李鳳,王文全,2*,游佩進(jìn),張紅瑞
(1.北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院,北京 100102;2.中藥材規(guī)范化生產(chǎn)教育部工程研究中心,北京 100102)
黃岑中黃酮類成分提取工藝研究進(jìn)展
李鳳1,王文全1,2*,游佩進(jìn)1,張紅瑞1
(1.北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院,北京 100102;2.中藥材規(guī)范化生產(chǎn)教育部工程研究中心,北京 100102)
分別對(duì)黃芩中的黃酮類成分黃芩苷、黃芩素、漢黃芩素提取工藝進(jìn)行綜述,以期為黃芩黃酮類成分未來的相關(guān)研究提供參考。
黃芩苷;黃芩素;漢黃芩素;提取工藝
黃芩為唇形科植物黃芩Scutellaria baicalensisGeorgi的干燥根[1],是我國(guó)常用大宗中藥材之一,應(yīng)用歷史悠久?,F(xiàn)代研究表明,黃芩活性成分主要為黃酮類化合物,其中黃芩苷、黃芩素、漢黃芩素在醫(yī)藥和其他領(lǐng)域有著廣泛用途,具有抗氧化、抗菌、抗病毒、抗過敏、調(diào)節(jié)免疫、調(diào)節(jié)心血管、保肝利膽、解熱、降壓、降血糖等藥理活性[2]。其傳統(tǒng)提取方法有煎煮法、浸漬法、回流提取法等;隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,在多學(xué)科互相滲透的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的浸提新技術(shù)新方法,如超聲波提取法、微波提取法、酶提取法等也用在了其中。因此,分別對(duì)其提取工藝進(jìn)行綜述,以期為黃芩黃酮類成分未來的相關(guān)研究提供參考。
黃芩苷的傳統(tǒng)提取方法有煎煮法、浸漬法、回流提取法等。
1.1.1 煎煮法 采用煎煮法提取黃芩苷時(shí),影響因素主要有浸泡溫度、煎煮次數(shù)、加水量及煎煮時(shí)間等。
李曉芳等[3]對(duì)黃芩苷在水提取工藝中的降解過程進(jìn)行研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在以水為溶媒提取黃芩藥材中的黃芩苷時(shí),宜在60℃以上條件下浸泡處理,或者將黃芩藥材首先煮沸,可減少黃芩苷的降解,提高黃芩苷的提取率;而李建華等[4]進(jìn)一步研究卻發(fā)現(xiàn)在60℃時(shí)進(jìn)行黃芩投料提取,黃芩苷的損失仍然比較大,提出宜在80℃以上條件下浸泡處理,或者將黃芩藥材預(yù)先通過炮制滅活內(nèi)源酶,以減少黃芩苷的降解。
對(duì)煎煮次數(shù)、加水量及煎煮時(shí)間影響黃芩苷的提取進(jìn)行研究,以提取的黃芩苷的量為考察指標(biāo),孫益林等[5]認(rèn)為用10倍量的水煎煮2次,每次1.5h為最佳工藝;王青[6]則認(rèn)為黃芩水提取的最佳工藝為水煎煮3次,第1次加10倍量的沸水提取1.5h,第2次加8倍量的水提取1h,第3次加6倍量的水提取30min,黃芩苷的收率可達(dá)91.06%;朱思明等[7]發(fā)現(xiàn)用料液比為1∶15,提取3次,每次1.5h為黃芩苷的較佳提取工藝。
根據(jù)黃芩苷的理化性質(zhì),可采用堿性離子水煎煮法提取黃芩苷,韓魯佳等[8]的實(shí)驗(yàn)表明,該方法的得膏率明顯提高,以pH值為10的堿性離子水效果最好,提取得率和含量都較高,提取得率為14.71%,含量為89.04%,隨著煎煮時(shí)間的縮短,特別是縮短第二次煎煮時(shí)間,得率雖有所下降,但黃芩苷的含量明顯提高,可達(dá)95%。
姚燕萍[9]研究提出采用黃芩加水煎煮提取后濃縮、不加礬、噴霧干燥的方法生產(chǎn)黃芩苷提取物的新工藝,具有流程簡(jiǎn)單,生產(chǎn)周期短,顯著提高提取效率的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用新工藝后,黃芩提取物收率由原來的12%提高到22%,黃芩提取物中黃芩苷含量由原來的4%升至20%~24%,在大批量生產(chǎn)中,取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
可見,煎煮法作為傳統(tǒng)的提取方法,雖然可以方便地進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn),但是提取率較低,溶媒用量大,耗時(shí)長(zhǎng)。通過改進(jìn)方法及優(yōu)化工藝,可以提高黃芩苷收率。
1.1.2 浸漬法 在探討黃芩苷提取工藝時(shí),王洪鵬等[10]發(fā)現(xiàn)加酸沉淀時(shí)pH值、加熱溫度、保溫時(shí)間及靜置時(shí)間對(duì)黃芩總苷收率的影響極大,并證明黃芩苷提取的最佳工藝條件為pH值1.5~2.0,加熱溫度70℃,保溫時(shí)間60min,靜置時(shí)間24h,黃芩苷粗品的提取率為13.21%。
冷浸法溶媒用量大,耗時(shí)長(zhǎng),提取率也較低。
1.1.3 回流提取法 張鳳梅[11]通過正交試驗(yàn)證實(shí)乙醇濃度為50%、熱回流提取3h、溶劑量為12倍時(shí)是黃芩苷的最佳提取工藝條件。熊淑華等[12]研究表明用10倍量的60%乙醇,回流提取3次,每次1h提取,所得黃芩苷含量最高。而潘燕等[13]通過優(yōu)化得到黃芩苷醇提的最佳工藝為黃芩粉末20目,回流提取2次,分別加8倍和6倍量60%乙醇提取2h和0.5h,黃芩苷提取率為9.81%,比傳統(tǒng)的回流提取率有所提高。蔣榮珍等[14]采用星點(diǎn)設(shè)計(jì)-效應(yīng)面優(yōu)化法優(yōu)選黃芩提取工藝條件:乙醇濃度45%、提取時(shí)間120min、溶劑用量4倍,所得結(jié)果與正交及均勻設(shè)計(jì)相比,提高了精確度。
回流法雖然提取較完全,但是耗時(shí)較長(zhǎng),而且需要加熱。
黃芩苷的提取新方法有超聲波提取法、微波提取法和酶解法。
1.2.1 超聲波提取法 郭孝武等[15,16]研究了不同頻率超聲對(duì)提取黃芩苷成分的影響,比較在同一提取時(shí)間,頻率分別為20、800、1 100kHz時(shí),黃芩苷提取得率的不同,黃芩苷的提取率隨超聲頻率的增大而減少,頻率為20kHz得率最高;他們進(jìn)一步研究了該頻率下不同提取時(shí)間對(duì)黃芩苷提取率的影響,其提取率隨提取時(shí)間的延長(zhǎng)而增加,到一定時(shí)間,再延長(zhǎng),其提出率增加不多,但其含量有一極限值,超聲提取時(shí)間以40min為宜。說明超聲提取法沒有改變黃芩苷有效成分,且證明了該法與常規(guī)煎煮法相比,無需加熱,提取時(shí)間縮短,提高了黃芩苷的得率。
王勝男等[17]通過正交設(shè)計(jì)結(jié)合單因素分析方法考察超聲循環(huán)提取黃芩苷的最佳條件:80目黃芩粉末,60%乙醇40℃超聲循環(huán)提取3次,每次40min,超聲功率為100W,黃芩苷收率為6.10%。超聲循環(huán)提取法優(yōu)于傳統(tǒng)的醇提酸沉法,超聲循環(huán)提取技術(shù)將超聲、加熱、循環(huán)同時(shí)應(yīng)用于提取過程,是一種高產(chǎn)率、低成本、操作簡(jiǎn)單、污染小的中藥提取方法。王地等[18]發(fā)現(xiàn)利用流體動(dòng)力式超聲提取黃芩,水提液中黃芩苷的含量顯著高于槽式超聲和煎煮法。
超聲波提取方法與傳統(tǒng)方法相比較,具有設(shè)備簡(jiǎn)單、提取時(shí)間短、提取率高等特點(diǎn)。雖然超聲波提取技術(shù)能提高提取率,但它對(duì)提取瓶放置的位置和提取瓶的瓶壁玻璃厚薄要求較高,且目前超聲波提取技術(shù)主要用在小型實(shí)驗(yàn)室,國(guó)內(nèi)尚無超聲提取中藥的生產(chǎn)設(shè)備,要用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn),還要解決有關(guān)工業(yè)設(shè)備放大的問題[19]。
1.2.2 微波提取法 張瑞忠[20]研究認(rèn)為采用輸出功率480W的微波技術(shù),對(duì)60目黃芩粉浸提20min為黃芩苷的最佳浸提方案,且微波浸提法對(duì)黃芩苷的提取效率(黃芩苷含量為6.85%)明顯優(yōu)于常規(guī)煎煮法。程存歸等[21]采用微波輔助提取法對(duì)從黃芩中提取黃芩苷的方法進(jìn)行研究,結(jié)果顯示,當(dāng)采用60%乙醇水溶液時(shí)黃芩苷的得率最大;得出微波輔助提取的最佳工藝為:黃芩原材料粉碎粒度200目,溶劑為60%乙醇溶液,微波輻射8min,黃芩苷得率為14.51%。李芳等[22]運(yùn)用微波輔助乙醇回流聯(lián)合工藝從黃芩中提取黃芩苷,確定了微波加熱時(shí)間為4min,乙醇濃度為50%,料液比為1∶10為最佳工藝條件,還發(fā)現(xiàn)乙醇溶液濃度對(duì)黃芩苷收率的影響最大。
微波輔助浸提的優(yōu)點(diǎn)是加熱速度快、加熱均勻、高效節(jié)能、選擇性強(qiáng),它可快速達(dá)到較高溫度,縮短浸提時(shí)間,減少溶劑消耗,所以是一種簡(jiǎn)單、快速、安全的方法[23]。
1.2.3 酶解法 張福維等[24]應(yīng)用纖維素酶提取黃芩中的黃芩苷,在纖維素酶的比活力為1 500個(gè)活力單位、pH值5.0、溫度50℃條件下進(jìn)行研究,結(jié)果顯示不同酶解時(shí)間對(duì)黃芩苷的百分含量有很大影響,在50℃保溫18h產(chǎn)物純度可以達(dá)到82.08%,其黃芩苷的提取率為8.67%;酶解時(shí)間為18h、煎煮時(shí)間為40min,黃芩苷的純度就達(dá)到81%,煎煮時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)有部分黃芩苷水解,也會(huì)影響產(chǎn)物純度;加酶提取黃芩苷比不加酶提取的產(chǎn)率提高16.3%,且縮短了煎煮時(shí)間,產(chǎn)物中黃芩苷的純度有明顯的提高。徐曉英等[25]提出了利用黃芩藥材中共存酶特性調(diào)節(jié)性提取制備黃芩提取物的方法,結(jié)果顯示,在設(shè)定的酶解條件下,可以平衡提取黃芩中的黃芩苷與黃芩素。
此外,李巧如等[26]采用濕法粉碎提取法從黃芩中提取黃芩苷,并與回流提取法及超聲提取法進(jìn)行比較研究,發(fā)現(xiàn)前者黃芩苷提出量較后兩者明顯提高。丁延虹等[27]采用液-液連續(xù)萃取裝置提取黃芩苷,正交試驗(yàn)優(yōu)選最佳提取工藝:溶劑循環(huán)2.5個(gè)周期、提取溫度50℃、蒸餾時(shí)間6h,結(jié)果發(fā)現(xiàn)該新型提取方法黃芩苷含量顯著優(yōu)于水提酸沉法。
綜上所述,大部分都是在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行的,要從實(shí)驗(yàn)室放大到實(shí)際生產(chǎn)中,還有待進(jìn)一步研究,用于工業(yè)化生產(chǎn),還是以傳統(tǒng)的煎煮法為宜。
黃芩中黃芩素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)只有0.04%~0.28%,直接提取高純度黃芩素難度較大,通常采用直接酸水解、熱裂解和酶催化水解等方法將來源較廣的黃芩苷制備成黃芩素[28]。
趙春穎等[29]采用直接酸水解黃芩苷制備黃芩素,并對(duì)其工藝進(jìn)行優(yōu)化。水(溶媒)用量為黃芩苷的100倍、濃硫酸量為黃芩苷的7倍,制備時(shí)間為6h,萃取3次為最佳制備工藝,該工藝簡(jiǎn)單,制備率較高。而蔣建軍等[30]采用酸沉堿溶法從黃芩中提取黃芩苷,通過水解黃芩苷制取黃芩素粗品,再經(jīng)硅膠和聚酰胺柱層析純化,得高純黃芩素,結(jié)果表明最佳條件為黃芩苷在20%鹽酸水溶液中為2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),反應(yīng)溫度373K,反應(yīng)時(shí)間1.5h,在此條件下,黃芩素的產(chǎn)率為89.86%,其純度為99.35%。該方法簡(jiǎn)便快速、成本低廉,為高純度黃芩素的制備提供了一條新途徑。
許閩等[28]比較了熱裂解法和直接酸水解法,熱裂解方法當(dāng)溫度超過200℃時(shí),可以獲得含量為94.47%以上的黃芩素,得率不高于41.64%;而直接酸水解方法獲得黃芩素的含量為92.15%以上,且得率為66.03%以上;得出直接酸水解法制備黃芩素工藝簡(jiǎn)單可行,得率較高,實(shí)用性強(qiáng)的結(jié)論。
王彩芳等[31]通過正交試驗(yàn)得出黃芩素的最佳提取工藝為采用冷浸法,水為提取溶劑,提取90min,共取4次;還進(jìn)行冷浸法用水作為溶劑、提取120min、提取4次及提取90min、提取5次的比較實(shí)驗(yàn),結(jié)果黃芩素的提取率分別為4.90%和5.11%。
姚亞紅等[32]通過正交試驗(yàn)比較浸提法和超聲提取法提取黃芩素,發(fā)現(xiàn)后者得率高、且溶劑用量少,其最佳提取工藝為:用10倍量乙醇,超聲提取2次,每次30min。
王宏志等[33]通過研究得出纖維素酶解黃芩藥材的最佳工藝條件:浸提倍數(shù)20,加酶量20U·g-1藥材,pH4.8,溫度50℃,時(shí)間8h。與傳統(tǒng)的水煎提取效果相比,酶解法提取黃芩生藥材使得黃芩素提取率提高了5倍多。劉云華等[34]對(duì)黃芩藥材中黃芩苷的酶解條件和黃芩素的提取工藝進(jìn)行研究,得出較佳酶解條件和提取工藝:黃芩藥材粉碎至10~20目,加水6倍,于60℃保溫10h;酶解后的黃芩藥材加8倍量70%乙醇回流提取2次,每次1h。黃芩素的提取率大于70%,工藝穩(wěn)定可行。赫玉芳等[35]也發(fā)現(xiàn)采用先酶解后回流提取的工藝生產(chǎn)黃芩素收率高。姚亞紅等[36]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)黃芩素的最佳酶解工藝為溫度40℃、pH6.0、時(shí)間12h,此時(shí)提取液中黃芩素含量最高。周健等[37]建立了水提法制備黃芩苷,酶解法制備黃芩素的新方法,制得黃芩素產(chǎn)率達(dá)到84.2%,純度達(dá)到93.2%。魏建文等[38]利用酶解法通過正交試驗(yàn)篩選黃芩素的最佳提取工藝為采用6倍量無水乙醇,功率70%,提取5次,每次20min,提取物中黃芩素含量為57.57%~73.32%,黃芩中黃芩苷水解完全。
關(guān)于漢黃芩素的提取,報(bào)道的比較少,有采用索氏提取和酶解法提取。
陳翠麗等[39]以漢黃芩素的提取率為指標(biāo)作比較,得出從黃芩藥材中提取漢黃芩素的最佳方案為用甲醇進(jìn)行索氏提取,時(shí)間5h,提取液濃縮得膏體,再通過柱色譜分離,用石油醚-醋酸乙酯進(jìn)行梯度洗脫,最終提取率達(dá)0.53%,比傳統(tǒng)水煎提取法0.17%提高近2倍多。
王宏志等[33]以漢黃芩素的提取率為指標(biāo),通過考察浸提倍數(shù)、加酶量、pH、溫度、時(shí)間對(duì)纖維素酶解反應(yīng)提取漢黃芩素的影響,得出纖維素酶解黃芩藥材的最佳工藝條件:浸提倍數(shù)20,加酶量20 U·g-1藥材,pH4.8,溫度50%,時(shí)間8h。與傳統(tǒng)的水煎提取效果相比,酶法提取黃芩生藥材使得漢黃芩素提高了近4倍。
以上分別從黃芩苷、黃芩素及漢黃芩素3個(gè)方面對(duì)黃芩黃酮類成分的提取工藝進(jìn)行了較系統(tǒng)的綜述,既有傳統(tǒng)的方法,也有現(xiàn)代的新技術(shù)新方法。
綜上所述,指標(biāo)不同,不同提取方法的提取率也有所不同。根據(jù)各提取方法本身的優(yōu)缺點(diǎn),選擇適合的方法。
傳統(tǒng)方法中煎煮法雖然可以方便地進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn),但是提取率較低,溶媒用量大,耗時(shí)長(zhǎng);冷浸法溶媒用量大,耗時(shí)長(zhǎng),提取率也較低;回流法雖然提取較完全,但是耗時(shí)較長(zhǎng),而且需要加熱。因此,利用不斷出現(xiàn)的新技術(shù)、新方法提取黃芩化學(xué)成分,是目前黃芩研究領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。
超聲波提取法具有操作簡(jiǎn)單、省時(shí)、節(jié)能、提取率高等優(yōu)點(diǎn),推廣應(yīng)用價(jià)值較高;但是需要解決設(shè)備放大的問題,一旦該問題得到解決,超聲波提取法將會(huì)廣泛應(yīng)用于中藥工業(yè)生產(chǎn)中。
微波提取法的優(yōu)點(diǎn)是加熱速度快、加熱均勻、高效節(jié)能、選擇性強(qiáng),它可快速達(dá)到較高溫度,縮短浸提時(shí)間,減少溶劑消耗。已經(jīng)有生產(chǎn)企業(yè)采用微波干燥中藥材,不久的將來也會(huì)用于中藥材提取工業(yè)中。
酶解法具有反應(yīng)特異性高、高效等優(yōu)點(diǎn),能強(qiáng)化中藥提取過程,顯著提高有效成分得率,但酶解法因?qū)?shí)驗(yàn)要求較高,生產(chǎn)成本高等原因一直多用于特殊藥材的提取。
濕法粉碎提取法提取時(shí)間明顯縮短,提取效率更高。液-液連續(xù)萃取溶劑用量少,且連續(xù)提取、濃縮同步完成。
上述大部分提取工藝都是在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行的,要從實(shí)驗(yàn)室放大到實(shí)際生產(chǎn)中,還有待進(jìn)一步研究。特別是應(yīng)用新技術(shù)的超聲波提取法,目前主要用在小型實(shí)驗(yàn)室,國(guó)內(nèi)尚無提取中藥的生產(chǎn)設(shè)備,要用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn),還要解決有關(guān)工業(yè)設(shè)備放大的問題。
工業(yè)生產(chǎn)上為降低成本,還是采用水提醇沉法提取藥材多見,也可見部分采用醇提。
因此,綜上所述,考慮到成本、提取率及設(shè)備問題,認(rèn)為還是采用水煎煮法和微波提取法提取黃芩較好;水提取法工藝成熟穩(wěn)定,而微波提取法提取效率和得率均較高。
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*王文全,E-mail:wwq57@126.com
2009-10-29)