正交試驗優(yōu)化磁場法提取枸杞黃酮工藝

周 蕓，張 珍*，張盛貴，畢 陽，張 佩，龐 晨，胡 偉，劉振斌，周 林，肖 俠

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

正交試驗優(yōu)化磁場法提取枸杞黃酮工藝

周 蕓，張 珍*，張盛貴，畢 陽，張 佩，龐 晨，胡 偉，劉振斌，周 林，肖 俠

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

以新鮮枸杞為原料，采用磁場法提取枸杞黃酮。在單因素試驗基礎(chǔ)上，通過正交試驗優(yōu)化磁場處理的條件。結(jié)果表明，在磁感應(yīng)強度640mT、磁化時間40min、磁化溫度65℃、浸提回流時間60min的條件下，枸杞黃酮的提取率可達到290.81mg/100g。

枸杞黃酮；磁化處理；有機溶劑提取

枸杞(Lycium barbarumL.)是茄科(Solanaceae)多年生落葉小灌木的成熟果實，始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，素有“紅寶”之稱[1]，其果實營養(yǎng)豐富，不僅含有蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、粗纖維、礦物質(zhì)、胡蘿卜素以及多種微量元素，而且含有多種生物活性成分，具有“補腎益精，養(yǎng)肝明目”的功效[2-3]，千百年來被人們作為延年益壽的補品。黃酮類物質(zhì)作為枸杞中的一種生物活性成分，具有止咳、平喘、祛痰、抗癌等功效，并能擴張冠狀動脈、降低血膽固醇，有增強心臟收縮、減少心臟搏動次數(shù)及明顯的抗氧化等作用[4-5]，因而具有很大的市場前景和開發(fā)價值。

目前，國內(nèi)枸杞黃酮類物質(zhì)的提取一般采用有機溶劑提取，微波輔助提取和超聲波輔助提取[6]。磁場強化萃取技術(shù)是借助外加磁場以強化化工分離過程的一種新技術(shù)，被稱為“綠色分離技術(shù)”，它可以利用磁場產(chǎn)生的特殊能量通過改變抗磁性物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，使其理化性質(zhì)發(fā)生變化[7]，同時對反應(yīng)的速率也存在影響，可以強化萃取[8]、離子交換[9]、吸附[10]、絮凝[11]等過程。文獻中報道的有關(guān)磁場強化萃取技術(shù)的研究相對較少，涉及的萃取對象范圍也比較狹窄。本研究通過采用外加恒定磁場溶劑浸提法提取枸杞黃酮，研究磁化處理的關(guān)鍵影響因素，優(yōu)化工藝參數(shù)，提高提取效率，以期為枸杞黃酮類物質(zhì)提供全新的思路和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

新鮮枸杞采自甘肅省景泰縣，經(jīng)過去籽、除雜、榨汁濃縮后制成可溶性固形物含量為63.8%的枸杞漿，后貯藏于－20℃冰箱備用；無水乙醇、亞硝酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉均為A R。

釹鐵硼永磁鐵；冷凝回流裝置；7202B分光光度計尤尼克上海儀器有限公司。

1.2 工藝流程

1.3 試驗設(shè)計

1.3.1 單因素試驗

基礎(chǔ)試驗條件：2.000g枸杞漿、磁感應(yīng)強度640mT、磁化時間60min、磁處理溫度55℃、之后75℃水浴浸提回流80min，測定黃酮類物質(zhì)的提取率。

單因素試驗設(shè)計為：磁感應(yīng)強度分別取320、640、960、1280、1600mT；磁處理時間分別取30、60、90、120、150min；磁處理溫度取45、55、65、75、85℃；浸提回流時間取0、40、80、120、160min。在基礎(chǔ)試驗條件的基礎(chǔ)上，分別進行各因素的黃酮提取試驗。

1.3.2 正交試驗設(shè)計

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選擇因素、設(shè)置水平，采用L16(45)正交試驗設(shè)計，確定磁場輔助萃取枸杞黃酮的最佳工藝參數(shù)。

1.3.3 測定方法

1.3.3.1 標準曲線的制備

參照文獻[12-13]的方法并加以改進，以蘆丁為標準品。準確稱取經(jīng)105℃干燥至質(zhì)量恒定的蘆丁標準品10mg置于10mL容量瓶中，加65%乙醇溶液稀釋至刻度，搖勻后稀釋得到質(zhì)量濃度0.2g/L蘆丁對照品使用液。

準確吸取上述蘆丁對照品使用液0、1、2、4、6、8、10、12mL，轉(zhuǎn)入25mL容量瓶內(nèi)，加入65%乙醇溶液定容至12.5mL，分別加入5%亞硝酸鈉溶液0.7mL，搖勻放置5min，加入10%硝酸鋁溶液0.7mL，搖勻后放置6min，加入1.0mol/L氫氧化鈉溶液5mL，用65%乙醇溶液定容至刻度，以零管做空白，放置15min后，在波長500nm處測定吸光度，繪制標準曲線，得回歸方程y＝0.0005x－0.0131，R2＝0.9995，其中：y為吸光度；x為標準品質(zhì)量濃度/(μg/mL)。

1.3.3.2 枸杞黃酮含量的測定

吸取枸杞黃酮提取液10.0mL置于25mL容量瓶內(nèi)，按1.3.3.1節(jié)方法，在波長500nm處測定吸光度，計算枸杞黃酮提取率[12]。

式中：A為根據(jù)標準曲線計算出樣品提取液中黃酮含量/μg；C為樣品定容體積/mL；V為待測液體積/mL；m為樣品質(zhì)量/g。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2007統(tǒng)計分析，重復(fù)3次，結(jié)果用平均值表示，并用S P S S軟件進行統(tǒng)計處理，采用ANOVA進行Turkey多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 磁感應(yīng)處理強度對黃酮提取的影響

圖1 磁感應(yīng)強度對黃酮類物質(zhì)提取的影響Fig.1 Effect of magnetic intensity on the yield of wolfberry flavonoids

由圖1可知，當磁感應(yīng)強度640mT時，枸杞黃酮類物質(zhì)的提取率最大為270.60mg/100g，且在5%置信水平上有顯著差異，之后隨著磁感應(yīng)強度的增加呈下降趨勢。因為乙醇、水均為抗磁性物質(zhì)，在適當外加恒定磁場條件下抗磁性分子將產(chǎn)生與外磁場方向相反的附加磁矩，分子因此獲得附加能量，使得抗磁性物質(zhì)的理化性質(zhì)發(fā)生改變，即擴散系數(shù)增加、溶解度增大等，明顯改善了其分離性能[14]，進而強化了乙醇提取黃酮的過程。在磁場作用下，該萃取體系的分配系數(shù)會隨著磁感應(yīng)強度的增大而減小，磁感應(yīng)強度越大，越不利于萃取過程的進行和黃酮的分離[15]，所以當磁感應(yīng)強度達到640mT時，枸杞黃酮類物質(zhì)的提取率最大。

2.1.2 磁化時間對黃酮類物質(zhì)提取的影響

圖2 磁化時間對黃酮類物質(zhì)提取的影響Fig.2 Effect of magnetic treatment time on the yield of wolfberry flavonoids

由圖2可知，磁處理時間60min時，黃酮提取率達到最高值276.27mg/100g，在5%置信水平有顯著差異，之后隨著磁處理時間的延長黃酮提取率逐漸降低并且降低趨勢不顯著。說明隨著提取時間的延長，可能會伴有其他類物質(zhì)的溶出，抑制了黃酮類物質(zhì)的提取。因此外加恒定磁場處理的時間從節(jié)約時間和成本的角度出發(fā)選擇60min。

2.1.3 磁處理溫度對黃酮類物質(zhì)提取的影響

圖3 磁處理溫度對黃酮類物質(zhì)提取的影響Fig.3 Effect of magnetic treatment temperature on the yield of wolfberry flavonoids

由圖3可知，磁處理溫度45℃時提取率明顯低于其他磁處理溫度時黃酮類物質(zhì)的提取率，這是因為加熱可以作用于磁場處理后的抗磁性物質(zhì)，使其表面張力變小，擴散系數(shù)增加，從而加大了對黃酮類物質(zhì)的提取。當磁處理溫度達到65℃時，枸杞黃酮類物質(zhì)的提取率有最大值，為271.15mg/100g，且與75、85℃的試驗結(jié)果在5%置信水平上有顯著性差異，但與55℃結(jié)果無顯著性差異，因為不同磁感應(yīng)強度對于不同萃取體系中的擴散系數(shù)影響不同，在磁場作用下該萃取體系的相平衡呈現(xiàn)負效應(yīng)，所以溫度越高，越不利于萃取過程進行的現(xiàn)象越明顯[15-16]?？紤]到節(jié)約資源與成本，選擇55℃為最佳磁處理溫度。

2.1.4 浸提回流時間對黃酮類物質(zhì)提取的影響

圖4 浸提時間對黃酮類提取的影響Fig.4 Effect of reflux extraction time on the yield of wolfberry flavonoids

由圖4可知，磁化處理后枸杞黃酮類物質(zhì)提取率在浸提時間80min達到最高值270.41mg/100g，與0、160min的試驗結(jié)果有顯著性差異，但與40、120min的試驗結(jié)果無顯著性差異，即浸提時間40min后黃酮類物質(zhì)提取率的變化不顯著。這是因為磁場處理使黃酮類物質(zhì)的分子內(nèi)聚力減小，擴散系數(shù)增加，溶解度增大，從而縮短了黃酮類萃取達到平衡的時間，加速了枸杞黃酮類物質(zhì)的提取過程[15]。從經(jīng)濟角度考慮，選擇浸提時間40min為最佳提取時間。

2.2 正交試驗

2.2.1 正交試驗分析

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，進行L16(45)正交試驗，試驗設(shè)計及結(jié)果見表1。

表1 磁場法提取枸杞黃酮工藝優(yōu)化L16(45)正交試驗設(shè)計及結(jié)果Table 1 Orthogonal array design L16 (45) and corresponding results

由表1極差分析得出，對枸杞黃酮類物質(zhì)的提取影響因素是：C＞A＞B＞D，即各因素對黃酮類物質(zhì)提取量產(chǎn)生影響的主次順序為：磁化溫度＞磁感應(yīng)強度＞磁化時間＞浸提回流時間。從正交試驗直觀結(jié)果可知，最佳提取工藝為A2B1C2D2，即磁感應(yīng)強度640mT、磁化時間40min、磁化溫度65℃、水浴回流時間60min。因為乙醇、水等抗磁性物質(zhì)處于磁場中時，分子產(chǎn)生與外磁場方向相反的附加磁矩，分子因此獲得附加能量[17]，在加熱的共同作用下，使抗磁性物質(zhì)內(nèi)部分子的內(nèi)聚力減少，分子勢壘降低，引起宏觀物理性質(zhì)發(fā)生相應(yīng)變化，如表面張力的減小，黏度增大，擴散系數(shù)增加，溶解度增大等，進而加速了黃酮萃取的過程[18-19]。在磁感應(yīng)強度、磁化時間、磁化溫度以及水浴回流時間這4個因素的共同作用下，使得正交試驗得出的枸杞黃酮提取率高于單因素試驗的結(jié)果。

2.2.2 驗證實驗

由于L16(45)正交試驗得到的最優(yōu)組合A2B1C2D2在L16(45)正交試驗設(shè)計中沒有出現(xiàn)，所以需對最優(yōu)組合進行驗證實驗，實驗重復(fù)3次，測得枸杞中黃酮類物質(zhì)提取率為290.81mg/100g，正交試驗中任何一種組合的提取率都高，可見正交試驗所確定的工藝參數(shù)為最佳。

2.2.3 對照實驗

比較磁場輔助有機溶劑萃取枸杞黃酮類物質(zhì)與有機溶劑直接萃取黃酮類物質(zhì)的提取率，結(jié)果見圖5。

圖5 黃酮提取率對照實驗結(jié)果Fig.5 Comparison of the yields of wolfberry flavonoids by magnetic field-assisted extraction and organic solvent extraction

由圖5可以看出，采用磁場輔助有機溶劑法提取枸杞黃酮類物質(zhì)，其提取率在0.05的置信水平上顯著高于有機溶劑直接提取黃酮類物質(zhì)，可見磁化處理能夠提高黃酮類物質(zhì)的提取率。

3 結(jié) 論

通過研究磁場輔助有機溶劑提取枸杞黃酮類物質(zhì)，得出最佳提取工藝為磁感應(yīng)強度640mT、磁處理時間40min、磁處理溫度65℃、水浴浸提回流時間60min，在此工藝條件下枸杞黃酮的提取率為290.81mg/100g。

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Using Orthogonal Array Design to Optimize the Extraction of Wolfberry Flavonoids by Magnetic Field Treatment

ZHOU Yun，ZHANG Zhen*，ZHANG Sheng-gui，BI Yang，ZHANG Pei，PANG Chen，
HU Wei，LIU Zhen-bin，ZHOU Lin，XIAO Xia
(College of Food Science and Engineering, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

This work reports the application of magnetic field treatment to extract flavonoids from wolfberries. The optimal extraction conditions were determined by one-factor-at-a-time and orthogonal array design methods as follows: 40 min magnetic field treatment at 65 ℃ and 640 mT and then 60 min reflux solvent extraction. Under these conditions, the yield of flavonoids was 290.81 mg/100 g of wolfberries.

wolfberry flavonoids；magnetic treatment；organic solvent extraction

TS201.2

A

1002-6630(2012)18-0098-04

2011-09-16

“十一五”國家科技支撐計劃項目(2007BAD52B07)

周蕓(1987—)，女，碩士研究生，研究方向為活性成分提取。E-mail：275774843@qq.com

*通信作者：張珍(1971—)，女，副教授，博士，研究方向為畜產(chǎn)品加工及功能活性物質(zhì)提取。E-mail：zhangzhen@gsau.edu.cn