超声波辅助提取美人蕉叶总黄酮工艺及其抗氧化活性研究.pdf

收稿日期:基金项目:漳州市自然科学基金项目()福建省中青年教师教育科研项目()第一作者简介:陈文娟()女硕士副教授主要从事食品科学的研究通信作者:陈建福()男博士副教授主要从事食品应用化学的研究文章编号:():././.超声波辅助提取美人蕉叶总黄酮工艺及其抗氧化活性研究陈文娟陈建福张铭霞庄远红(.漳州城市职业学院 食品工程系福建 漳州.漳州职业技术学院 石油化工学院福建 漳州.福建省精细化工应用技术协同创新中心福建 漳州.闽南师范大学 生物科学与技术学院福建 漳州)摘要:为开发利用美人蕉资源探究超声波对美人蕉叶总黄酮提取率的影响采用响应面法优化了提取工艺并评价了总黄酮的抗氧化活性 先通过单因素实验考察超声时间、超声温度、液料比和乙醇体积分数对美人蕉叶总黄酮提取率的影响确定 个单因素的参数范围再通过 .进行 因素 水平的响应面设计及优化最后通过美人蕉叶总黄酮对、自由基的清除能力确定了其抗氧化活性 结果表明当超声时间为、超声温度为、液料比为/和乙醇体积分数为 时美人蕉叶总黄酮的提取率最高为./与预测值的相对误差为.表明该实验模型合理适合于美人蕉叶总黄酮提取工艺的优化 美人蕉叶总黄酮对、自由基均表现出较强的清除能力其 值分别为.、.、./该研究为具生物活性的美人蕉叶总黄酮的开发与利用提供方向关键词:超声波辅助提取总黄酮美人蕉叶响应面法优化抗氧化活性中图分类号:文献标志码:(.):././.第 卷第 期 湖北民族大学学报(自然科学版).年 月 ()./.:美人蕉(.)又名红艳蕉等原产于印度等热带地区为美人蕉科多年生草本植物已被引种到我国各地 我国美人蕉资源丰富但目前主要用作景观植物利用率较低在城市建设、土地改造中许多美人蕉被当作废弃物丢掉导致资源的浪费 研究表明美人蕉中含有黄酮、多酚、生物碱等多种天然有效成分具有多种药理作用 其中黄酮是一类存在于植物根、茎、叶等各个部位的化合物具有抗肿瘤、抗突变、抗衰老、降压、降血脂等多种生物生理活性超声波提取法是利用超声的热效应、空化效应以及机械作用击穿和爆破被提取样品的细胞壁促使细胞中的有效成分迅速溶解的一种新型提取方法该方法具有安全、易操作的优点 论文对美人蕉叶中总黄酮的提取工艺进行研究运用超声波辅助提取方法以提取液中总黄酮的提取率为评价指标设计单因素实验考察超声时间、超声温度、液料比和乙醇体积分数对总黄酮提取率的影响 在单因素实验的基础上进行响应面法优化得出美人蕉叶提取总黄酮的最佳提取条件最后考察了美人蕉叶中总黄酮的抗氧化活性旨在为美人蕉叶总黄酮的开发与利用提供依据 材料与方法.材料与仪器美人蕉叶摘于漳州市马鞍山经王水琦教授鉴定为美人蕉科红花美人蕉(.)叶实验试剂有芦丁(上海源叶生物科技有限公司标准品纯度)、无水乙醇(西陇科学股份有限公司分析纯)其他试剂均为市售分析纯试剂仪器包括紫外可见分光光度计(上海美普达仪器有限公司)、超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司).实验方法.原料预处理 将采摘的美人蕉叶用蒸馏水洗净然后放在通风处沥干用剪刀将它们切成小块放在 的烘箱中干燥至恒重用粉碎机粉碎过 目筛子装袋备用.芦丁标准液的配制 准确吸取.、.、.、.、.、.的./芦丁标准溶液将其置于 个完全相同且标好编号的 比色管中分别向编号为 的试管中添加体积分数为 的乙醇溶液使试管内的溶液体积达到.再次向试管中依次加入.的质量分数为 的 溶液并充分摇匀 后加入.质量分数为 硝酸铝溶液充分振摇放置 后加入 体积分数为 的 溶液摇匀后用体积分数为 的乙醇溶液将每个试管中的溶液体积补充至 定容静置.芦丁标准曲线的绘制 取上述芦丁标准溶液上清液于设置好波长为 的紫外可见分光光度计上进行测定以体积分数为 的乙醇溶液为空白对照每个样品平行测定 次取均值 把芦丁标准品质量浓度(/)作为横坐标吸光度作为纵坐标绘制实验标准曲线 得出吸光度与芦丁标准品质量浓度的关系表示为:.总黄酮测定方法 精准称取美人蕉叶取一定量一定体积分数的乙醇混合于圆底烧瓶 在不同单因素的条件下利用超声波提取法提取总黄酮 超声波提取后过滤废渣将提取液定容至 容量瓶中后按.的方法将美人蕉叶总黄酮溶液置于紫外可见分光光度计中测定样品的吸光度 美人蕉叶中总黄酮的提取率 计算方法如下:()式()中:为美人蕉叶中总黄酮的提取率(/)为待测液黄酮质量浓度(/)为稀释倍数 为粗提取液体积()为原料质量().单因素实验设计 在预实验的基础上获得了合理的实验范围和梯度选择超声时间、超声温度、液料 湖北民族大学学报(自然科学版)第 卷比和乙醇体积分数为自变量以美人蕉叶总黄酮的提取率作为实验的响应值并进行单因素实验准确称取美人蕉叶干粉在 的超声温度下加入体积分数为 的乙醇溶液控制液料比为/设置超声时间为、不同超声时间分别做 组平行实验 到时间后取出过滤废渣定容分别用紫外可见分光光度计进行测定记录每个条件下的吸光度并计算提取率准确称取美人蕉叶干粉加入体积分数为 的乙醇溶液控制液料比为 /在超声时间为 的条件下设置超声温度为、不同超声温度分别做 组平行实验 到时间后取出过滤废渣定容分别用紫外可见分光光度计进行测定记录每个条件下的吸光度并计算提取率准确称取美人蕉叶干粉加入体积分数为 的乙醇溶液在超声时间为 超声温度为 条件下设置液料比为、/不同液料比分别做 组平行实验 到时间后取出过滤废渣定容分别用紫外可见分光光度计进行测定记录每个条件下的吸光度并计算提取率表 响应面分析自变量因素编码水平.水平因素超声时间/超声温度/液料比/(/)乙醇体积分数/准确称取美人蕉叶干粉在超声时间为 超声温度为 液料比为/的条件下设置乙醇体积分数为、不同乙醇体积分数分别做 组平行实验 到时间后取出过滤废渣定容分别用紫外可见分光光度计进行测定记录每个条件下的吸光度并计算提取率.响应面实验设计 以超声时间()、超声温度()、液料比()和乙醇体积分数()作为单因素实验的 个工艺因素在每个自变量中选取 个水平以低、中、高分别编码为、总黄酮提取率()为响应值 响应面分析自变量因素编码水平如表 所示.美人蕉叶总黄酮的抗氧化能力.对 自由基的清除效果准确转移.一系列质量浓度的美人蕉叶总黄酮至比色管中分别加入/邻苯三酚和 ./、值为.的 缓冲液摇匀后置于 水浴中 继续加入 质量分数为 溶液摇匀后在 处测得吸光度 取等体积蒸馏水作空白对照测得吸光度 以维生素 作为阳性对照每个实验平行测定 次计算得美人蕉叶总黄酮的超氧阴离子自由基清除率():().对 自由基的清除效果 准确转移 一系列质量浓度的美人蕉叶总黄酮至比色管中分别加入/的硫酸亚铁溶液和 /的过氧化氢溶液暗处放置 后加入 /的水杨酸溶液加水定容至 静置 后于 处测得吸光度 分别用去离子水代替美人蕉叶总黄酮提取液和过氧化氢溶液并测得吸光度为 和 以维生素 作为阳性对照每个实验平行测定 次计算得美人蕉叶总黄酮的羟基自由基清除率():().对 自由基的清除效果 准确转移 一系列质量浓度的美人蕉叶总黄酮至比色管中加入 ./乙醇溶液摇匀后避光放置 在 处测得吸光度 后将总黄酮溶液换成无水乙醇测得吸光度 将溶液换成无水乙醇测得吸光度 以维生素 作为阳性对照每个实验平行测定 次计算得美人蕉叶总黄酮的 自由基清除率():()结果与分析.单因素实验.超声时间对总黄酮提取率的影响 超声时间对黄酮提取率的影响如图()所示 由图()可知在超声时间为 时美人蕉叶总黄酮的提取率最高这是因为在超声时间从 延长至 的条第 期 陈文娟等:超声波辅助提取美人蕉叶总黄酮工艺及其抗氧化活性研究 件下美人蕉叶片细胞会不断被超声波破坏美人蕉叶总黄酮提取率随之升高 但超声时间超过 后长时间的超声波反而使得总黄酮降解而导致提取率下降 因此超声时间选择为.超声温度对总黄酮提取率的影响 超声温度对总黄酮提取率的影响如图()所示 由图()可知在超声温度为 时美人蕉叶总黄酮的提取率最高这是因为在超声温度从升高到的条件下由于热效应黄酮类化合物和溶剂分子的碰撞概率增加美人蕉叶总黄酮提取率随之升高 但当超声温度超过 后总黄酮中结构稳定性较差的物质会被氧化而导致提取率下降 因此超声温度选择为.液料比对总黄酮提取率的影响 液料比对总黄酮提取率的影响如图()所示 由图()可知在液料比为/时美人蕉叶总黄酮的提取率最高这是因为在液料比从 /增加到 /的条件下提取溶剂与美人蕉叶颗粒内总黄酮之间存在较大的浓度差质量传递推动力大使原料中的黄酮类化合物扩散到溶剂中美人蕉叶总黄酮提取率随之升高 但当液料比超过 /后过高的液料比反而使得体系溶出更多的非黄酮类杂质而导致提取率下降 因此液料比选择为/.乙醇体积分数对总黄酮提取率的影响 乙醇体积分数对总黄酮提取率的影响如图()所示 由图()可知在乙醇体积分数为 时美人蕉叶总黄酮的提取率最高这是因为在乙醇体积分数从 增加到的条件下溶剂体系与黄酮类化合物之间的极性越近溶解黄酮类化合物的量也越大美人蕉叶总黄酮提取率随之升高 但当乙醇体积分数超过 后过高的乙醇体积分数反而导致一些脂溶性杂质的组分溶出量增加加剧了脂溶性杂质与黄酮之间的竞争而导致黄酮提取率下降 因此乙醇体积分数选择为 ()超声时间 ()超声温度 ()液料比 ()乙醇体积分数图 各因素对黄酮提取率的影响.响应面实验结果.响应面实验设计与结果 根据单因素实验结果进行了响应面实验具体实验参数编码如表 所示通过软件分析了超声时间()、超声温度()、液料比()和乙醇体积分数()相互作用对总黄酮提取率()的影响 分析结果如表 所示.回归模型的建立及显著性分析 通过软件分析了表 的实验数据得到了表 的回归方程方差分析结果最终确定了美人蕉叶总黄酮提取率的回归模型为 .方程的失拟项.表明该模型与实测值拟合度较好不存在明显失拟因素 模型的液料比乙醇体积分数超声时间 另外根据自变量中的 值大小也可看出一次项、二次项、(.)对美人蕉叶总黄酮提取的影响极显著二次项 即液料比与超声温度的交互作用对美人蕉叶总黄酮提取结果影响显著(.)因此模型可以用于美人蕉叶提取总黄酮的工艺优化表 响应面实验结果.序号超声时间/超声温度/液料比/(/)乙醇体积分数/提取率/(/)序号超声时间/超声温度/液料比/(/)乙醇体积分数/提取率/(/).表 拟合二次多项式模型的方差分析.实验号平方和自由度均值 值 值显著性模型.极显著.极显著.显著.极显著.极显著.极显著.极显著残差项.失拟项.绝对误差.总离差.注:.差异极显著.差异不显著.交互作用的响应面分析根据各因素与响应值构成的空间曲面和等高线可直观看出各因素对响应值的影响 其曲面坡线的陡峭程度表示 个因素与其响应值的影响程度 如果响应面图中的曲面坡线处于相对平坦的状态则表明在此处理条件下因素的变化对响应值的影响很小如果响应面图中的曲面坡线陡峭则表明因素条件的变化对总黄酮提取率有很大影响 根据等高线的形状如果等高线呈椭圆形则这 个因素的相互作用是显著的如果等高线偏向圆形则不显著 通过最高点所在等高线图中的位置可以直观地看到最佳因素条件超声时间和超声温度 个因素之间的交互影响情况如图 所示 由图 可知等高线呈微椭圆说明超声时间和超声温度 个因素之间的交互不显著(.)超声时间曲面坡线比超声温度缓和说明超声时间的改变对总黄酮提取率的影响较超声温度的影响弱 根据等高线的圆点位置可以看出 为最佳超声时间、为最佳超声温度超声时间和液料比 个因素之间的交互影响情况如图 所示 由图 可知等高线呈微椭圆说明超声时间和液料比 个因素之间的交互不显著(.)超声时间曲面坡线比液料比缓和说明超声时间比液料比对响应值的影响小 根据等高线的圆点位置可以看出 为最佳超声时间、/为最佳液料比第 期 陈文娟等:超声波辅助提取美人蕉叶总黄酮工艺及其抗氧化活性研究 超声时间和乙醇体积分数 个因素之间的交互影响情况如图 所示 由图 可知等高线趋近于圆形说明超声时间和乙醇体积分数 个因素之间的交互作用对提取率的影响不显著(.)根据等高线的圆点位置可以看出 为最佳超声时间、为最佳乙醇体积分数 ()超声时间和超声温度的响应面图()超声时间和超声温度的等高线图图 超声时间和超声温度