超声波强化提取荠菜中有机酸的研究

    
　　荠菜，为十字花科菜属，别名护生草、地菜、菱角菜、荠荠菜等，广泛分布在我国各省。荠菜作为野菜中营养价值zui高的一种，已经越来越备受人们青睐［1］。荠菜中含多种有机酸如原儿茶酸、柠檬酸、荠菜酸、苹果酸、枸橼酸、对氨基苯磺酸、延胡索酸等，多以钙盐、钾盐及钠盐的形式存在。越来越多的研究证明，有机酸类成分具有抗肿瘤、抑菌、抗血栓、抗艾滋病毒等广泛的生物活性。因此，有机酸类成分的提取成为热点。
    
　　目前，有机酸的提取方法主要有3种，即蒸馏水直接提取法，乙醇-旋转蒸发提取法，乙氰、甲醇提取法［2］。由于乙氰、甲醇成本高且有毒性，因此较少使用。乙醇-旋转蒸发提取法成本高，水浸提法成本较低，但提取效率低。近年来，人们用超声波技术提取植物中的生物碱、黄酮、多糖、皂苷、蒽醌、香豆素等生物活性物质［3，4］，都表明超声波提取比常规提取法费时少，得率高，化学成分与常规法相比没有变化。超声提取原理是利用超声波产生的强烈振动、空化效应、粉碎等作用［5］，将植物药材中所含成分提取到溶剂之中。本文在超声波条件下，采用正交实验设计考察了水浸提荠菜有机酸的提取工艺。

　　1  材料与方法

　　1.1  材料与仪器荠菜，采自四川理工学院周围的山地上；JA2003型电子天平，粉碎机，PHS-3A型酸度计，KQ5200DB型超声仪, 202-3AB型电热恒温干燥箱，电子恒温水浴锅。

　　1.2  方法

　　1.2.1  有机酸提取工艺流程荠菜→预处理→加入蒸馏水浸润→超声波处理→抽滤→总有机酸的测定。

　　1.2.2  操作要点采摘新鲜荠菜，去掉根部及枯败部分，清洗沥干后，干燥，粉碎备用。准确称取一定量荠菜粉末，加入 一定量不含二氧化碳的蒸馏水，在一定功率，一定温度的超声波清洗器中处理一段时间，抽滤，滤液转入100 ml容量瓶内，用不含二氧化碳的蒸馏水定容至刻度线，摇匀备用。

　　1.2.3  实验方案根据“1.2.2”项下的操作方法，通过单因素实验及正交实验，以总有机酸含量为指标，确定有机酸提取的*工艺条件，根据有机酸的*提取工艺条件确定提取次数。

　　1.3  有机酸的测定方法［6］用移液管吸取定容至100 ml的提取液2 ml于250 ml锥形瓶中（由于该提取液颜色较深，可加入适量不含二氧化碳的蒸馏水将其稀释至颜色变浅，约加水50 ml），加1%酚酞指示剂约4～5滴，用0.034 mol/L的氢氧化钠标准溶液滴定至微红且30 s不退色为终点。记录氢氧化钠标准溶液的用量，依据下面的公式计算出荠菜中总有机酸含量。
    
　　X=CVK/（M×V0 /V1）×100%   
    
　　X——总酸度（%）
    
　　C——氢氧化钠标准溶液的浓度（mol/L）
    
　　V——消耗氢氧化钠标准溶液的体积（ml）
    
　　M——样品的质量或体积（g或ml）
    
　　V0——样品稀释液总体积（ml）
    
　　V1——滴定时吸取样液体积（ml）
    
　　K——换算成适量酸之系数（K为换算适量酸的系数，即1 mmol氢氧化钠相当于主要酸的系数。柑橘类果实及其制品和饮料以柠檬酸表示，葡萄及其制品以酒石酸表示，苹果﹑核果类果实及其制品和蔬菜以苹果酸表示，乳品、肉类、水产品及其制品以乳酸表示，酒类、调味品以乙酸表示）
    
　　荠菜属于蔬菜类,采用苹果酸表示，取K=0.067。

2  结果

　　2.1  不同温度对提取效果的影响称取6份荠菜粉末各5 g（至0.001 g），在料液比1∶12，超声波功率120 W的条件下，分别于55，60，65，70，75，80℃下提取30 min。结果见图1。
    
　　由图1可以看出，浸提液总酸含量随着温度的升高而增加，但温度升高到一定程度时，总酸含量反而下降。在65～75℃这一温度范围内，有机酸的提取量显著增加。这可能是因为温度增长到一定程度，其他物质的浸出影响了有机酸的浸出。

　　图1  不同温度对有机酸提取的影响（略）

　　2.2  不同提取时间对提取效果的影响称取6份荠菜粉末各5 g（至0.001 g），在温度70℃、料液比1∶12、超声波功率120 W的条件下，提取25，30，35，40，45，50 min。结果见图2。

　　图2  不同提取时间对有机酸提取的影响（略） 
    
　　由图2可以看出浸提液荠菜汁总酸含量随着时间的增加而增加，但时间增加到一定程度时，总酸含量反而下降。

　　2.3  不同料液比对提取效果的影响称取6份荠菜粉末各5 g（至0.001 g），在提取时间30 min，温度为70℃,超声波120 W的条件下，分别于料液比为1∶10，1∶12，1∶15，1∶18，1∶20，1∶22的条件下提取。结果见图3。

　　图3  不同料液比对提取效果的影响（略） 
    
　　由图3可以看出浸提液荠菜汁总酸含量随着料液比的增大而增加，但加水量超过一定程度时，总酸含量反而下降。从图3中可以发现在料液比为1∶12～1∶18之间时，总酸含量zui高且变化不大。

　　2.4  不同超声波功率对提取效果的影响称取5份荠菜粉末各5 g（至0.001 g），在料液比为1∶12，提取时间30 min，提取温度70℃，在超声波功率为80，100，120，140，160 W的条件下提取。结果见图4。

　　图4  不同超声功率对有机酸提取的影响（略） 
    
　　由图4可以看出，浸提液荠菜汁总酸含量随着超声波功率的不同变化趋势是：先增大后减小，然后再增大而后又减小。总酸提取量的zui高点出现在超声波功率120 W时。

　　2.5  优化工艺条件的正交实验根据单因素实验可知，料液比、提取时间、 温度、超声波功率影响有机酸提取效果。为确定这4个因素的综合影响，以料液比、提取时间、 温度、超声波功率为实验因素，按L9（34）正交表进行正交实验确定*提取工艺条件，因素水平表（见表1），以有机酸含量为指标。结果见表2。

　　表1  实验因素及水平（略）

　　表2  正交实验结果与分析（略）

　　由极差分析可知, 各因素对结果影响的主次顺序 为C＞A＞D＞B，即温度＞料液比＞超声波功率＞时间。实验表明，提取工艺的*条件为A3B2C2D3，即料液比1∶18,提取时间35 min，提取温度70℃，超声波功率140 W。
    
　　由于*组合没有在正交实验中出现，因而进行3次验证交验。在此*参数组合条件下，有机酸含量的平均值为1.76％，提取率大于交验表中的任一组合，为*选择。

　　2.6  提取次数的确定称取荠菜粉末5 g（至0.001 g），在料液比1:12,提取时间30 min,提取温度70℃,超声波功率140W的条件下提取,提取3次，第2次和第3次提取时采用前1次的滤渣，提取方法均与第1次相同。结果见表3。

　　表3  不同提取次数对提取率影响的比较（略）

　　由实验结果可以看出，第3次提取时得到的有机酸含量极少，所以提取次数定为两次。

　　3  小结
    
　　超声波能够提高水浸提有机酸的效率，达到省时、、节能的目的。正交实验结果表明，温度对提取率影响zui大。实验范围内，超声波提取的*工艺条件为：时间35 min，料液比1∶18，温度70℃，超声波功率140 W。水提法在溶剂成本上比乙醇提法低，而且水是一种安全可靠，不污染环境的环境友好溶剂。
    
　　有机酸类成分的提取分离以及分析测定方法很多，但其适用范围各有不同。要选择合适的提取分离和分析测定方法，除了要考虑需分析的有机酸类成分的结构性质外，还需要考虑提取物中其它物质成分对有机酸的干扰。因此，在实际应用中应根据具体情况具体分析，综合考虑，确定出*的提取分离及分析测定方法。