，另外它 还含有果胶、色素和三萜化合物，以及医用价值很高 的玉芙蓉、抱壁莲和角蒂仙等。具有清热解毒、提高 免疫力、抗肿瘤抗癌、降低血压血糖、清除自由基等 作用［3］。目前，仙人掌果除被当地老百姓少量采食之 外，尚无他用。国内有关仙人掌的开发利用研究的 报道较多，但有关仙人掌果的资料报道甚少。本文 探讨了提取因素对仙人掌果中黄酮类物质提取率的 影响，并利用正交实验对提取条件进行优化，为仙人 掌果的进一步研究奠定理论基础。 1 材料与方法 1.1 材料与仪器 仙人掌果 采自海南省;无水乙醇、芦丁标准 品、AlCl3 纯，天津市耀华化学试剂有限责任 公司。 DKS－24 型电热恒温水浴锅 上海经济区沈荡 中新电器厂;DHG－9140A 电热恒温鼓风干燥箱 上 海一恒科技有限公司;电子天平 美国双杰兄弟(集 团)有 限 公 司;分 析 天 平 塞 多 丽 斯 公 司; SectrumLab54 紫外可见分光光度计 上海棱光技术 有限公司。 1.2 实验方法 1.2.1 仙人掌果中黄酮类物质的提取 准确称取 1.0g仙人掌果于锥形瓶中，加入体积分数 40%的乙醇 溶液 20mL，在 70℃的水浴中加热 20min，冷却过滤至 50mL容量瓶中，用 40%的乙醇定容。移液管从容量 瓶中吸取 3mL溶液，在 420nm的波长下测定吸光度。 1.2.2 提取仙人掌果黄酮类物质单因素实验研究 1.2.2.1 提取时间的选择 分别称取 1.0g 仙人掌果 于 5 个锥形瓶中，各加入 20mL体积分数为 40%的乙 醇溶液，置于 70℃水浴锅中分别加热 10、20、30、40、 50min，冷却过滤至 50mL容量瓶中，并用 40%的乙醇 定容，在 420nm的波长下测定吸光度。 1.2.2.2 料液比的选择 分别称取 1.0g 仙人掌果于 5 个锥形瓶中，分别加入 10、15、20、25、30mL 40%的 乙醇溶液，在 70℃水浴锅中加热 20min，冷却后过滤 260 至 50mL容量瓶中，并用 40%的乙醇定容，在 420nm 的波长下测定吸光度。 1.2.2.3 提取液浓度的选择 分别称取 1.0g仙人掌果 于 5个锥形瓶中，依次加入 20mL 浓度分别为 30%、 40%、50%、60%、70%的乙醇溶液，在 70℃水浴锅中加 热 20min，冷却过滤至 50mL 容量瓶中，分别用相应浓 度的乙醇定容，在 420nm的波长下测定吸光度。 1.2.2.4 提取温度的选择 分别称取 1.0g 仙人掌果 于 5 个锥形瓶中，各加入 20mL 50%的乙醇溶液，依 次在 40、50、60、70、80℃的水浴锅中加热 20min，冷却 过滤至 50mL容量瓶中，用 50%的乙醇溶液定容，在 420nm的波长下测定吸光度。 1.2.3 提取仙人掌果黄酮类物质的多因素正交实 验 根据以上实验结果，以提取温度、提取液浓度、 料液比、提取时间为因素设计正交实验，以提取量为 评价指标，以确定最佳提取条件，正交实验因素水平 如 1。 表 1 正交实验因素水平表 Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment 水平 因素 A温度 (℃) B乙醇浓度 (%) C时间 (min) D料液比 (W/V) 1 60 40 10 1∶15 2 70 50 20 1∶20 3 80 60 30 1∶25 1.2.4 芦丁标准曲线的绘制 准确称取芦丁标准品 0.0134g，用体积分数 40%的乙醇溶解，定容至 50mL， 得到浓度为 0.268mg /mL 的芦丁标准溶液。精确吸 取芦丁标准溶液 0、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00mL 于 6 个 25mL 容量瓶中，各加入 20mL 质量分数 1% 的 AlCl3 溶液，用体积分数 40%的乙醇定容至刻度，静 置 10min后于 420nm处测吸光度，绘制标准曲线，见 图 1［4］。 图 1 标准曲线 Fig.1 Standard curve 1.2.5 黄酮提取量的计算 提 取 量 (mg /g) = Y(g /L)× 50mL ×0.025L3mL ×样品质量 × 1000 式中:Y为质量浓度，(g /L) ;样品质量，(g)。 2 结果与分析 2.1 单因素实验结果 2.1.1 提取时间对黄酮提取量的影响 在提取体系 温度 70℃、乙醇浓度 40%、料液比 1∶20 的条件下，改 变提取时间，其实验结果如图 2 所示。 图 2 提取时间对黄酮提取量的影响 Fig.2 Effect of extraction time on the amount of flavonoids 从图 2 可以看出，提取时间在 20min 以下时，随 着时间的增大，黄酮的提取量不断提高。黄酮的提 取过程就是仙人掌果中的黄酮类物质不断溶出的过 程。造成上述变化趋势的可能原因是，在一定的时 间范围内，仙人掌果中黄酮类物质的溶出速度随着 时间的增大而增加。而当时间达到 20min 时，黄酮 类物质的溶出速度达到最大，20min 后，随时间的增 加，提取量逐渐降低。 2.1.2 料液比对黄酮提取量的影响 在提取体系温 度 70℃、乙醇浓度 40%、时间 20min 的条件下，改变 料液比，其实验结果如图 3 所示。 图 3 料液比对黄酮提取量的影响 Fig.3 Effect of the ratio of solid to liquid on the amount of flavonoids 从图 3 中看出，在料液比 1∶20 以下时，随料液比 的减小，提取量逐渐增大，当料液比小于 1∶20 时，提 取量下降，造成上述变化趋势的可能原因是，在一定 的料液比范围内，仙人掌果中黄酮类物质的溶出速 度随着液体比例的增大而增加。而当料液比达到 1∶20时，黄酮类物质的溶出速度达到最大，之后，黄酮 提取量明显下降。 2.1.3 提取液浓度对黄酮提取量的影响 在提取体 系温度 70℃、料液比 1∶20、时间 20min 的条件下，改 变提取液浓度，其实验结果如图 4 所示。 从图中可以看出，乙醇浓度在 50%以下时，随着 浓度的增加，提取量逐渐增大，浓度 50%时提取量最 大，随后提取量逐渐降低。造成上述变化趋势的原 因是，在乙醇浓度 50%时，仙人掌果中黄酮类物质的 溶解性最大［5］。 2.1.4 温度对黄酮提取量的影响 在提取液浓度 50%、料液比 1∶20、时间 20min 的条件下，改变温度， 其实验结果如图 5 所示。 从图 5 可以看出，提取温度在 70℃以下时，随着 261 图 4 提取液浓度对黄酮提取量的影响 Fig.4 Effect of extracted concentration on the amount of flavonoids 图 5 温度对黄酮提取量的影响 Fig.5 Effect of temperature on the amount of flavonoids 温度的升高，黄酮的提取量不断提高。造成上述变 化趋势的可能原因是，在一定的温度范围内，仙人掌 果中黄酮类物质的溶出速度随着温度的升高而增 加，而当温度达到 70℃时，黄酮类物质的溶出速度达 到最大，温度过高时，大量醇溶性杂质溶解速度显著 加快，与黄酮类化合物竞争溶解于乙醇中，干扰黄酮 类化合物提取，同时，还可能引起黄酮类化合物结构 被氧化破坏，从而导致黄酮类提取率的下降［6］。 2.2 正交实验的结果分析 根据以上单因素实验的结果，以提取温度、提取 液浓度、提取时间和料液比为因素设计了正交实验， 正交实验结果见表 2。 由表 2 可知，所得四因素的极差大小顺序是:B ＞ C ＞ A ＞ D，即提取体系的乙醇浓度对提取量影响 最大，其他几个因素影响相对较小。通过极差分析 计算，得到各因子的最佳组合是:A2B3C2D2，即最佳 工艺条件是:提取温度是 70℃，乙醇液浓度是 60%， 提取时间是 20min，料液比是 1∶20。根据最佳工艺进 行验证实验，黄酮提取量为 4.396mg /g。 表 2 正交实验分析结果 Table 2 Result of orthogonal experiment 实验号 A B C D 提取量 (mg /g) 1 1 1 1 1 3.398 2 1 2 2 2 3.535 3 1 3 3 3 3.500 4 2 1 2 3 3.867 5 2 2 3 1 2.354 6 2 3 1 2 4.396 7 3 1 3 2 2.451 8 3 2 1 3 2.121 9 3 3 2 1 3.492 K1 10.433 9.716 9.916 9.245 K2 10.617 8.011 10.895 10.383 K3 8.065 11.389 8.306 9.489 R 2.552 3.378 2.589 1.138 3 结论 利用单因素实验研究了各因素对仙人掌果中黄 酮类物质提取率的影响效果，采用正交实验得出各 因素对黄酮提率影响的主次顺序为:提取浓度 ＞提 取时间 ＞提取温度 ＞料液比，黄酮类物质的最佳提 取条件为:提取温度是 70℃，提取液浓度是 60%，提 取时间是 20min，料液比是 1∶20。仙人掌果中黄酮类 物质平均含量为 4.396mg /g。食用仙人掌果中黄酮 类物质较为丰富，有一定的应用前景，具有进一步开 发利用的价值。 参考文献 ［1］王钊，林琳，鲍世铨 .我国海南仙人掌的成分分析及开发 前景［J］.天然产物研究与开发，2000，13(1) :44－48. ［2］黄河胜，马传庚，陈志武 .黄酮类化合物药理作用研究进 展［J］.中国中药杂志，2000，25(10) :499－502. ［3］王玮，王琳 .黄酮类化合物的研究进展［J］.沈阳医学院学 报，2002，4(2) :2214－2216. ［4］曹纬国，刘志勤，邵云，等 .黄酮类化合物药理作用研究进 展［J］.西北植物学报，2003，23(12) :2241－2245. ［5］姜国芳，谢宗波，乐长高 .银杏叶黄酮类化合物的研究进 展［J］.时珍国医国药，2004，15(5)306－308. ［6］黄锁义，黎海妮，余美料，等 .益母草总黄酮的提取及鉴别 ［J］.时珍国医国药，2005，16(5) : 檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾 298－301. 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