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超声
超声
摘要:
运用二次通用旋转组合设计法,研究了采用超声-微波协同萃取法提取桂花(osmanthusfragranslour.)叶总黄酮工艺中乙醇体积分数、液料比、提取功率、提取时间对桂花叶总黄酮提取率的影响,建立了具有良好预测性能的提取条件数学模型,确定了最佳提取工艺条件。
结果表明,最佳工艺条件为乙醇体积分数59%,提取功率140w,提取时间13.2min,液料比23∶1(v/m,ml∶g),在最佳工艺条件下总黄酮提取率可达4.4210%。
关键词:
超声-微波协同萃取;二次通用旋转组合设计;桂花(osmanthusfragranslour.);总黄酮abstract:
ultrasonic-microwavesynergisticextractionoftotalflavonoidsfromosmanthusfragransleaveswereoptimizedbyquadraticgeneralrotarydesign.theeffectsofethanolconcentration,materialtosolventratio,extractionpower,extractiontimeontheyieldoftotalflavonoidswerestudied.amathematicalmodelofextractionconditionswithgoodpredictionperformancewasestablished;andanoptimumcraftfortotalflavonoidsextractionwasobtained.theresultsshowedtheoptimumconditionswereethanolvolumefraction,59%;extractionpower,140w;extractiontime,13.2min;andsolventtomaterialratio,23∶1(v/m,ml∶g).theyieldoftotalflavonoidscouldbeupto4.4210%undertheoptimumconditions.keywords:
ultrasonic-microwavesynergisticextraction;quadraticgeneralrotarydesign;osmanthusfragrans;totalflavonoids桂花(osmanthusfragranslour.)是木犀科木犀属常绿灌木或小乔木,桂花叶茂而常绿,树龄长久,秋季开花,芳香四溢。
中国桂花栽培历史悠久,早在战国时期就有记载,而民间栽培始于宋代,昌盛于明初。
在此间形成了湖北省咸宁市、江苏省苏州市、广西壮族自治区桂林市、浙江省杭州市和四川省成都市五大全国有名的桂花商品生产基地,桂花是中国特产的观赏花木和芳香树。
古人认为桂为百药之长,具有散寒破结、化痰止咳、暖胃、平肝、散寒、祛风湿的功效。
桂花的根、茎、叶、花均有药用价值。
桂花叶中有很多成分如黄酮、生物碱、多糖、氨基酸、维生素和微量元素等,其中黄酮、多糖、生物碱是主要活性成分[1-4]。
目前已经有报道用去离子水作为溶剂提取桂花叶中的总黄酮[5],但是利用超声-微波协同萃取法的相关研究还未见报道。
超声-微波协同萃取法是近年发展起来的一种新方法,具有快速、高效、环保、安全等特点。
研究利用该新技术提取桂花叶中总黄酮,并用二次通用旋转组合设计优化提取工艺条件,为桂花叶总黄酮的进一步开发利用提供技术参考。
1材料与方法1.1材料1.1.1原料桂花叶采自蜀光中学栽培园,将采回来的新鲜桂花叶清洗干净,放入烘箱中于60℃烘干,再用粉碎机粉碎,过60目筛备用[6]。
芦丁标准品购自国药集团化学试剂有限公司,naoh购自重庆川东化工(集团)有限公司化学试剂厂,al(no3)3购自成都市科龙化工试剂厂,nano2购自上海试剂一厂,体积分数为95%的乙醇购自天津市化学试剂二厂。
以上均为分析纯。
1.1.2仪器与设备cw-2000超声-微波协同萃取仪购自上海新拓微波溶样测试技术有限公司,ar1140电子天平购自梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司,uv-1100紫外可见分光光度计购自上海美谱达仪器有限公司。
1.2方法1.2.1芦丁标准溶液的制备精密称取于120℃干燥至恒重的芦丁标准品10.00mg,置于50ml的容量瓶中,加入体积分数为65%的乙醇,置于水浴上微热使之溶解,并用体积分数为65%的乙醇稀释至刻度,摇匀,备用。
1.2.2最大吸收峰的确定精确移取芦丁标准溶液10ml于50ml容量瓶中,加入50g/lnano2溶液2ml,混匀,放置6min,加入100g/lal(no3)3溶液2ml,放置6min,混匀,再加入40g/lnaoh溶液10ml,摇匀,最后加入体积分数为65%的乙醇定容,放置15min,以不加芦丁溶液的为空白对照,于460~580nm波长下扫描,发现其在502nm处有最大吸收峰。
1.2.3标准曲线的建立精确移取芦丁标准溶液0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0ml,分别加入体积分数为65%的乙醇8ml,加入50g/lnano2溶液1ml,混匀,放置6min,加入100g/lal(no3)3溶液1ml,混匀,放置6min,再加入40g/lnaoh溶液10ml,摇匀,最后加入体积分数为65%的乙醇定容至25ml,放置15min,在波长502nm处测吸光度。
根据测定结果计算得标准方程:
■=0.01113c+0.00586,r=0.9977。
1.2.4桂花叶总黄酮提取率的计算称取一定量的桂花叶粉,用一定体积分数的乙醇在一定条件下采用超声-微波协同萃取,将过滤得到的滤液定容,得供试品溶液。
精确移取供试品溶液0.5ml,加入显色剂,定容至25ml,在最大吸收波长502nm处测定吸光度,根据标准方程计算总黄酮提取率。
1.2.5单因素试验对影响总黄酮提取率的4个因素提取功率、乙醇体积分数、液料比和提取时间分别进行单因素试验[7-10]。
1)提取功率对提取率的影响。
在乙醇体积分数为60%,提取温度为55℃,液料比为4∶1(v/m,ml∶g),提取时间为12min的条件下,改变提取功率分别为50、100、150、200、250w进行提取,计算总黄酮提取率。
2)乙醇体积分数对提取率的影响。
在提取功率为150w,提取时间为12min,提取温度为55℃,液料比为4∶1(v/m,ml∶g)的条件下,改变乙醇体积分数分别为50%、60%、70%、80%、90%进行提取,计算总黄酮提取率。
3)液料比对提取率的影响。
在提取功率为150w,乙醇体积分数为60%,提取时间为12min,提取温度为55℃的条件下,改变液料比分别为4∶1、12∶1、20∶1、28∶1、36∶1(v/m,ml∶g,下同)进行提取,计算总黄酮提取率。
4)提取时间对提取率的影响。
在提取功率为150w,乙醇体积分数为60%,提取温度为55℃,液料比为28∶1的条件下,改变提取时间分别为6、9、12、15、18min进行提取,计算总黄酮提取率。
1.2.6二次通用旋转组合设计根据考察的因素数和零水平的试验次数确定星号臂值r为2[11,12]。
因素与编码水平见表1。
2结果与分析2.1单因素试验结果分析2.1.1提取功率对总黄酮提取率的影响由图1可知,随着提取功率的逐渐增大,桂花叶总黄酮提取率也在逐渐增大,当提取功率达到150w时,总黄酮提取率最高,之后随着提取功率的增加,总黄酮提取率逐渐降低,因此选择提取功率为100~200w较为适宜。
2.1.2乙醇体积分数对总黄酮提取率的影响由图2可知,随着乙醇体积分数的增加[13],桂花叶总黄酮提取率呈下降趋势。
在乙醇体积分数为50%时提取效果最好,总黄酮提取率最高为2.79%。
随着乙醇体积分数进一步增加,总黄酮提取率逐渐下降,故以乙醇体积分数为50%最佳。
2.1.3液料比对总黄酮提取率的影响由图3可知,桂花叶总黄酮提取率随着液料比的增加也逐渐增大,当液料比为28∶1时,总黄酮提取率也达到最大,之后再增加液料比总黄酮提取率反而下降,但减小较少,液料比为20∶1~28∶1时,总黄酮提取率变化较小,故选择液料比为20∶1~28∶1较为适宜。
2.1.4提取时间对总黄酮提取率的影响由图4可知,随着提取时间增长,桂花叶总黄酮提取率增高。
当提取时间为12min时总黄酮提取率达到最高,为3.79%,随后总黄酮提取率逐渐降低。
故以提取12min为宜。
2.2二次通用旋转组合设计试验结果二次通用旋转组合试验[14,15]结果见表2。
对表2的数据进行回归分析得到回归方程:
y=-24.43774+0.62700x1+1.36406x2+0.39284x3+0.022926x4-0.015357x1x2-6.41333×10-3x2x3-9.61333×10-4x2x4+1.94400×10-4x3x4-9.58429×10-3x12-0.019451x22-2.90257×10-3x32-8.06429×10-5x42。
对这个回归方程分别进行回归系数显著性检验以及失拟性检验,检验结果见表3及表4。
由表3可知,各个系数项均显著,说明各个系数是具有统计学意义的。
由表4可知,由于flf<f0.01(10,6),失拟性检验不显著,表明无失拟因素、模型有效。
因此,可以通过此模型预测和筛选工艺方案。
在试验条件范围内,使用快速登高法对回归方程求极值,可得到:
x1=22.85、x2=13.19、x3=58.88、x4=137.19,即最佳工艺条件为液料比23∶1,乙醇体积分数59%,在140w的提取功率下提取13.2min,此条件下的提取率为4.4027%。
2.3验证性试验在上述最优试验条件下,采用液料比为23∶1的体积分数为59%的乙醇,用140w的提取功率提取13.2min后,得到提取率最高,为4.4210%。
3小结与讨论以桂花叶为原料提取总黄酮,以影响总黄酮提取率的液料比(x1)、提取时间(x2)、乙醇体积分数(x3)、提取功率(x4)为考察因素,通过二次通用旋转组合设计得到如下回归方程:
■=-24.43774+0.62700x1+1.36406x2+0.39284x3+0.022926x4-0.015357x1x2-6.41333×10-3x2x3-9.61333×10-4x2x4+1.94400×10-4x3x4-9.58429×10-3x12-0.019451x22-2.90257×10-3x32-8.06429×10-5x42。
对数学模型进行优化可知,4个试验因素在一定的取值范围内均可得到较高的提取率,为方便操作及贴近实际生产,优化的提取条件为乙醇体积分数59%、液料比23∶1、提取功率140w、提取时间13.2min,此条件下桂花叶总黄酮实际提取率为4.4210%,与理论值4.4027%接近,表明数学模型对优化桂花叶总黄酮的提取工艺是可行的。
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