表面活性剂增效微波提取沙棘增效微波提取沙棘叶黄酮的研究 赵二劳, 范建凤, 张小燕 ( 忻州师范学院化学系, 山西忻州 034000) 摘要 : 研究了表面活性剂增效, 微波提取沙棘叶黄酮的工艺, 筛选出对微波提取沙棘叶黄酮具有明显增溶效果的表面活性剂 尼纳尔 实验确定的最佳提取工艺条件为 : 以质量分数 0.9% 的尼纳尔水溶液为提取剂, 微波功率 540 W, 提取时间 5 min, 料液比 (g.. ml)1.. 40 对比实验表明: 该工艺比仅用微波法, 沙棘叶黄酮提取率提高了 43.8% 关键词 : 表面活性剂 ; 微波提取 ; 黄酮 Study on extraction of flavone from Sea-buckthorn leaf by combining surfactants with microware technology ZHAO Er-lao *, FAN Jian-feng, ZHANG Xiao-yan (Department of chemistry, Xin zhou Teachers University, Xinzhou 034000, China) Abstract: Extraction of the flavone from Sea-buckthorn leaf was studied by microware technology using surfactants as assistant substance of increase solubilization. Coconutt Diethanol Amide is confirmed the best surfactant, and the optimum condition for extraction was as follows: the extraction power of 540 W, the time of extraction of 5 minutes, the solution of Coconutt Diethanol Amide of 0.9 %, and the solid-liquid ratio of 1.. 40 (g.. ml). The parallel experiments indicate that rate of extraction using Coconutt Diethanol Amide as assistant substance of increase solubilization is increased 43.8% than only using microware technology. Key word: surfactant; microware-assisted extraction; flavone 天然产物中的黄酮是植物光合作用产生的一类次生代谢产物, 在自然界广泛存在, 尤其在各种蔬菜 水果和谷物之中含量丰富 黄酮具有多种多样的生物活性和药理作用, 对一些常见病和多发病有重要治疗或预防作用, 在保健品 医药 食品等领域具有广阔的应用前景, 因此, 有关天然产物中黄酮类化合物的提取 分离, 已引起人们的广泛关注, 成为研究的热点 [1-3] 黄酮的提取主要有有机溶剂浸提 微波辅助提取 超声波辅助提取和超临界萃取等 近年来, 已有部分科技工作者利用表面活性剂的增溶作用, 进行了表面活性剂协同提取天然产物活性成分的研究 [4-7], 该法通常是以溶有少量表面活性剂的水替代高浓度的醇或其他有机溶 基金项目 : 山西省高校科技开发研究项目 (200611041) 作者简介 : 赵二劳 (1952-), 男, 山西原平人, 副教授, 主要从事天然产物活性成分的提取分析研究 Email: zel0350@sina.com 1
剂进行活性成分的提取, 因而能大大降低提取成本, 并提高提取率 [8] 但有关表面活性剂协 同微波辅助提取沙棘叶中黄酮的研究未见报道, 本文对此进行了研究, 以期为沙棘资源的深 度开发利用提取技术支持 1 实验部分 1.1 试剂与仪器 沙棘叶, 十月采于山西省静乐县, 洗净晒干后用固体样品粉碎机粉碎, 过 40 目筛, 装瓶 待用 十二烷基硫酸钠 (K 12 ) 2,3- 二羟基丁二酸 (AEO 9 ) 乙氧基化烷基硫酸钠 (AES) 三甲胺乙内酯 ( 甜菜碱 ) 脂肪酸烷醇酰胺 ( 尼纳尔 ) 均为工业品, 其余试剂均为分析纯, 实 验用水为蒸馏水 LG 型家用微波炉 ( 天津东金电子电器有限公司 );722 型光栅可见分光光度计 ( 上海分 析仪器总厂 );AB204-N 型电子分析天平 ( 梅特勒 - 托利多仪器上海有限公司 );XA-I 型固体 样品粉碎机 ( 金坛市荣华仪器制造有限公司 );SHZ-D 型循环水真空泵 ( 河南巩义市英峪华 中仪器厂 ) 1.2 提取工艺流程 沙棘叶 微波提取 过滤 滤液 浓缩 真空干燥 产品 取 1.0 g 的沙棘叶粉末, 加入一定浓度的表面活性剂水溶液, 进行不同条件的微波提取, 提取液过滤, 滤液定容待测 1.3 总黄酮的测定 [9,10] 提取液中黄酮采用硝酸铝显色法测定 对提取液在最大吸收波长 510 nm 处测定其吸 光度, 确定其黄酮浓度 因在一定范围内提取中黄酮浓度与其吸光度值成良好的线性关系, 简便起见, 实验直接以定容于相同总体积的沙棘叶黄酮提取液的吸光度为考查指标, 进行表 面活性剂增效微波提取工艺的优化 1.4 黄酮提取率的计算 在最佳提取工艺条件下, 分别多次提取 1.0 g 的沙棘叶, 直到提取液中检测不到黄酮 收 集各次提取液, 并测定其体积 V i 和吸光度 A i, 然后合并各次提取液, 测出其总体积 V 总和吸 光度 A 总, 则每次提取率的计算公式为 : 2 结果与讨论 2.1 表面活性剂的选择 Ai Vi 提取率 /%= 100 % A 总 V 总 分别称取 1.0 g 沙棘叶, 加入相同体积的浓度为质量分数 1.0 % 的各种表面活性剂的水溶 2
液, 在相同微波条件下提取, 按 1.3 的方法测定吸光度, 结果如表 1 表 1 不同表面活性剂的提取效果 Tab. 1 Effect on extraction of different surfactants 表面活性剂甜菜碱尼纳尔 AEO 9 K 12 AES 吸光度 (A) 0.200 0.540 0.335 0.401 0.240 由表 1 可知, 同样条件下, 实验所试的几种表面活性剂中, 以尼纳尔提取效果最好, 故确定尼纳尔为本实验使用表面活性剂 2.2 微波功率的选择称取 1.0 g 沙棘叶, 在料液比 (g.. ml)1.. 30, 尼纳尔浓度为质量分数 1.0 %, 微波提取时间为 4 min 的条件下, 考察微波功率对黄酮提取的影响, 结果如表 2 表 2 微波功率的影响 Tab. 2 Effect on extraction of microwave power 微波功率 (W) 180 360 540 720 900 吸光度 (A) 0.322 0.457 0.482 0.463 0.455 由表 2 可知, 吸光度开始随着微波功率的增加而升高, 微波功率为 540 W 时吸光度最大 这可能是由于微波功率的升高, 温度也随之升高, 使细胞破裂, 利于黄酮类的溶出, 温度太高, 可能引起黄酮分解, 吸光度下降, 因此选择微波功率为 540 W 2.3 提取时间的取时间的选择称取 1.0 g 沙棘叶, 在料液比 (g.. ml)1.. 30, 尼纳尔浓度为质量分数 1.0 %, 微波功率为 540 W 的条件下, 改变微波提取时间, 实验结果如表 3 所示 表 3 提取时间的影响 Tab. 3 Effect on extraction of time 提取时间 (min) 1 2 3 4 5 6 吸光度 (A) 0.490 0.527 0.618 0.630 0.591 0.512 由表 3 可以看出, 吸光度随提取时间增加而增大, 说明黄酮溶出的越多 当提取时间为 4 min 时, 吸光度最大 当提取时间继续增加时, 吸光度反而下降, 原因可能是微波提取能把能量直接传到细胞内部, 快速加热, 有利于黄酮溶出, 但长时间加热不利于黄酮稳定性, 导致吸光度下降 因此, 选择提取时间为 4 min 2.4 料液比的影响称取 1.0 g 沙棘叶, 在微波功率为 540 W, 提取时间为 4 min, 尼纳尔浓度为质量分数 1.0 % 时, 考察料液比对沙棘黄酮提取的影响, 结果如表 4 从表 4 可知, 料液比 (g.. ml) 大于 1.. 30 时, 吸光度变化不大, 综合考虑, 选定料液比 (g.. ml) 为 1.. 30 3
表 4 料液比的影响 Tab. 4 Effect on extraction of the solid-liquid ratio 料液比 (g:ml) 1:10 1:20 1:30 1:40 1:50 1:60 1:70 吸光度 (A) 0.358 0.561 0.651 0.658 0.643 0.656 0.660 2.5 表面活性剂尼纳尔尼纳尔用量用量的影响 称取 1.0 g 沙棘叶, 在在料液比 (g.. ml)1.. 30, 微波功率为 540 W, 提取时间为 4 min 时, 考察表面活性剂尼纳尔浓度对沙棘叶黄酮提取的影响, 结果如表 5 所示 表 5 表面活性剂用量的影响 Tab. 5 Effect on extraction of surfactant dose 尼纳尔 (%) 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 吸光度 (A) 0.616 0.624 0.679 0.712 0.711 0.710 由表 5 可以看出, 当尼纳尔浓度增大时, 吸光度值也随之增大 但当尼纳尔质量浓度大于 0.8% 时, 吸光度值基本不变, 确定尼纳尔浓度为质量分数 0.8% 2.6 正交试验 在单因素分析的基础上, 选取微波功率 提取时间 料液比和表面活性剂尼纳尔浓度为 因素, 每个因素选三个水平, 按正交试验 L 9 (3 4 ) 表设计试验, 结果见表 6 表 6 正交试验结果 Tab. 6 Results of orthogonal experiments 试验号 功率 /W 尼纳尔浓度 /% 时间 /min 料液比 (g:ml) 吸光度 /A 1 180 0.7 3 1:20 0.465 2 180 0.8 4 1:30 0.686 3 180 0.9 5 1:40 0.816 4 360 0.7 4 1:40 0.718 5 360 0.8 5 1:20 0.598 6 360 0.9 3 1:30 0.718 7 540 0.7 5 1:30 0.680 8 540 0.8 3 1:40 0.766 9 540 0.9 4 1:20 0.614 K 1 1.967 1.863 1.949 1.677 K 2 2.034 2.050 2.018 2.084 K 3 2.060 2.148 2.094 2.300 R 0.093 0.285 0.145 0.623 由表 6 的极差分析可知, 各因素对黄酮提取影响的大小排序为 :D( 料液比 )>B( 浓度 )>C( 时 间 )>A( 功率 ), 最佳实验方案为 A 3 B 3 C 3 D 3 即表面活性剂增效微波提取沙棘叶黄酮的最佳工艺 条件为 : 微波功率为 540W, 提取时间为 5 min, 料液比 (g.. ml)1.. 40, 表面活性剂尼纳尔 浓度为质量分数 0.9% 2.7 对比实验 4
取等量的沙棘叶 3 份,1 份按上述实验确定的最佳工艺提取,1 份按上述实验确定的最佳工艺反复提取至检测不到黄酮止, 另 1 份按单纯微波辅助提取法 ( 提取剂为水 ) 提取, 计算提取率, 实验结果见表 7 表 7 对比实验 Tab. 7 Comparative experiments 提取方法提取液量 (ml) 吸光度 (A) 提取率 (%) 本法 100 0.819 74.5 微波法 100 0.337 30.7 由表 7 可知, 用表面活性剂协同微波辅助提取比仅用微波提取, 沙棘叶黄酮的提取率提高了 43.8% 表面活性剂尼纳尔协同微波提取沙棘叶黄酮, 其提取率提高的原因可能是由于表面活性剂具有特定的双亲分子结构, 可降低沙棘叶细胞膜与水溶液间的界面张力, 更利于水溶液通过毛细管或细胞间隙渗透进入细胞壁内, 溶解可溶的沙棘叶中黄酮, 使细胞内外浓度差增大, 水不断渗透进入细胞组织, 提高细胞内部系统含水量 当采用微波技术协同提取时, 细胞内溶液吸收微波后在短时间内能量快速上升, 细胞内部压力提高, 更加促使细胞膜内外两侧渗透压增大, 细胞膜快速破裂, 被提取的黄酮液比仅用微波法更易流出, 从而提高了它的浸出效能和提取率 4 结论通过单因素分析和正交试验, 探讨了表面活性剂增效, 协同微波辅助提取沙棘叶黄酮的工艺条件 实验确定的最佳提取工艺条件为 : 以质量分数 0.9% 的尼纳尔水溶液为提取剂, 微波功率 540 W, 提取时间 5 min, 料液比 (g.. ml)1.. 40 此工艺下, 沙棘叶黄酮的一次提取率为 74.5%, 比仅用微波法提取率提高了 43.8% 结果表明, 在提取剂中加入少量表面活性剂, 可提高提取速率, 降低成本和增加提取率 参考文献 : [1] 张岩, 曹国杰, 张燕, 等. 黄酮类化合物的提取以及检测方法的研究进展 [J]. 食品研究与开发,2008,29(1): 154-158. [2] 李巧玲. 黄酮类化合物提取分离工艺的研究进展 [J]. 山西食品工业,2003,(4):6-7. [3] 黎彧. 表面活性剂协同微波提取紫背天葵色素的研究 [J]. 分析测试学报,2005,24(4):95-97. [4] 龚盛昭, 程江, 杨卓如. 表面活性剂对黄芩苷微波萃取的影响 [J]. 日用化学工业,2005,35(1): 23-26. [5] 高虹, 黎碧娜, 陈晓霞. 微波 - 表面活性剂协同提取山竹外衣色素 [J]. 精细化工, 2006,23(4): 389-392. [6] 陈剑波, 郭利平, 孟巨光. 表面活性剂协同微波辐射萃取番茄红素的研究 [J]. 食品与发酵工业,2006,32(12): 161-163. [7] 高虹, 骆雪萍, 梁超华, 等. 表面活性剂增效微波提取紫荆花红色素的研究 [J]. 华北农学报,2004,19(1): 5
116-118. [8] 龚盛昭, 程江, 杨卓如. 表面活性剂协同提取芦丁研究 [J]. 林产化学与工业,2004,24(S1): 93-96. [9] 何书美, 刘敬兰. 茶叶中总黄酮含量测定方法的研究 [J]. 分析化学,2007,35(9): 1365-1368. [10] 钟世安, 李维, 乔蓉, 等. 分光光度法测定柚皮中黄酮类化合物 [J]. 光谱实验室,2007,24(4): 597-601. 6