摘要为研究并优化维药小茴香总黄酮的活性炭脱色工艺,采用单因素和正交试验,考察不同处理时间、脱色温度、活性炭用量和脱色次数对脱色效果的影响,探究最优工艺条件组合。结果表明,最优脱色条件为:活性炭用量1.75g,在34℃下脱色1次,时长45min。在此条件下,脱色率和保留率可达81.82%和20.4%。此次试验建立并优化了利用活性炭对小茴香总黄酮的高效脱色技术工艺,结果表明脱色率和保留率均符合预期,为进一步对小茴香总黄酮的分离纯化研究提供了理论和实践依据。
关键词小茴香;总黄酮;活性炭脱色;最优条件
小茴香(Foeniculumvulgare)为伞形科茴香属植物茴香(FoeniculumvulgareMill)的干燥成熟果实，主要生产地有印度、伊朗及中国等国家[1]。在中国，小茴香盛产于新疆，主要分布于吐鲁番、库尔勒、阿克苏、喀什、和田和昌吉等地区。小茴香是一种重要的维吾尔族传统中药材，是新疆特色的优质药用资源之一。现代临床中常用于理气和胃以及散寒止痛等，亦对于缓解寒疝腹痛、痛经等症状具有良好的疗效[2]。
研究表明，小茴香中富含多种生物活性物质。其中，黄酮类化合物(Flavone)是一种很强的抗氧剂，可有效清除体内的氧自由基，阻止细胞的退化、衰老。此外还可以抑制超氧阴离子。张琳等[3]通过研究发现，随着苯环上羟基数目的增加，黄酮类化合物抗氧化能力增强。此外，还有改善血液循环、降低胆固醇、改善心脑血管疾病病症、降低血糖、促进伤口愈合等功效。杨楠等[4]通过研究发现，黄酮类化合物对多种常见癌症如肺癌、肝癌、白血病、胃癌等皆有显著的防治效果。郑甜田等[5]研究发现小茴香富含黄酮类化合物，有抗菌、抗炎、抗肿瘤、胃肠道保护以及降血脂和抗氧化作用。
然而传统提取方法获得的总黄酮往往含有较多的植物色素，因此若想进一步挖掘其研究和经济价值，需要对总黄酮提取液进行脱色。目前常用的脱色方法包括活性炭脱色法、冷热吸附法、柱层析吸附法、离子交换树脂法、石灰乳沉淀法、絮凝剂法等。其中，活性炭脱色法具有吸附性能优良、吸附量大、易于回收、价格低廉、操作简便等优点，被广泛用于工业化生产中的脱色处理[6-7]。
现今对于小茴香总黄酮的研究较少[8-9]，而关于小茴香总黄酮的活性炭脱色工艺则未见报道。因此，试验拟通过设计单因素试验和正交试验，探究并优化利用活性炭对小茴香总黄酮的高效脱色技术工艺。研究成果有望极大程度地提升相关加工行业对小茴香总黄酮的深加工，为其投入生产实践提供理论依据，具有重要的理论意义和实用价值。
1 材料和方法
1.1 试验材料、仪器和试剂
小茴香，购自石河子市周边药店，选取颗粒饱满形态完整的籽实，按照王嫱等[10]报道的研究方法获得总黄酮粗提液，于4℃冷藏冰箱低温保存。
UV2600型紫外可见分光光度计(上海棱光技术有限公司);SHA-B水浴恒温振荡器(金坛市医疗仪器厂);SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵(郑州长城科工贸有限公司);旋转蒸发仪。
芦丁(Rutin)标准品(合肥博美生物科技有限责任公司);乙醇、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠等均为市售分析纯，超纯水为实验室自行制备。
1.2 芦丁标准曲线制作
准确称取10mg充分干燥至恒重的的芦丁标准试剂，用80%乙醇溶解，并完全转入50mL容量瓶中，用80%乙醇定容，摇匀，得质量浓度为0.2mg/mL的芦丁标准溶液。取上述芦丁标准溶液0.0，1.0，2.0，3.0，4.0和5.0mL分别加入0.3mL50g/L亚硝酸钠溶液摇匀，静置6min，再加入0.3mL10g/L硝酸铝溶液，摇匀，静置6min，最后加入4mL10%氢氧化钠溶液，用蒸馏水补充至10mL，摇匀，室温静置15min，在510nm波长下测定其吸光度。以芦丁浓度为横坐标，以吸光度为纵坐标，用Origin软件绘制芦丁光吸收标准曲线。
1.3 活性炭脱色
1.3.1 活性炭的活化
用蒸馏水浸泡颗粒活性炭(分析纯)24h后滤干，再加入6mol/L的盐酸溶液浸泡并煮沸，静置24h后反复用水冲洗至中性。滤干后置于105℃的烘箱中烘干至恒重后装瓶备用。
1.3.2 脱色试验
准确称取2.0g活性炭颗粒，放入盛有10mL小茴香总黄酮提取液的锥形瓶中，并在45℃的水浴恒温振荡器中加热脱色60min，按照式(1)和式(2)分别计算脱色率和保留率，获得活性炭对总黄酮提取液的脱色效果评价。
1.3.3 单因素试验
选取脱色时间、脱色温度、活性炭用量和脱色次数4个因素，对小茴香总黄酮进行脱色单因素试验，单因素设计水平见表1。测量吸光度，计算总黄酮的脱色率和保留率，以Z值为标准，选出每个因素4个最优水平设计正交试验。所有试验重复3次，结果取平均值。
2 结果和讨论
2.1 芦丁标准曲线的制作
按1.2步骤，标准曲线的测定结果见图1。标准曲线的斜率公式为y=0.2749x，R2为0.9976，在总黄酮含量为0~4mg/mL质量浓度范围内有良好线性关系。
2.2 单因素试验结果
2.2.1 不同脱色时间对小茴香总黄酮脱色效果的影响改变脱色时间，脱色率和保留率的变化情况如表3和图2所示，以Z值为指标筛选出合适的脱色时间条件，结果如图3所示。
由图3可见，随着脱色时间的增加，Z值呈现出整体先上升后下降的趋势。其中在30~40min内持续上升，在45min处略有下降趋势，在45~50min处有明显上升，在50min后呈现出下降趋势。因脱色时间过久导致总黄酮损失量增大，而色素吸附率增加不明显，因此脱色50min后Z值呈下降趋势。根据图3结果，选取脱色时间40，45和50min进行正交试验设计。
2.2.2 不同脱色温度对小茴香总黄酮脱色效果的影响
改变脱色温度，脱色率和保留率的变化情况如表4和图4所示，以Z值为指标筛选出合适的脱色温度条件，结果如图5所示。
由图5可见，在30℃~42℃范围内Z值呈现整体上升趋势，在42℃~50℃持续下降。曲线下降的可能原因是温度过高，使黄酮类化合物分子结构被氧化破坏。根据试验结果，选取脱色温度34℃，38℃和42℃进行正交试验设计。
2.2.3 不同活性炭用量对小茴香总黄酮脱色效果的影响
改变活性炭用量，脱色率和保留率的变化情况如表5和图6所示，以Z值为指标筛选出合适的脱色剂的用量，结果如图7所示。
由图7可见，Z值整体呈现上升趋势，当活性炭用量为2.00g时，Z值有所下降，可能由于随机误差引起，如比色皿表面清洁程度。根据试验结果，选取活性炭用量1.75，2.25和2.5g进行正交试验设计。
2.2.4 不同脱色次数对小茴香总黄酮脱色效果的影响
改变脱色次数，脱色率和保留率的变化情况如表6和图8所示，以Z值为指标筛选出合适的脱色剂的用量，结果如图9所示。由图9可见，随着脱色次数的增加，Z值呈现下降趋势。因此选取脱色次数1，2和3进行正交试验设计。
2.3 正交试验结果
根据2.2中的试验结果，从每个单因素中选择3个水平，设计正交试验见表6。用SPSS软件设计正交试验表并分析，结果见表7。如表7所示，根据软件分析结果可得，4个因素中脱色次数变化对脱色效果影响最明显，脱色时间次之，活性炭用量影响较小，脱色温度影响最小。其中，利用活性炭处理小茴香总黄酮提取液的最优脱色条件为：加入活性炭1.75g，在34℃下脱色45min，脱色1次。该条件不在上述正交试验设计中，因此对此条件进行补充试验。试验所得脱色率为81.82%，保留率为20.40%，Z值为0.5063，符合预期，证实此条件可得到最优脱色效果。
3 结论
通过单因素试验和正交试验，建立并优化了活性炭脱色工艺对处理小茴香总黄酮提取液的方法。结果表明，在活性炭用量1.75g，34℃条件下脱色脱色1次，时长45min，脱色率可达81.82%，保留率可达20.4%，符合预期结果，为后期研究提供了理论和实践依据。
活性炭脱色法具有吸附性能优良、价格低廉、对设备要求较低、粗提物处理方便、有效成分保留率较高等诸多优点，但也存在一些缺点，如利用活性炭对提取液进行脱色除杂时会损失相当一部分总黄酮，使目的产物含量有所损失。此次试验结果表明，追求较高的脱色率的同时，总黄酮的保留率在大幅下降。为了弥补利用活性炭脱色法时目的产物大量损失这一缺点，在此次研究基础上将尝试其他脱色方法进行研究，结合其他提纯方法，建立并优化一套完整的小茴香总黄酮分离提纯工艺。
黄酮类化合物具有的多方面生物活性和药理功效[11]，使其成为保健品开发和制药生产的一大热点。新疆维药小茴香富含多种黄酮类物质，但其工厂化的生产工艺尚不成熟，分离提取流程有待优化。此次试验结果有望为相关产业优化小茴香总黄酮的分离提纯工艺提供依据，为挖掘新疆地区绿色天然药用资源经济价值提供参考。
维药小茴香中总黄酮的活性炭脱色工艺研究相关期刊推荐：《食品工业》杂志创刊于1979年，是一份专门从事研究食品科技的综合性科技期刊。重点宣传报道我国食品工业领域最新技术发展动态和新产品的开发，介绍食品及食品工业相关的工艺、装备、原材料、包装材料、新产品、流通、综合利用等方面的科技论文和最新科研成果、试验报告以及国内外食品制造、开发、市场、技术的发展信息，涉及面广，实用性强，具有权威性、实用性和指导性，是食品行业技术人员和管理者的良师益友，在全国食品界具有深远影响。
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