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金花葵粗黄酮的提取工艺研究
金花葵粗黄酮的提取工艺研究
化学工程师
ChemicalEngineer2011年第10期
玢
斯
铡
斌
文章编号:
1002—1124(2011)10—0031—05
金花葵粗黄酮的提取工艺研究
杨秀松
(国家食品药品监督管理局高级研修学院.北京100073)
摘要:
通过对金花葵黄酮超声辅助提取工艺单因素和正交实验的研究,获得了金花葵黄酮粗提物的提
取工艺参数:
80~C下超声30min后,用60%乙醇,料液比1:
40,提取时间75min,提取1次.经分析提取液中
黄酮类物质的含量,计算每克原料的黄酮提取量为56.37mg.提取液经旋转蒸发浓缩后用冷冻干燥制得黄酮
粗提物的冻干粉,每g金花葵原料可得冻干粉0.097g,黄酮含量为0.0562g,黄酮粗提物的得率和黄酮含量分
别为9.7%和58%.
关键词:
金花葵;粗黄酮;提取
中图分类号:
R284.2文献标识码:
A
ExtractionofcrudeflavonoidsfromAbeimoschusmanihot(L)flower
YANGXiu—song
(StateFoodandDrugAdministrationInstituteofExecutiveDevelopment,Bering100073,China)
Abstract:
BythestudiesofAbelmoschusmanihot(L)flowerflavonoidsultrasound—assistedextractionthatUS--
ingsinglefactorandorthogonaldesign,theultrasonic-assistedextractionparametersofflavonoidscrudeextracts
couldbeobtainedasfollows:
After80~Ctemperatureultrasonic30min,ultrasonictreatmentlastedfor75minwith
1:
40of60%ethano1.andextractedonetime.Calculatingthecontentofflavonoidextract.wecouldseetheamount
offlavonoidextractionis56.37mgpergramofrawmaterials.Flavonoidscrudeextractsconcentratedbyrotarye—
vaporationlaterobtaineditsfreeze-driedpowderbyfreeze-drying.Abelmoschusmanihot(L)flowerrawmaterial
pergramoffreeze-driedpowderobtained0.097gandflavonoidcontentwas0.0562g,Theextractionrateof
flavonoidsandflavonoidcontentswere9.7%and58%.
Keywords:
Abelmoschusmanihotflower;crudeflavonoids;extraction
金花葵又名菜芙蓉(HibiscusmanihotL.)也称
野芙蓉,为1年生草本锦葵科((Malvaceae)秋葵属
植物.是2003年8月被中国农科院在河北邢台地区
发现濒临绝种的植物,在200多个秋葵植物中最具
食用,药用,保健功能,有较高的利用价值.对金花
葵的黄酮含量测定表明,金花葵黄酮含量高达5.6%
(干重),是已知天然产物中含量最高者….
黄酮类化合物是一类重要的并且在植物界分
布广泛的天然化合物,它泛指两个具有酚羟基的苯
环(A一与B一环)通过中央三碳原子相互连结而成
的一系列化合物.根据中央三碳链的氧化程度,B一
环联结位及三碳链是否构成环状等特点,可将黄酮
类化合物分为9类:
黄酮,黄酮醇,异黄酮,黄烷酮,
双氢黄酮醇,查尔酮,花青素,花色苷,橙酮.黄酮
类化合物具有抗氧化,调节机体免疫力【引,降低心血
管疾病发生『41,抗炎『51,降血糖等生理涪陛.
收稿日期:
2011-09—14
作者简介:
杨秀松(1975一),男(汉),工程师,硕士,主要从事食品工艺
和食品功能性研究.
联2I811'./~:
accrC2一苯基色原酮(黄酮类)
图1生物类黄酮的基本结构
Fig.1Basicstructureofflavonoids
黄酮的提取是指采用适当的溶剂从植物组织
中将黄酮分离的过程,溶剂的选择决定于黄酮的类
型和溶解性质.存在于茎杆中的黄酮,多为游离甙
元,需依甙元的极性选择提取溶剂,极性大的甙元
可采用极性较大的溶剂,而极性小的甙元提取,则
应采用氯仿,乙醚,乙酸乙酯等溶剂提取.存在于
花,叶,果等组织中的苷,由于存在配糖体,极性较
大,可以使用极性较大的溶剂如丙酮,乙酸乙酯,乙
醇,水提取.为促进溶剂的扩散速度,提高提取速度
和效率,可采用辅助提取方法,常用的辅助提取方
法有:
超声波提取法,微波提取法,高压提取法,酶
解法提取法,超临界流体萃取等.
杨秀松:
金花葵粗黄酮的提取工艺研究2011年第1O期
1实验部分
1.1实验材料,试剂及仪器
金花葵(由河北邢台市绿岭食品公司).
芦丁(纯度:
≥95.O%,中国药品生物制品检定
所);乙醇,石油醚,NaOH,NaNO2,AI(NO3)3均为分
析纯,北京化学试剂厂.
DFF一100手提式高速中药粉碎机(温岭市大德
中药机械有限公司);FA1004电子天平(上海精科
天平仪器厂);超声波药品处理机(济宁金百特电子
有限责任公司);RE一52旋转蒸发器(上海亚荣生化
仪器厂);SH13—11I循环水式多用真空泵(郑州长城
科工贸有限公司);722型紫外可见分光光度计(上
海精密科学仪器有限公司);LG10—2.4A离心机(北
京医用离心机厂);DZF一6020型真空干燥箱(上海
益恒实验仪器有限公司).
1.2实验方法
1.2.1金花葵粗黄酮的提取称取一定量烘干至
恒重的粉碎金花葵样品,乙醇浸泡,超声波辅助提
取总黄酮.收集提取液,石油醚萃取.收集水相,浓
缩至膏状,加入95%乙醇沉淀多糖等不溶物,离心
除杂,收集液体,并用乙醇定容至一定体积,备用
(待测液).
1.2.2单因素实验
1.2.2.1乙醇浓度的确定准确称取5.00g粉碎金
花葵,在提取时间60min,超声温度80℃,料液比1:
35,预浸泡时间6h,提取次数1次的情况下,分别选
取乙醇浓度为50%,60%,70%,80%,90%进行总黄
酮提取实验.
1.2.2.2料液比的确定准确称取5.00g粉碎金花
葵,在乙醇浓度70%,提取时间60min,超声温度80℃,
预浸泡时间6h,提取次数1次的情况下,分别选取
料液比为1:
20,1:
25,1:
30,1:
35,1:
40进行
总黄酮提取实验.
1.2.2_3提取时间的确定准确称取5.00g粉碎金
花葵,在乙醇浓度70%,超声温度80℃,料液比1:
35,预浸泡时间6h,提取次数1次的情况下,分别选
取提取时间为15,30,45,60,75min进行总黄酮提
取实验.
1.2.2.4超声温度的确定准确称取5.00g粉碎金
花葵,在乙醇浓度70%,提取时间60min,料液比1:
35,预浸泡时间6h,提取次数1次的情况下,分别选
取超声温度为40,50,60,70,80,90℃进行总黄酮提
取实验.
1.2.2.5提取次数的影响准确称取5.00g粉碎金
花葵,在乙醇浓度70%,提取时间60min,超声温度
80~C,料液比1:
35,预浸泡时间6h的情况下,对原
料进行3次提取.
1.3正交实验
根据上述单因素实验结果,选择乙醇浓度(A),
料液比(B),超声时间(c),超声温度(D)4个因素设
计L9(3)正交表,考察4个因素的交互作用.由正交
表中9组不同组合实验,来筛选最佳的工艺条件和
技术参数.各因素水平设计见表1.
表1金花葵黄酮提取正交实验设计
Tab.1TheorthogonalexperimentDesignofextractionof
flavonoidsfromPotentillachinensisSer
水平因素
A乙醇浓度/%B料液比C超声时间/rainD超声温度/℃
1.4金花葵浸提物总黄酮含量的测定
标准对照液的制备:
准确称取经120℃干燥至
恒重的芦丁标准品25mg,置于10mL容量瓶中,加
入适量70%乙醇溶液,温热溶解,冷却,再用70%乙
醇溶液稀释至刻度,摇匀.用吸量管吸取5.0mL于
50mL容量瓶中,加入70%乙醇溶液至刻度,摇匀,
即得0.1mg?
mL-标准对照液.
标准曲线的绘制:
精密量取标准对照液O.0,1.0,
2.0,3.0,4.0,5.0mL分别置于10mL容量瓶中,再分
别向容量瓶内加70%乙醇溶液5.0,4.0,3.0,2.0,1.
0,0.0mL,加5%NaNO2溶液0.3mL,摇匀,放置6min,
再加入10%Al(NO.)溶液0.3mL,摇匀,放置6min,
加4%NaOH溶液4mL,用70%乙醇溶液定容至刻
度,摇匀,放置15min,在510nm波长处测定不同浓
度芦丁溶液的吸光度,以浓度为横坐标,吸光度为
纵坐标,绘制标准曲线.
样品测定:
按照1.2.2.1所示黄酮提取步骤得到
待测液.准确量取lmL待测液于10mL容量瓶中,
加70%乙醇至5mL.加0.3mL5%NaNO2,摇匀,静置
6min;加0.3mL10%A1(NO3)3,摇匀,静置6min;加
4mL4%NaOH,用70%乙醇定容至刻度,摇匀,静置
15min,在510nm处测定,样液空白为参比.
黄酮类物质含量的计算:
黄酮类物质含量(mg?
g)=(10cAⅣ)
式中c:
由吸光度计算出的总黄酮浓度,mg?
mL-;
2011年第l0期杨秀松:
金花葵粗黄酮的提取工艺研究
:
稀释倍数;Ⅳ:
提取液样品含量,mL;M:
称取金花
葵质量,g.,
1.5黄酮粗提物的制备
准确称取50g金花葵,以最佳工艺提取,提取
液旋转蒸发浓缩,冷冻干燥即得.
1.6统计方法
统计学处理数据用"均数±标准差"表示,采用
SPSS13.0统计分析软件,多组间差异比较用ANOVA
检验和方差分析.
2结果与分析
2.1总黄酮含量标准曲线
以芦丁浓度为横坐标,以吸光值为纵坐标,绘
制标准曲线见图2.
图2总黄酮含量标准曲线
Fig.2Standardcunreoftotalflavonoidscontent
用Excel软件进行线性回归分析,得回归方程:
Y=10.477x一0.0054,RL0.9994.其中Y为吸光度,
为芦丁浓度(mg?
mL),R为相关系数.
2.2黄酮提取的单因素实验结果
2.2.1乙醇浓度的影响黄酮易溶于醇水混合物,
不同浓度的乙醇水溶液中黄酮的溶解度不同,提取
率也不同.为考察不同浓度乙醇的黄酮提取效果,
确定最佳的乙醇提取浓度,设计了50%,60%,70%,
80%和90%5个浓度.
图3为不同浓度乙醇溶液对金花葵提取物总
黄酮含量的影响.
由图3可见,在乙醇浓度50%70%之间,随着
乙醇浓度的升高,金花葵提取液中总黄酮的含量逐
渐增加,在70%的乙醇浓度时达高峰;在乙醇浓度
70%~90%之间,随着乙醇浓度的升高,金花葵提取
液中总黄酮的含量逐渐下降.这可能是由于当溶质
达到一定比例时,黄酮物质在溶液中的溶解已达到
平衡,再增加溶质的量,只会增加杂质的溶出,导致
黄提取物中黄酮含量下降.
乙醇浓度,%
图3不同浓度乙醇溶液对金花葵提取物
总黄酮含量的影响
Fig.3Effectofdifferentconsistofethanoltototalflavonoids
contentinabelmoschusmanihotflowerextraction
2.2.2料液比的影响固液提取是目标成分从固
体材料中扩散到提取溶剂中的过程,因此,随液一固
比的增大,分散到提取液中的目标成分的稀释倍数
越大.为考察不同料液比对黄酮提取效果的影响,
确定最佳的料液比,设计了1:
15,1:
20,1:
25,1
:
30,1:
35和l:
406个料液比,结果见图4.
料液比
图4不同料液比对金花葵提取物总黄酮含量的影响
Fig.4Effectoffeedliquidratiotototalflavonoidscontentin
abelmoschusmanihotflowerextraction
由图4可见,随着料液比的增大,总黄酮提取
量逐渐增大,当料液比达到1:
35时,提取量基本
不再增加.表明料液比在1:
35时,黄酮在物料和
溶剂之间的分配趋向均衡.料液比的大小影响浸提
的浓度差,浓度差越大,扩散推动力越大,越利于提
高浸提效率.实验中,随着料液比的增大,总黄酮提
取量逐渐增大.当料液比达到1:
35时,提取量达
到最高值,而后提取量反而有少许下降.
2.2.3提取时间的影响理论上提取时间越长,提
取率越高,但时间越长,生产能耗越大,而且当提取
率达到一定程度时,即使延长时间也不会使提取率
明显增加,甚至有时还会降低.为考察提取时间对
金花葵黄酮提取效果的影响,确定最佳的提取时
间,实验设计了15,30,45,60,75,90min6个提取时
间,结果见图5.
0OOOO0O
口0,
杨秀松:
金花葵粗黄酮的提取工艺研究2011年第1O期
60
50
4O
30
缸
离20
{I砥
1O
Ol53O456O7590
提取时间/min
图5不同提取时间对金花葵提取物总黄酮含量的影响
Fig.5EffectsofdifferenttimeontotalflavonoidsofPotentilla
chinensisSerextracts
由图5可看出,在15~60min内,随着提取时间
的延长,黄酮提取量也逐渐升高,60min后,提取量
不再增加,反而略有下降.表明随着时间的延长,物
料中的黄酮逐渐向溶剂转移,至60min达到分配平
衡.60min后,提取量反而有些许下降,这是因为时
间过长杂质成分溶解也随之增加,反而会降低提取
效率.
2.2.4超声温度的影响超声可造成植物细胞破
壁,增加细胞的通透性,从而提高黄酮的提取率.影
响细胞破壁的因素包括超声功能,超声时间,超生
温度等,由于本实验室的超声波提取设备为固定功
率的超声波提取仪,因此,实验仅考察超声时间和
超声温度对黄酮提取效果的影响.为考察超声温度
对黄酮提取效果的影响,实验设计了40,50,6O,70,
80℃5个处理温度,结果见图6.
超声温度,℃
图6不同提取温度对金花葵提取物总黄酮含量的影响
Fig.6Effectofextractiontemperaturetototalflavonoids
contentinabelmoschusmanihotflowerextraction
由图6可见,温度在4O~70℃之间时,随着温度
的升高黄酮提取量逐渐增大,当温度升高到一定
70~C时,超声温度再升高时,黄酮的提取量基本不
再增加.表明,当超声温度达到70℃时,金花葵花的
细胞已充分破壁.温度增加可增大可溶性成分的溶
解度,扩散系数,并且温度适当升高,可使原料中的
蛋白质凝固,酶破坏而增加浸提液的稳定性,但温
度过高,会破坏提取物中的不耐热成分,并且导致
浸提液的品质劣变,因此,应当选择合适的提取温度.
2.2.5超声时间的影响在一定的超声功率和温
度下,超声时间越长,植物细胞的破壁率越高,活性
成分的提取效果越好,但当破壁率达到接近100%时,
即使再延长超声时间,也不会增加黄酮的提取量.
为考察超声时间和黄酮提取量的关系,实验设计了
超声10,15,2O,25,30,35,40min的超声处理时间,
结果见图7.
6O
50
4O
瑚I
加30
匿
粗20
1O
0第一次第二次第三次
图8不同提取次数的提取液中黄酮含量
Fig.8Effectofextractiontimestototalflavonoidscontentin
abelmoschusmanihotflowerextraction
由图8可看出,金花葵总黄酮有效成分在第一
次提取时就已基本达到最大提取量,3次提取出的
浸提物总黄酮含量比例约为45:
2:
1,一次提取已
经能提取出绝大部分的目标物质.表明1次提取己
基本将金花葵中的黄酮提取出来,第2,3次提取几
乎没有实际意义.中草药成分复杂,有效化学成分
较多,溶剂提取时,往往不能够一次就把所需有效
∞∞∞∞m
.
暑II《咖扣匿槭
2011年第lO期杨秀松:
金花葵粗黄酮的提取工艺研究
成分提取完全,因此,在对中草药有效化学成分进
行提取时,一般会采用提取2—3次,以便充分浸提
有效物质,提高中草药的利用率.而本实验中,金花
葵总黄酮有效成分在第一次提取时就已基本达到
最大提取量,一次提取已经能提取出绝大部分的目
标物质.从成本角度如热量,试剂,时间等因素综合
考虑,选取提取1次即可.
2-3正交实验结果与分析
2.3.1因素的选择及正交实验结果由以上单因
素影响实验,得到了在各个因素改变的情况下提取
效果较好的一些因素条件,从中选取4个对实验结
果影响较大的因素,确立金花葵黄酮提取的因素水
平表,见表3.由此设计了相应的正交表L9(3).正
交实验结果见表3.
表3k(3)正交试验结果
Tab.3ResultsoftheL日(3)orthogonalexperiment
从表3可以看出,各实验因素及其水平对金花
葵黄酮类物质提取量的大小表现出一定的差异,实
验各因素之间存在一定的相互作用,对金花葵总黄
酮的提取产生了不同的影响.极差分析结果如下:
A>C>B>D,即乙醇浓度>超声时间>料液比>超声
温度.
2.3.2方差分析金花葵黄酮类物质提取正交实
验方差分析见表4.
表4实验结果方差分析
Tab.4Varianceanalysisoftheexperimentalresults
由表4可见,各因素对提取效果的影响均存在
统计学意义(P<0.05).综合直观分析和方差分析的
结果,最优水平组合为A.B,c,D:
即乙醇浓度60%,料
液比1:
40,提取时间75min,超声温度80℃.
2.3.3验证实验采用最佳提取工艺AB,cD进
行3次重复试验,得到金花葵黄酮的平均提取量为
56.37mg?
g~,较正交试验中最高提取量55.43mg?
g
有所提高,表明达到了较好的提取效果.
2.4黄酮粗提物的制备
50g金花葵提取液制备的冻干粉经称量为
4.852g,测定总黄酮含量为2.812g.计算粗提物得
率,粗黄酮冻干粉黄酮含量分别为:
9.7%和57.
955%
3结论
(1)通过单因素实验确定的金花葵黄酮类物质
提取的最佳工艺为:
超声温度80℃超声处理30min
后,用70%乙醇,料液比1:
35,提取时间60min,提
取次数1次.
(2)通过正交实验分析得到金花葵黄酮类物质
提取的最佳工艺为:
乙醇浓度60%,料液比1:
40,提
取时间75min,超声温度80℃,各因素均对提取率
有显着性(尸<O.05)影响.并通过验证实验得到此条
件下金花葵黄酮类物质的最高提取量:
56.37mg?
g~.
参考文献
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