微波辅助提取黄芩黄酮的工艺优化

1、工艺技术 食品科学 2008, Vol.29, No.09 215微波辅助提取黄芩黄酮的工艺优化梁 英1，任成才1，韩鲁佳2（1. 黑龙江八一农垦大学文理学院，黑龙江 大庆 163319；2. 中国农业大学 现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室，北京 1000831摘 要：目的：利用ETHOS T密闭式微波消解-萃取系统优化黄芩黄酮提取工艺。方法：通过二次旋转组合试验研究了乙醇浓度、浸提温度、浸提时间和液固比对黄芩黄酮浸提率的影响。结果：建立了黄芩黄酮浸提率与各因素之间关系的数学模型；用约束复合形法确定了优化工艺参数，即乙醇浓度为47.9%、浸提温度为88.3，浸提时间为3.4min ，液

2、固比为25.0ml/g，此条件下黄酮的浸提率为97.52%；利用显微分析技术研究了微波对植物细胞壁的影响，发现微波对植物样品具有生物效应。结论：微波辅助浸提具有浸提效率高、选择性强，重现性好、操作简单、节省时间和安全等优点，适合于从黄芩中浸提黄酮类化合物。关键词：微波辅助浸提；黄芩；黄酮化合物；优化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中图分类号：S377 文 献标识码： A 文章编号：1002-6630(200809-0215-03黄芩是一种常用中草药，黄芩甙、黄芩素、汉黄芩甙等黄酮化合物是黄芩的主要有效成分，它们具有广泛的药理作用1。黄芩黄酮的提取多采用水提酸沉法2-3，其时间长、能耗大、效率较低、产品纯度不高。微波辅助提取能强化提取过程、缩短生产周期、减少能源和溶剂的消耗以及废物的产生，提高目标成分的提取率和纯度，是一种颇具前瞻性的绿色环

8、保新技术。近年来，国内外已将微波辅助提取技术应用于天然药物活性成分的提取4-6。将微波提取技术应用于黄芩中黄芩苷或总黄酮的提取已有报道7-8，但这些研究只局限于单因素试验或是正交试验，所得优化工艺不能用于预测。本实验将应用微波技术，通过二次旋转组合试验，探讨各因素对黄芩黄酮浸提率的影响，建立因素与浸提率关系的数学模型，应用约束复合形法确定优化工艺参数，利用显微技术探讨微波辅助提取的机理，从而为天然植物有效成分的高效快速提取提供参考和理论依据。收稿日期：2008-05-20基金项目：国家科技攻关资助项目(2004BA514A17-3 ；黑龙江省教育厅资助项目（11213071）； 黑龙江八一农垦

9、大学博士基金资助项目216 2008, Vol.29, No.09 食品科学 工艺技术1 材料与方法1.1材料与试剂黄芩药材 海淀医药经营公司，为唇齿科植物黄芩(Scutellaria baicalensis Georgi的干燥根，黄芩黄酮含量18.48%；黄芩甙、黄芩素和汉黄芩素标准品(含量均大于99.0% 日本和光纯药工业株式会社；甲醇(色谱纯 美国Water 公司。1.2仪器与设备ETHOS T型微波消解/萃取系统 意大利Milestone 公司；高效液相色谱系统(配有可变波长紫外可见检测器和南宁市威玛龙WML-2001通用型色谱工作站 日本日立公司； DH-2光学显微镜 日本奥林帕斯公

10、司。1.3 方法22.1结果与分析回归模型的建立与统计分析将试验所得数据，即黄芩黄酮浸提率，进行多元回归分析，建立二次回归数学模型，经对回归模型的方差分析、F 检验及验证后，确认有效(不显著因素已剔除 。=63.230.4819x 12.6769x 27.242x 3y=y1.343x 40.004848x 1x 20.01596x 1x 40.01367x 221.067x 320.0390x 422.2 黄芩黄酮含量测定：采用HPLC 法9。黄芩黄酮浸提率计算：黄酮浸提率(% =浸提液中黄芩黄酮量黄芩原料中黄芩黄酮量×100为探讨各浸提因素对黄芩黄酮浸提率的影响，确定最佳浸提工艺

11、参数，在单因素试验的基础上10，将微波功率定为600 W，颗粒粒度定为40目，以乙醇浓度X 1、浸提温度X 2、浸提时间X 3和液固比X 4为试验因素，运用四因素二次正交旋转组合设计，进行36次试验，因素水平选择及编码结果见表1。表1 黄芩黄酮浸提二次回归正交旋转组合试验设计因素水平编码表Table 1 Factors and levels of quadratic orthogonal rotationcombination design for extracting flavonoids from Scutellaria radix图1 and liquid-solid ratio on

12、extraction rate of flavonoids由图1可看出，乙醇浓度对浸提率的影响最大，其次是液固比和浸提温度，浸提时间对浸提率的影响最小。随乙醇浓度的增大，浸提率先提高后降低，乙醇浓度接近中间值浸提率最高。这是因为含量最高的黄芩甙主要以葡萄糖醛酸的形式存在，乙醇浓度过大其溶解度显著下降。浸提温度对浸提率影响的总趋势是随浸提温度的提高，浸提率缓慢增加；浸提温度为+1水平时，浸提效果最好；浸提温度高于此水平，因黄酮部分被氧化或分解，导致浸提率下降。由于微波具有快速加热的特点，在极短时间内就可将物料加热到预设温度，所以，浸提时间对浸提率的影响不大。液固比增大有利于黄酮的溶出，浸提率提高

13、。从上述分析中还可看到，各因素与浸提率的关系均是非线性的，且浸提率随其他因素水平的变化而变化，这说明各因素对浸提率的影响不是单独起作用的，它们之间存在交互作用。2.3两因素间的交互效应分析由回归方程偏回归系数显著性检验可知，只有乙醇浓度与浸提温度及乙醇浓度与液固比因素间存在显著的交互作用，其他因素间的交互作用差异均不显著。为观察交互作用的影响，可由回归方程，固定其中两个因素为零水平，得到另外2个因素对浸提率影响的子回归方程。采用Matlab 编程，由子回归方程绘制浸提率的响应面图，如图2、3所示。从图3可看出，乙醇试验因素上星号臂 (+2上水平(+1零水平(0下水平 (1 下星号臂 (2 水平

14、间隔(_X 1 乙醇浓度 X2 浸提温度 X3 浸提时间 X4 液固比(% ( (min (ml/g5432112520151055采用Excel 、SPSS 统计软件和Matlab 数学分析软件对试验数据进行分析及处理。工艺技术 食品科学 2008, Vol.29, No.09 217酮的浸提率最高为97.52%。100浸提率(%对最佳浸提工艺参数组合进行验证，验证结果与理论值吻合较好，说明回归方程与实际情况相符合，预测精度较高，优化结果可信。3 结 论11_00水平-11浓度醇 乙80604020221 浸10_提温0度水-11_平2-22-2223.1以黄芩黄酮浸提率为试验指标，采用四因

15、素二次回归正交旋转组合设计对黄酮浸提工艺参数进行优化研究，建立了黄芩黄酮浸提率与乙醇浓度、浸提温度、浸提时间和液固比之间关系的回归方程，所获得的回归方程有效，与实际情况拟合较好，这为微波辅助浸提黄芩黄酮工艺的确定提供了量化基础。3.2用约束复合形法对工艺参数进行优化，所得优化图2 乙醇浓度和浸提温度对黄酮浸提率的影响Fig.2 Effects of ethanol concentration and temperature onextraction rate of flavonoids100浸提率(%工艺为：乙醇浓度47. 9%、浸提温度88. 3、浸提时间3.4min 、液固比25.0ml/

16、g，在此组合条件下黄酮的浸提率最高97.52%。验证结果表明，回归方程的计算值与实验值吻合程度很高，说明回归方程的预测精度较1水平1浓度醇 乙28060402021 液固比0_水平1高，优化结果的可信。参考文献：1梁英, 韩鲁佳. 黄芩中黄酮类化合物药理学作用研究J. 中国农业大学学报, 2003, 8(6: 9-14.234李成文, 闫东海, 陈建玉. 黄芩苷提取工艺研究J. 中成药, 2003, 25(8: 666-669.梁英, 韩鲁佳, 杨宏志. 饲料添加剂用黄芩甙提取工艺条件的优化J. 农业工程学报, 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_图3 乙醇浓度和液固比对黄酮浸提率的影响Fig.3 Effects of ethanol concentration and liquid-solid ratio on extraction rate of flavonoids 浓

18、度与液固比对浸提率的影响最显著。液固比对浸提率的影响较大，增大液固比可提高浸提率，即增加浸提剂用量可增大溶质的溶出。当乙醇浓度为_2水平，改变液固比对浸提率影响不大；而乙醇浓度为+2水平时，改变液固比对浸提率产生很大影响。液固比越小，乙醇浓度对浸提率影响越大，当液固比为_2水平时，乙醇浓度对浸提率影响最大。这说明在相对较少浸提剂的情况下，溶剂的性质对溶质的溶解度影响大。乙醇浓度越高，液固比对浸提率影响越大。增大液固比或降低乙醇浓度都可使浸提率提高，说明液固比与乙醇浓度之间存在较显著的交互作用。2.4微波辅助浸提黄芩黄酮工艺参数的优化采用约束优化法，用Matlab 数学软件编制目标函数文件、约束条件文件及优化值的运行文件程序，上_0.0848, 0.8319, 0.3940,=y(=机求解，得优化解为：y ymax5PAN X J, LIU H Z, JIA G H, et al. Microwave-assisted extraction ofglycyrrhizic acid from licorice rootJ. Biochemical Engineering Jour