金耳总黄酮微波萃取工艺优化研究

作者: 殷金玲 马亮

金耳总黄酮微波萃取工艺优化研究0

摘 要:以金耳为原料,采用微波辅助萃取金耳总黄酮,并通过单因素实验和响应面分析法确定金耳总黄酮最佳萃取工艺。结果表明,金耳总黄酮最佳萃取工艺为料液比1∶20(mg∶mL)、微波时间4 min、微波功率400 W、乙醇浓度60%,在此实验条件下金耳总黄酮微波萃取率为0.671 2%。

关键词:金耳;总黄酮;微波萃取;响应面法

Optimization of Microwave Extraction Process for Total Flavonoids from Tremella aurantialba

YIN Jinling1, MA Liang2

(1.Investment Promotion Bureau of Jilin Panshi Economic Development Zone, Panshi 132300, China;

2.Jilin Weiyikang Biotechnology Co., Ltd., Panshi 132300, China)

Abstract: Using Tremella aurantialba as raw material, microwave assisted extraction of total flavonoids from Tremella aurantialba was used, and the optimal extraction process of total flavonoids from Tremella aurantialba was determined through single factor experiments and response surface analysis. The results showed that the optimal extraction process for total flavonoids from Tremella aurantialba was material to liquid ratio 1∶20 (mg∶mL), microwave time 4 minutes, microwave power 400 W, and ethanol concentration 60%. Under these experimental conditions, the microwave extraction rate of total flavonoids from Tremella aurantialba was 0.671 2%.

Keywords: Tremella aurantialba; total flavonoids; microwave extraction; response surface method

金耳为担子菌门、银耳科、银耳属的一种金黄色可食用真菌,别称黄木耳、金黄耳、脑耳等[1]。金耳主要分布于我国云贵高原、四川、西藏等地,含有蛋白质、多糖、多酚、黄酮类和胶质等多种营养成分,具有抗氧化、抗血栓、降血糖、降血脂以及提高身体免疫力等功效[2]。

近年来,微波萃取技术在食品加工领域中得到了广泛应用[3]。与其他新型萃取方式如超声波萃取、超高压萃取、超临界萃取和电磁裂解萃取等相比,微波萃取技术在物料控制、溶剂选择、时间效率和生产操作上具有低成本优势。响应面分析法是目前使用广泛的实验分析方法,通过将各种实验影响因素和响应值整合成二次回归方程,确定各因素影响程度大小,进而为实际工业生产提供理论指导依据[4]。

目前,关于金耳的主要研究方向多为药理活性、多糖结构等。例如,刘光珍等[5]研究了金耳糖肽胶囊的技术药理学,张雯等[6]分析了金耳菌丝体多糖的降血糖功效,汪虹[7]概述了金耳药理活性研究及其多糖结构进展研究。黄酮类化合物具有延缓衰老、防癌抗癌、提高心血管功能的作用,但其无法在人体内直接合成,需要从植物中萃取[8]。本实验采用微波萃取技术对金耳中总黄酮类物质进行萃取,以单因素实验为基础,结合响应面实验探究金耳中总黄酮类物质的最佳提取工艺,深度挖掘金耳潜在营养价值,为金耳作为功能性食品原料的整体开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

金耳鲜品采购于四川广元;芦丁对照品,江西佰草源生物科技有限公司;硝酸铝、氢氧化钠、乙醇,分析纯,国药集团化学试剂有限公司;微波炉;粉碎机;电子分析天平;烘箱;UV-9600型紫外/可见分光光度计。

1.2 实验方法

1.2.1 金耳预处理

将金耳鲜品清洗干净,除去表面泥沙杂质后,切成1~2 cm均匀的块状,放入65 ℃的烘箱内烘干,干燥至恒重,然后用粉碎机粉碎处理,过100目筛,备用。

1.2.2 芦丁标准曲线绘制

精密称取4.0 mg芦丁标准品,置于10 mL容量瓶中,加入70%乙醇定容至刻度线,配制成浓度为0.4 mg·mL-1的标准品溶液,摇匀备用。用移液枪分别吸取芦丁标准品溶液0 mL、0.1 mL、0.2 mL、

0.3 mL、0.4 mL、0.5 mL、0.6 mL和0.7 mL,然后补加70%乙醇,使溶液总体积为1.2 mL,摇匀。然后加入5.0%亚硝酸钠溶液0.2 mL,再加入10.0%硝酸铝溶液0.2 mL,两次混合均需静置6 min。最后再加入4%氢氧化钠溶液2 mL,充分混合后静置

15 min,于510 nm处测定吸光值。芦丁标准系列溶液

浓度分别为0 mg·mL-1、0.01 mg·mL-1、0.02 mg·mL-1、

0.03 mg·mL-1、0.04 mg·mL-1、0.06 mg·mL-1、

0.07 mg·mL-1、0.08 mg·mL-1。以芦丁浓度为横坐

标(x),以吸光值为纵坐标(y),绘制标准曲线,得到的标准曲线线性回归方程为y=0.518x-0.005 4(R2=0.999 5)。

1.2.3 金耳总黄酮的萃取

称取金耳细粉1.0 g,置于250 mL烧瓶中,加乙醇溶液定容至指定刻度,在适宜的微波功率下加热一段时间,过滤,即可得到金耳萃取液[9]。准确称取5.00 mL萃取液于50 mL容量瓶中,稀释10倍,作为待测样品,备用。

1.2.4 单因素实验

(1)料液比(金耳细粉质量与乙醇溶液体积的比例)的确定。固定微波时间为4 min、微波功率为

300 W、乙醇浓度为50%,研究料液比(1∶10、1∶20、1∶30、1∶40和1∶50,mg∶mL)对金耳总黄酮萃取率的影响。

(2)微波时间的确定。固定料液比为1∶20、微波功率为300 W、乙醇浓度为50%,考察微波时间

(1 min、2 min、3 min、4 min和5 min)对金耳总黄酮萃取率的影响。

(3)微波功率的确定。固定料液比为1∶20、微波时间为4 min、乙醇浓度为50%,考察微波功率

(100 W、200 W、300 W、400 W和500 W)对金耳总黄酮萃取率的影响。

(4)乙醇浓度的确定。固定料液比为1∶20、微波时间为4 min、微波功率为300 W,考察乙醇浓度(50%、60%、70%、80%和90%)对金耳总黄酮萃取率的影响。

1.2.5 响应面实验

根据单因素实验结果,以料液比、微波时间、微波功率和乙醇浓度为因素,以金耳总黄酮萃取率为考察指标,采用Design-Expert 13.1.0软件对金耳总黄酮的萃取工艺进行CCD响应面设计[10-11]。实验方案见表1。

1.2.6 金耳总黄酮含量测定

将测得的吸光值代入芦丁回归方程中,测得萃取液中总黄酮浓度(C),按公式(1)计算样品中金耳总黄酮萃取率[12]。

金耳总黄酮萃取率(1)

式中:c为萃取液中金耳总黄酮的浓度,mg·mL-1;v为萃取液体积,mL;n为稀释倍数;m为金耳细粉样品质量,g。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 料液比对金耳总黄酮萃取率的影响

由图1可知,随着提取液体积的增加,金耳总黄酮的萃取率呈先增大后降低的趋势。当料液比为1∶20时,金耳总黄酮萃取率达到最大值,进一步增加提取液体积,金耳总黄酮萃取率呈现下降趋势。因此,最佳料液比为1∶20。

2.1.2 微波时间对金耳总黄酮萃取率的影响

由图2可知,当微波时间为4 min时,金耳总黄酮萃取率最高,超过4 min总黄酮萃取率开始下降。初步分析,微波通过高频振动,从内向外发散高能热量,升温速度极快。增加微波时间,溶液温度迅速升高,细胞内分子运动频率加快,细胞壁结构被延展、撕裂,加速了黄酮的释放。但黄酮在微波时间过长、温度过高的条件下,其组织结构会遭到破坏,导致萃取率降低。所以确定最佳微波时间为4 min。

2.1.3 微波功率对金耳总黄酮萃取率的影响

由图3可知,随着微波功率的增大,金耳总黄酮萃取率呈先增大后减小的趋势。当微波功率为

400 W时总黄酮萃取率达到最大值,继续增大微波功率,总黄酮萃取率开始下降,可能是因为微波功率过高时会快速裂解黄酮分子结构,造成含量下降。故确定最适宜的微波功率为400 W。

2.1.4 乙醇浓度对金耳总黄酮萃取率的影响

由图4可知,金耳总黄酮萃取率在乙醇浓度为60%时达到最大值,进一步增加乙醇浓度,总黄酮提取率呈下降趋势。黄酮易溶于乙醇,乙醇浓度过高会加速金耳中其他极性物质的分解,进而影响金耳总黄酮的释放。故确定最佳乙醇浓度为60%。

2.2 响应面优化实验结果

2.2.1 回归方程的建立与分析

响应面实验结果及方差分析结果见表2、表3。利用Design-Expert 13.1.0对实验结果进行拟合,得到的回归方程为Y=0.672 2+0.004 6A-0.013 6B-0.016 2C+0.016 3D-0.008 5AB+0.014AC-0.018 7AD-0.01BC+0.004 3BD+0.014 5CD-0.034 5A2-0.041 2B2-0.026 6C2-0.032 1D2。

由表3可知,模型中F=16.14,P<0.000 1,表明确立的回归模型有统计学意义;R2=0.941 6,表明该模型的拟合度较好,实验误差较小。一次项B、C、D、交互项AD以及二次项A2、B2、C2、D2对金耳总黄酮萃取率的影响极显著(P<0.01);二次项AC、CD对金耳总黄酮萃取率有显著影响(P<0.05);一次项A与交互项AB、BC、BD对金耳总黄酮萃取率的影响不显著(P>0.05)。金耳总黄酮萃取率受4个单因素的影响程度依次为乙醇浓度>微波功率>微波时间>料液比。

2.2.2 最优工艺参数的确定和验证

经过Design-Expert 13.1.0软件对实验结果进行拟合,得到金耳总黄酮微波萃取的最佳工艺参数为料液比1∶19.8、微波时间3.75 min、微波功率376 W,乙醇浓度62%。在此条件下得到的金耳总黄酮萃取率为0.676 5%。

考虑到实际工业化生产条件及成本,确定最佳工艺参数为料液比1∶20、微波时间4 min、微波功率400 W、乙醇浓度60%,该条件下金耳总黄酮萃取率为0.671 2%。该数值与模型最佳工艺参数所得结果基本吻合,表明优化后的工艺参数具有较好的指导性和实际操作性。

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