超声波法提取绿豆中的黄酮

本科生毕业论文

超声波法提取绿豆中黄酮的研究

姓 名： 洪亮

指导教师： 吴丽萍

院 系：生命与环境科学学院

专 业： 食品科学与工程

提交日期：2011年11月11日

目 录

摘 要.............................................................. 2

关键词.............................................................. 2

Abstract............................................................ 3

Key Words........................................................... 3

引 言............................................................... 4

1. 材料与仪器....................................................... 6

1.1 材料.......................................................... 6

1.1.1 原料..................................................... 6

1.1.2 试剂..................................................... 6

1.2 仪器......................................................... 6

2. 试验方法......................................................... 6

2.1 工艺流程...................................................... 6

2.2 标准曲线的确定................................................ 6

2.3 黄酮提取率的测定.............................................. 7

3. 实验结果与分析................................................... 7

3.1 浸泡时间对黄酮提取率的影响.................................... 7

3.2 超声功率对黄酮提取率的影响.................................... 8

3.3 超声时间对黄酮提取率的影响.................................... 9

3.4 料液比对黄酮提取率的影响...................................... 9

3.5 黄酮提取率的正交试验设计..................................... 10

4 结论............................................................. 11

参考文献........................................................... 12

致谢............................................................... 13

超声波法提取绿豆中的黄酮

洪亮

指导老师：吴丽萍

（黄山学院生命与环境科学学院，黄山，安徽 245041）

摘 要：本文探讨了影响超声波法提取绿豆中黄酮类物质的主要因素,采用单因素试验及正交试验法确定最佳提取工艺，试验结果表明：料液比1∶5,超声功率400W，超声时间12min，浸泡时间3h，此时黄酮的总提取率可达1．487％，从而为绿豆的综合利用及功能性食品的深入研究提供了可靠的依据。

关键词：超声波；绿豆；黄酮

Ultrasonic extraction of flavonoids in mung bean

Hong Liang

Director：Wu Liping

（The school of Life and Environmental Sciences，Huangshan，Anhui，245041）

Abstract：This paper discusses the ultrasonic extraction of flavonoids in green beans the main factors, the use of single-factor test and orthogonal test method to determine the best extraction process, the results show that: solid to liquid ratio 1:4, ultrasonic power 500W, ultrasound Time of 12min, the soaking time 2h, then the total flavonoids of up to 1.492 percent extraction rate. Comprehensive Utilization and thus bean-depth study of functional foods provide a reliable basis. Key Words：ultrasonic; bean; flavonoids

引 言

绿豆为一种营养丰富的豆类植物，据营养专家分析，绿豆中富含黄酮类化合物、鞣质、生物碱等功能性成分[1]，研究表明黄酮类化合物具有止咳平喘祛痰，扩张冠状血管和降低血脂甾醇的作用，有些黄酮类成分尚有一定的抗癌活性[2-3]。现阶段对黄酮类化合物方面的研究报告很多，本文尝试采用超声波法提取，以期提高黄酮的提取率。本研究优化了超声波法提取绿豆中黄酮类物质的工艺条件，考察超声功率、超声时间、浸泡时间和料液比对绿豆皮中黄酮类物质浸提效果的影响，为绿豆中黄酮的提取提供一定的理论依据和参考价值。

（一）绿豆的生理特性

绿豆又叫青小豆，古名菉豆、植豆，具有粮食、蔬菜、绿肥和医药等用途。是我国人民的传统豆类食物。绿豆蛋白质的含量几乎是粳米的3倍，多种维生素、钙、磷、铁等无机盐都比粳米多。因此，它不但具有良好的食用价值，还具有非常好的药用价值。

绿豆中有蛋白质、脂肪、碳水化合物，维生素B1、B2、胡萝卜素、菸硷酸、叶酸，矿物质钙、磷、铁。所含蛋白质主要为球蛋白，其组成中富含赖氨酸、亮氨酸、苏氨酸，但蛋氨酸、色氨酸、酪氨酸比较少。如与小米共煮粥，则可提高营养价值。绿豆皮中含有21种无机元素，磷含量最高。另有牡荆素，β-谷甾醇。 每100克绿豆中含蛋白质22.1克，脂肪0.8克，碳水化合物59克，热值332千卡。

绿豆出了含有上述人体必需的营养素之外, 还含有许多生物活性物质, 包括裸质、香豆素、生物碱、植物幽醉, 皂贰和黄酮类化合物等。一般来说, 蛋白质、淀粉主要存在于绿豆的子叶内, 其他成分大多分布在被称为绿豆衣的绿豆皮中[4]。

绿豆的药理作用为降血脂、降胆固醇、抗过敏、抗菌、抗肿瘤、增强食欲、保肝护肾；绿豆粉有显著降脂作用，绿豆中含有一种球蛋白和多糖，能促进动物体内胆固醇在肝脏分解成胆酸，加速胆汁中胆盐分泌和降低小肠对胆固醇的吸收。此外绿豆的有效成分具有抗过敏作用，可辅助治疗荨麻疹等过敏反应。绿豆对葡萄球菌有抑制作用。绿豆中所含蛋白质、磷脂均有兴奋神经，增进食欲的功能。绿豆含丰富胰蛋白酶抑制剂，可以保护肝脏，减少蛋白分解，减少氮质血症，因而保护肾脏。

（二）黄酮类物质的生理特性

1 黄酮类物质概况

1.1 定义

黄酮类物质又称生物类黄酮(bioflavonoids)，亦称维生素P ,常与维生素C 伴

存,在自然界分布广泛,属植物次级代谢产物[5]。其主要类型有黄酮、黄酮醇、二氢黄酮、双黄酮、查耳酮和异黄酮。

1.2 理化特性

黄酮类化合物多数为晶体，有颜色，少数(如黄酮普类)为无定形粉末。游离的苷元中，除二氢黄酮、二氢黄酮醇、黄烷及黄烷醇有旋光性外，其余则无。苷类由于在结构中引入糖的分子，故具

有旋光性，且多为左旋。其具有较好的水溶性，因具有酚羟基团，故显一定酸性，较易溶于碱液中。

2 黄酮类物质的生理活性

2.1 黄酮类物质抗氧化及抗自由基作用

自由基是引起癌症、衰老、心血管等退变性疾病的罪恶之源[6]。生物体内常见的自由基有，超氧阴离子自由基、羟基自由基、烷氧基自由基等，自由基形成最早，羟基自由基作用最强，ROOH链锁反应循环最持久，清除自由基，羟基自由基的形成即中断，则可以从根本上预防体内形成过多的羟基自由基和其它活性氧自由基，达到防衰、抗癌、抗心血管病的目的。生物类黄酮具有清除自由基的能力，其作用机理在于它阻止了自由基在体内产生的3个阶段：即与自由基反应阻止自由基引发；与金属离子螯合阻止。羟基自由基生成；与脂质过氧反应阻止脂质过氧化过程。

2.2 抗癌、防癌作用

黄酮类物质有大量的能产生抗癌作用的生物活性包括对酪氨酸激酶的抑制作用、一定的激素作用、抗增生效应、抗扩散效应、抗氧化作用、一定的免疫功能等。理化等致癌因子使体内产生自由基，并以自由基的形式富集于脂质细胞膜的周围，引起脂质过氧化。破坏细胞的DNA而致癌，类黄酮是自由基猝灭剂和抗氧化剂，能有效地阻止脂质过氧化引起的细胞破坏，起到抗癌、防癌的作用。许多生物类黄酮具有抑制肿瘤细胞糖酵解、生长、线粒体琥珀酸氧化酶活性和磷脂酰肌醇激酶(卵巢癌细胞中)活性的功能起到抗癌、防癌的作用，尤其是槲皮素能有效地诱导微粒体芳烃羟化酶、环氧化物水解酶，使多环芳烃和苯并芘等致癌物通过羟化、水解失去致癌活性，而且槲皮素还可抑制Rous肉瘤病毒和人疱疹病毒。

3 小结

近些年来随着科学技术的不断发展，科学家对黄酮类物质的研究取得了丰富的成果，但对黄酮类物质生理活性作用机理及成果转化等有待于进一步的分析研究，特别是在动物体内的消化、吸收、转运、代谢、分布及排泄等方面。黄酮类物质具有的丰富生物活性功能的应用，在食品和药品行业的开发应用已经取得一

定的成果，但是这与黄酮类物质所具有的种类和丰富生物功能是不相配的，还要进一步研究。总之，深入研究黄酮类物质与功能的相关性，必将为黄酮类物质充分发挥其生物活性功能创造机遇，使其在诸多领域发挥重要作用。

（三）超声波提取法原理

超声技术应用于提取植物中的生物碱、苷类、生物活性物质、动物组织浆的毒质等研究已有报道，表明其具有能耗低、效率高、不破坏有效成分的特点[7]。由于超声波作用的独特性,已日益显示出其在各分离领域的重要性，超声作用于两相或多相体系会产生各种效应，如空化效应、湍动效应、微扰效应、界面效应和聚能效应等，所有效应会引起传播媒质特有的变化，因而从整体上促进了分离过程[8]。超声提取原理是利用超声波在液体中产生“空穴作用”,破坏植物细胞和细胞膜结构,从而增加细胞内容物通过细胞膜的穿透能力,有助于黄酮类化合物的释放与溶出；超声波使提取液不断震荡,有助于溶质扩散,缩短了提取时间,提高了有效成分的提出率和原料的利用率[9]。超声波提取操作简便快捷,无需加热,提出率高速度快,提取物的结构未被破坏, 显示出明显的优势[10]。

1 材料与仪器

1.1 材料

1.1.1 原料

绿豆（市售）

1.1.2 试剂

芦丁标准液、5％NaNO2溶液、10％Al（NO3）3溶液、4％NaOH 溶液、30%乙醇溶液。

1.2 仪器

JY92-IID型超声波细胞破碎仪；HH2-型恒温水浴锅；721型分光光度计；YP-N/600型分析天平。

2 试验方法

2.1 工艺流程

绿豆→清洗→烫漂（80℃,6min）→超声波提取→浸泡→绿豆浸提液 （均以乙醇做溶剂）

2.2 标准曲线的确定

准确称取芦丁标准品40.00 mg，用无水乙醇定容至10 mL棕色容量瓶中备用。分别取1.0 mL，2.0 mL，3.0 mL，4.0 mL，5.0 mL该溶液于5个25 mL容量瓶中，加入体积分数为30%的乙醇溶液12.5 mL以及0.7 mL的质量分数为5 %的NaNO2

溶液，摇匀，放置5min后加入0.7 mL的质量分数为10 %的Al(NO3)3溶液，放置6 min后再加入5 mL浓度为1 moL/L的NaOH溶液，摇匀后，用体积分数为30%的乙醇定容至刻度，10 min后以试剂空白为参比，在510 nm处测定各标准溶液的吸光度[2]。结果见表1。

线性回归后，得标准溶液浓度与吸光度的标准曲线方程：A = 0.0041 C+0.0073， R= 0.9976

式中：A— 吸光度；C— 浓度，μg/mL

表1 标准曲线数据

Table 1 Data of standard curve

编号 1 2 3 4 5 6

浓度/μg·mL

-1 0 16 32 48 64 80 吸光度值 0.020 0.062 0.130 0.200 0.272 0.335 0.40.350.30.250.20.150.10.[***********]8090 2.3 黄酮提取率的测定

称取绿豆5g，以乙醇作溶剂，用超声波法提取，浸泡；准确吸取提取液体积的1/5的样液，加入250ml容量瓶中定容备用；定容后取样液2ml于25ml容量瓶中，按标准芦丁吸光度测定法，以试剂作空白参比，在510nm波长下，测其吸光度A，并以芦丁浓度与吸光度值的关系式中得出的浓度经过换算，求出绿豆中黄酮提取率为： X⨯25ml⨯250ml⨯5 黄酮提取率=⨯100%2Xml5g⨯1000⨯⨯25ml⨯250ml⨯5黄酮提取率=⨯100%2ml⨯5g⨯1000

3 实验结果与分析

3.1 浸泡时间对黄酮提取率的影响

黄山学院本科毕业论文

称取绿豆3g，按料液比为1：3，超声功率为300W，超声时间为10min,在不同的浸泡时间下做单因子试验，按标准芦丁吸光度测定法，以试剂作空白参比，在510nm波长下，测其吸光度，确定适宜的浸泡时间。试验结果见图1。

由图1可知，随着浸泡时间的增加，绿豆中黄酮的提取率呈上升趋势。这是因为黄酮类物质的提取包括扩散、渗透和溶解等过程，浸泡时间越长，提取越完全。但扩散达到平衡后，延长浸泡时间会使蛋白质等高分子杂质溶出，使提取率降低。所以当浸泡时间超过了一定限度，其提取率有所下降。因此，浸泡时间在3h~4h范围内较适宜。

3.2 超声功率对黄酮提取率的影响

称取绿豆3g，按料液比为1：3，超声时间为10min,浸泡时间为4h，并在不同的超声功率下做单因子试验，按标准芦丁吸光度测定法，以试剂作空白参比，在510nm波长下，测其吸光度，确定适宜的超声功率。试验结果见图2。

由图2可知，随着超声功率的增加，绿豆中黄酮的提取率呈上升趋势，超声波提取黄酮类物质主要是利用超声波使绿豆分子振荡，加速黄酮类物质的溶解，在一定范围内，功率越大，黄酮类物质溶解的越多，所以超声功率明显增加了黄酮提取率。但超声功率增加到一定限度，溶解杂质相应增加，有效成分溶解量相应减少，从而降低了提取率。因此，超声功率在400W~500W范围内较适宜。

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3.3 超声时间对黄酮提取率的影响

称取绿豆3g，按料液比为1：3，浸泡时间为4h，超声功率为300W，并在不同的超声时间下做单因子试验，按标准芦丁吸光度测定法，以试剂作空白参比，在510nm波长下，测其吸光度，确定适宜的超声时间。试验结果见图3。

由图3可知，在其他因素一定的条件下，不同的超声时间对吸光度的影响波动频率较大，超声波加速黄酮的溶出，一定范围内，超声时间越长，黄酮类物质溶解的越完全，时间过短，溶解不充分；时间过长，溶解杂质相应增加，有效成分溶解量相应减少，所以在给定的范围内可知，超声时间在12min~14min范围内较适宜。

3.4 料液比对黄酮提取率的影响

称取绿豆3g，浸泡时间为4h，超声功率为300W，超声时间为10min，并在不同的料液比下做单因子试验，按标准芦丁吸光度测定法，以试剂作空白参比，在510nm波长下，测其吸光度，确定适宜的料液比。试验结果见图4。

如图4，料液比过小，黄酮类物质浓度过低，不易测出；料液比过高，会造成黄酮类物质溶解不完全，有效成分溶解量相应减少，所以料液比应控制在合适的范围内。由图4可知，在其他因素一定的条件下，料液比在1：3~1：5范围内较适宜。

3.5 黄酮提取率的正交试验设计

在单因素试验分析的基础上，为了得出最佳试验方案，以浸泡时间、超声功率、超声时间、料液比为主要考察因素进行L9(34)的正交试验设计。以黄酮提取率为考察指标，试验因素水平表如表2所示，试验结果如表3所示。

表2 正交试验因素水平表

水 平

因 素

A 料液比 B 超声功率 C 超声时间 D浸泡时间

1 1：3 300W 8min 2h 2 1：4 400W 10min 3h

3 1：5 500W 12min 4h

4

表3 L9(3) 正交试验结果分析表

试验 因素 黄酮 序号 料液比 提取率 超声功率 超声时间 浸泡时间 （%）

A B C D 1 1 1 1 1 0.163

2 3 4 5 6 7 8 9 K1 K2 K3 k1` k2` k3` R

1 1 2 2 2 3 3 3 2.357 1.419 3.082 0.7857 0.4730 1.0270 0.5540

2 3 1 2 3 1 2 3 1.763 2.969 2.126 0.5877 0.9897 0.7087 0.4020

2 3 2 3 1 3 1 2 2.207 2.319 2.332 0.7357 0.7730 0.7773 0.0416

2 3 3 1 2 2 3 1 1.020 3.638 2.200 0.3400 1.2130 0.7333 0.8730

1.475 0.719 0.281 0.294 0.844 1.319 1.200 0.563

通过正交试验及极差分析可知，各因素对绿豆中黄酮的提取率影响的主次顺序为D>A>B>C，即浸泡时间>料液比>超声功率>超声时间。比较各因素各水平下的K值大小，选取各因素中K值最大的水平作为该因素的最优水平，确定最优方

案组合为A3B2C3D2，即料液比为1：5 ，超声功率为400W，超声时间为12min，浸泡时间为3h。在最优方案下进行验证试验，黄酮提取率可达1．487％，达到或接近试验中的最大值，说明在此工艺条件下效果是显著的。 4 结论

采用超声波法提取绿豆中的黄酮，在料液比为1：5 ，超声功率为500W，超声时间为12min，浸泡时间为3h条件下，黄酮提取率可达1．487％。试验表明，利用超声波产生的强烈振动、高的加速度、强烈的空化效应、搅拌作用等，可加速植物材料中的有效成分进入溶剂，从而增加有效成分的提取率，缩短提取时间，而且还可避免高温对提取成分的影响[11]。因此，采用超声波法提取绿豆中的黄酮为绿豆的深加工以及绿豆保健功能的再认识提供了一定理论依据及可靠参考价值。

参考文献

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[11] 谢明杰，宋明，邹翠霞，等．超声波提取大豆异黄酮［J］.大豆科技，2004，23（1）：

75．

致 谢

时光荏苒，四年的大学生活即将结束。本次试验研究得到了黄山学院吴丽萍老师的大力支持，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，她对我耐心的指导和无私的帮助，为我提供了大量宝贵的意见和建议，而且在研究报告的撰写方面也给予悉心指导并拨冗审阅。为了指导我的毕业论文，她放弃了自己的休息时间，她的这种无私奉献的敬业精神令人钦佩，在此我向她表示我诚挚的谢意。同时，感谢所有任课老师和所有同学在这四年来给自己的支持和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。本次调查也得到了黄山学院生命与环境科学学院08食品科学与工程专业翟明惠、俞艳等同学的大力支持。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下！我想我会永远的记住那句话：教人求真，学做真人。