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正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化紫背天葵多酚提取工藝

2020-03-31 10:59張文展劉定榮甘志凱張淑蕊邱小林
江西化工 2020年1期
關(guān)鍵詞:乙醇體積分?jǐn)?shù)

張文展 劉定榮 甘志凱 張淑蕊 邱小林

(南昌理工學(xué)院,江西 南昌 330044)

紫背天葵(Gynura bicolor D.C)別名紫背菜、兩色三七草、紅背菜、觀音菜、紅軍菜等,原產(chǎn)于中國(guó)溫暖濕潤(rùn)的南方地區(qū),是秋海棠科的多年生無莖草本植物[1-2]。在江西、廣東、海南、福建、四川和一些東南亞地區(qū)等地均有分布,其中生長(zhǎng)在井岡山地區(qū)的紫背天葵被當(dāng)?shù)厝朔Q為紅軍菜。紅軍菜是井岡山地區(qū)著名的野生蔬菜,具有很好的食用價(jià)值和藥用價(jià)值,同時(shí)對(duì)兒童、婦女和老人還具有較好的保健功能[3-4]。在我國(guó)南方一些地區(qū)更是把紫背天葵作為一種補(bǔ)血的良藥,是產(chǎn)后婦女食用的主要蔬菜之一。相關(guān)的藥學(xué)實(shí)驗(yàn)表明[5],紫背天葵性味甘、涼,具有清熱解毒、活血止血、降血壓、消腫、抗病毒等功效。據(jù)初步研究,紫背天葵中含有豐富營(yíng)養(yǎng)素和生物活性物質(zhì)。目前,國(guó)內(nèi)對(duì)紫背天葵功效成分提取的研究主要在多糖[6-7]、黃酮類物質(zhì)[8-10]、紫色素[11]、紅色素[1]、及揮發(fā)油成分[12]等方面,而對(duì)紫背天葵中多酚類物質(zhì)的提取卻鮮有報(bào)道。

多酚類物質(zhì)是植物重要的次生代謝產(chǎn)物,是大多數(shù)中藥、水果、蔬菜中的功能性成分,包括酚酸、類黃酮、異黃酮、花青素、單寧、兒茶素、花色甙等[13-14]。多酚具有多種顯著的生物活性,包括抗氧化,降血糖、降血脂、防止動(dòng)脈粥樣硬化等功效[15]。現(xiàn)代研究表明,水果和蔬菜的攝入量與患心血管疾病、關(guān)節(jié)炎、慢性炎癥、癌癥等慢性疾病的風(fēng)險(xiǎn)呈負(fù)相關(guān),其主要原因在于水果和蔬菜中含有豐富的多酚類物質(zhì)。本研究以紫背天葵為主要原料,以乙醇為溶劑提取紫背天葵中多酚,并對(duì)相應(yīng)提取工藝進(jìn)行優(yōu)化以精確測(cè)定多酚含量,為更好的利用和開發(fā)江西井岡山地區(qū)的紫背天葵藥用植物資源提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料及方法

1.1 材料及試劑

紫背天葵鮮葉,由南昌理工學(xué)院井岡山紅軍菜種植基地提供,60℃烘箱干燥后備用;福林酚試劑,北京宗盛瑞泰科技有限公司;沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品,天津歐博凱化有限公司;碳酸鈉,天津市永大化學(xué)試劑有限公司;乙醇,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。其他所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9246A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;FW177中草藥粉碎機(jī),天津市泰斯特儀器公司;723可見分光光度計(jì),尤尼柯儀器有限公司;BS224S電子天平,賽多利斯科學(xué)儀器有限公司;TGL-16G臺(tái)式離心機(jī),上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 多酚的提取

紫背天葵 60℃烘干5h至恒重,中草藥粉碎機(jī)打碎,過60目篩精確稱量后加入一定濃度乙醇溶液,并選擇一定溫度置于恒溫水浴鍋中超聲浸提一定時(shí)間,最后經(jīng)過離心、過濾、取上清液等步驟來收集紫背天葵多酚醇提液。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

精確稱取8mg沒食子酸,用蒸餾水定容50mL,得到?jīng)]食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別取沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液 0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mL于10mL容量瓶中,加入福林酚試劑0.5mL及1mL 15%的Na2CO3溶液,充分混合后定容到10mL,30℃避光放置1h,以蒸餾水為空白對(duì)照,在760nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度值,每個(gè)樣品平行測(cè)定3次。以沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度(mg/mL)為橫坐標(biāo),以吸光度值作為縱坐標(biāo),繪制相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.3 紫背天葵中多酚的提取及含量測(cè)定

精密稱取0.5g紫背天葵粉至50mL離心管中,加入25mL 60% 乙醇,置于超聲提取器中提取30min,然后以4000r/min的速度離心5min。取上清液0.5mL,加入0.5mL福林酚試劑及1mL 15%的Na2CO3溶液,最后用蒸餾水定容至10mL容量瓶,避光1h后測(cè)定760nm波長(zhǎng)下吸光度值,根據(jù)1.3.2標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算多酚含量。紫背天葵多酚含量以每克樣品所含相當(dāng)于沒食子酸的量來表達(dá)。多酚的提取率公式如下:

(1)

式(1)中,C為提取液中多酚的濃度(mg/mL);V為提取液體積(mL);n為稀釋倍數(shù),m為紫背天葵粉的質(zhì)量(g)。

1.3.4 紫背天葵多酚提取的單因素實(shí)驗(yàn)

1.3.4.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)紫背天葵多酚提取率的影響

準(zhǔn)確稱取干燥的紫背天葵粉末0.5g,按1:50(g/mL)料液比、提取溫度40℃、提取時(shí)間60min,分別加入體積分?jǐn)?shù)為 0%、20%、40%、60%、80%、95%的乙醇溶液。分析不同乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)多酚提取率的影響。

1.3.4.2 提取溫度對(duì)紫背天葵多酚提取率的影響

準(zhǔn)確稱取干燥的紫背天葵粉末0.5g,在乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%、料液比為1:50(g/mL)、提取時(shí)間60min條件下,分別選擇提取溫度為20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃,以分析不同提取溫度對(duì)紫背天葵多酚提取的影響。

1.3.4.3 料液比對(duì)紫背天葵多酚提取率的影響

準(zhǔn)確稱取干燥的紫背天葵粉末0.5g,在乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%、提取溫度為40℃、提取時(shí)間60min條件下,分別按照料液比為1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70(g/mL)進(jìn)行提取,以分析不同料液比對(duì)紫背天葵多酚提取的影響。

1.3.4.4 提取時(shí)間對(duì)紫背天葵多酚提取率的影響

準(zhǔn)確稱取干燥的紫背天葵粉末0.5g,在乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%、料液比為1:50(g/mL)、提取溫度為40℃條件下,分別測(cè)定超聲提取時(shí)間為10min、20min、30min、40min、50min、60min時(shí)紫背天葵多酚的提取率,以分析提取時(shí)間對(duì)紫背天葵多酚提取的影響。

1.3.5 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化提取條件

根據(jù)上述的單因素實(shí)驗(yàn),選擇乙醇濃度、提取溫度、料液比和提取時(shí)間四因素的最好水平,設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)。因素水平設(shè)計(jì)表如表1所示。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

2 結(jié)果與討論

2.1 沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線

根據(jù)沒食子酸的濃度與吸光度,得到?jīng)]食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示,標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程為Y=94.52X+0.038,式中Y為吸光度,X為沒食子酸的濃度(mg/mL),方程線性回歸系數(shù)R2=0.995。

圖1 沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

2.2.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)紫背天葵多酚提取率的影響

乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)紫背天葵多酚提取率的影響,見圖2。

圖2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)紫背天葵多酚提取率的影響

由圖2可知,當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)在20% ~ 40%之間時(shí),隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加,紫背天葵多酚的提取率呈上升趨勢(shì),且在乙醇濃度達(dá)到40%時(shí)紫背天葵多酚提取得率達(dá)到最大值7.08mg/g,之后隨著乙醇濃度的繼續(xù)增加,紫背天葵多酚的提取率反而開始下降。這可能是由于乙醇體積分?jǐn)?shù)過低時(shí),糖類等水溶性物質(zhì)大量溶出,不利于有效成分的溶解和吸收[16];而乙醇體積分?jǐn)?shù)過高時(shí),脂溶性物質(zhì)大量溶出,影響紫背天葵多酚的溶出,從而影響紫背天葵多酚的含量。綜合以上結(jié)果,乙醇的最適體積分?jǐn)?shù)為40%。

2.2.2 提取溫度對(duì)紫背天葵多酚提取率的影響

提取溫度對(duì)紫背天葵多酚提取率的影響,見圖3。

圖3 溫度對(duì)紫背天葵多酚提取率的影響

如圖3所示,隨著提取溫度的升高,紫背天葵多酚提取率先上升后緩慢下降,在50℃時(shí)達(dá)到最大值。這是由于多酚物質(zhì)在10℃~50℃的低溫區(qū)間時(shí)一般性質(zhì)較穩(wěn)定,且隨著溫度的升高其在乙醇水溶液中的溶解度增大,黏度減少,擴(kuò)散系數(shù)增加,浸提速度加快,浸提量增加,因此浸提液中多酚含量也會(huì)隨之增高。而當(dāng)溫度超過50℃之后,紫背天葵多酚提取率開始下降,這是由于多酚的熱穩(wěn)定性較差,長(zhǎng)時(shí)間受熱時(shí)會(huì)發(fā)生氧化水解反應(yīng)[17]。因此50 °C為適宜的提取溫度。

2.2.3 料液比對(duì)紫背天葵多酚提取率的影響

料液比對(duì)紫背天葵多酚提取率的影響,見圖4。

圖4 料液比對(duì)紫背天葵多酚提取率的影響

多酚與溶劑間的濃度差是多酚提取的推動(dòng)力,選擇合適的料液比不僅可以提高多酚的提取速率,還能降低溶劑消耗和生產(chǎn)成本[18]。由圖4可知,隨著料液比的增加,紫背天葵多酚的提取得率隨之增加。當(dāng)料液比達(dá)到1∶50(g/mL)后,多酚物質(zhì)含量增加的不明顯。這是由于多酚物質(zhì)已基本全部溶出,再增加溶劑含量效果也不會(huì)顯著。因此,為提高效率降低成本,選擇料液比為1∶50(g/mL)較為合適。

2.2.4 提取時(shí)間對(duì)紫背天葵多酚提取率的影響

提取時(shí)間對(duì)紫背天葵多酚提取率的影響,見圖5。

圖5 提取時(shí)間對(duì)紫背天葵多酚提取率的影響

由圖5可知:提取時(shí)間在10min至30min時(shí),隨著超聲提取時(shí)間的延長(zhǎng),紫背天葵多酚的提取率明顯增加;超過30min后增加較緩慢,在50min時(shí)提取率達(dá)到最高值;提取時(shí)間大于50min后,紫背天葵多酚的提取率反而下降。這可能是由于紫背天葵中的多酚物質(zhì)在最初的30min內(nèi)已基本提取完成,隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng),可溶出的多酚物質(zhì)越來越少。如果提取時(shí)間過長(zhǎng),部分多酚物質(zhì)還會(huì)被氧化,導(dǎo)致多酚含量下降[19]。因此,30 min為適宜的提取時(shí)間。

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

由表2可知,四種因素對(duì)多酚提取效果的影響順序依次為:A(乙醇濃度)>C(料液比)> B(提取溫度)> D(提取時(shí)間);正交實(shí)驗(yàn)得到的最佳工藝組合為A1B2C3D1,即乙醇體積分?jǐn)?shù)40%,提取溫度50℃,料液比為1∶60,提取時(shí)間30min。但通過單因素實(shí)驗(yàn)可知,料液比為1∶50和1∶60時(shí)紫背天葵多酚提取量基本相同,為節(jié)省成本料液比選取1∶50。因此可取最佳工藝組合為乙醇體積分?jǐn)?shù)40%,提取溫度50℃,料液比為1∶50,提取時(shí)間30min。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果表

2.4 紫背天葵中多酚含量

在最佳提取條件下,對(duì)紫背天葵中多酚重復(fù)提取三次,并進(jìn)行含量測(cè)定。表3結(jié)果表明紫背天葵中多酚含量為10.88 mg/g,前兩次提取率占到三次提取總量的88.5 %。

表3 紫背天葵中多酚含量提取結(jié)果

3 結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn),確定了利用超聲波輔助提取紫背天葵中多酚的最佳工藝參數(shù)為:乙醇體積分?jǐn)?shù)40%,料液比 1∶50(g/mL),提取溫度50℃,提取時(shí)間50min,在此最優(yōu)條件下,多酚提取量為 10.88mg/g。本實(shí)驗(yàn)為紫背天葵的進(jìn)一步純化和活性研究奠定了基礎(chǔ),也為更好的綜合利用和開發(fā)江西井岡山地區(qū)紫背天葵藥用資源提供技術(shù)參考依據(jù)。

*基金項(xiàng)目:江西省教育廳科學(xué)技術(shù)青年基金項(xiàng)目(GJJ171052);江西省南昌市2017年度“洪城特聘專家”項(xiàng)目;江西省教育廳科學(xué)技術(shù)重點(diǎn)項(xiàng)目(GJJ161153)。

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