正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)選荊芥穗揮發(fā)油超聲波提取工藝

黃 蓓，毛長智

1.廣西中醫(yī)學(xué)院附屬瑞康醫(yī)院制劑室，廣西南寧 530011；2.南寧市第三人民醫(yī)院藥劑科，廣西南寧 530003

荊芥穗（Spica schizonepetae Tenuifolia）為唇形科植物荊芥的干燥花穗。荊芥穗味辛，性溫，無毒，清香氣濃。荊芥穗為發(fā)汗、解熱藥，是中華常用草藥之一。荊芥穗能解表散風(fēng)、透疹、消瘡，用于感冒、頭痛、麻疹、風(fēng)疹、瘡瘍初起[1]。荊芥穗所含揮發(fā)油是其主要藥理活性成分，藥理研究文獻(xiàn)資料表明荊芥總揮發(fā)油具有緩解支氣管平滑肌痙攣，抗過敏、鎮(zhèn)靜、祛痰、抗炎等作用，荊芥揮發(fā)油主要含有胡薄荷酮和薄荷酮等化合物，具有特殊的香氣。

目前荊芥揮發(fā)油的提取，仍以常規(guī)的水蒸汽蒸餾法、溶劑提取法以及蒸餾-萃取聯(lián)用的方法為主，這些方法操作簡單，但存在萃取效率低、能耗和污染大等不利因素，嚴(yán)重限制了荊芥揮發(fā)油的開發(fā)應(yīng)用。近年來超臨界CO2萃取法、微波萃取法等新方法在揮發(fā)油的提取工藝研究上得到了新的應(yīng)用，但方法上的差異，導(dǎo)致了提取成分也各不相同[2-3]，且這些方法對提取設(shè)備的要求也較高?，F(xiàn)在，用超聲波法提取中藥有效成分的研究越來越多[4-5]，利用超聲波能增大溶劑分子的運(yùn)動速度及穿透力，超聲波法大幅度縮短了提取時(shí)間，提高了有效成分的提取率和原料的利用率，是新技術(shù)在現(xiàn)代中藥提取中的新應(yīng)用。本文利用超聲波具有提取時(shí)間短，提取效率高，能耗低等的優(yōu)點(diǎn)，對荊芥穗揮發(fā)油的超聲提取工藝條件進(jìn)行了探索，對其提取工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，并與傳統(tǒng)水蒸汽蒸餾法進(jìn)行對比。

1 儀器與材料

1.1 儀器

CQ-250型超聲波清洗機(jī)（上海躍進(jìn)醫(yī)用光學(xué)器械廠）；AL20電子天平[梅特勒－托利多儀器（上海）有限公司]；98-1-B型電子恒溫電熱套（天津市泰斯特儀器有限公司）；揮發(fā)油測定器（北京中西化玻儀器有限公司）。

1.2 材料

荊芥穗，購自南寧元桂中藥飲片有限責(zé)任公司，批號：0912383，產(chǎn)地：江西；經(jīng)廣西中醫(yī)藥研究院韋桂寧副主任藥師鑒定為唇形科植物荊芥的干燥花穗。水為純凈水。

2 方法與結(jié)果

2.1 正交試驗(yàn)

2.1.1 因素水平的確定 采用L9（33）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，以提取前藥材浸泡時(shí)間、藥材粉碎度、超聲時(shí)間為因素，以揮發(fā)油提取得率為指標(biāo)，考察荊芥穗揮發(fā)油提取工藝。見表1。

2.1.2 試驗(yàn)方法 取荊芥穗200 g，精密稱定，裝入3 000 ml圓底燒瓶中，按料液比1∶8的比例加入純凈水與玻璃珠數(shù)粒，振搖均勻，浸泡一定時(shí)間后，超聲波處理，連接揮發(fā)油測定器與回流冷凝管。自冷凝管上端加水使充滿揮發(fā)油測定器的刻度部分，并溢流入燒瓶時(shí)為止。置電熱套中緩緩加熱至沸，并保持微沸5 h，停止加熱，放置片刻，開啟測定器下端的活塞，將水緩緩放出，至油層上端到達(dá)刻度0線上面5 mm處為止。放置1 h以上，再開啟活塞使油層下降至其上端恰與刻度0線平齊，讀取揮發(fā)油量，并計(jì)算供試品中揮發(fā)油的含量（%），結(jié)果見表2。

表1 因素水平

表2 荊芥穗揮發(fā)油提取工藝正交試驗(yàn)結(jié)果

2.2 方差分析

將荊芥穗揮發(fā)油的正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。

表3 荊芥穗揮發(fā)油超聲波提取工藝正交實(shí)驗(yàn)方差分析結(jié)果

從表 2、3 結(jié)果比較 3 個(gè)因素的極差 R 可知：RC＞RB＞RA，各因素對提取工藝的影響程度依次為C＞B＞A，其中超聲時(shí)間和藥材粉碎度對揮發(fā)油提取得率的影響較大，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），藥材提取前浸泡時(shí)間對揮發(fā)油提取得率的影響不大，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，揮發(fā)油提取的最佳工藝為：A1B2C2，即藥材浸泡時(shí)間為0 min，粉碎度為10目，超聲60 min。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

對優(yōu)化方案進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，3次重復(fù)的揮發(fā)油得率分別為0.77%、0.76%、0.75%，平均值為0.76%，RSD為1.67%。此提取條件得到的揮發(fā)油得率較高，穩(wěn)定可行。

2.4 超聲法與傳統(tǒng)水蒸汽蒸餾法的比較

分別采用水蒸汽蒸餾法與超聲波法進(jìn)行提取荊芥穗揮發(fā)油平行實(shí)驗(yàn)，對結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果見表4。

表4 超聲波法與水蒸汽蒸餾法提取率比較

從表4的結(jié)果可以看出，超聲波法的提取率要高于傳統(tǒng)水蒸汽蒸餾法，且更穩(wěn)定。

3 討論

在荊芥穗揮發(fā)油超聲波提取工藝的試驗(yàn)中，超聲時(shí)間是影響收率的關(guān)鍵，因?yàn)槌暡ǖ目栈饔?，以及超聲波的許多次級效應(yīng)，如機(jī)械振動、乳化、擴(kuò)散、粉碎等，有利于樣品中有效成分的轉(zhuǎn)移，因此在一定范圍內(nèi)，超聲時(shí)間與提取率成正比，但并不是時(shí)間越長，提取率越高。因?yàn)槌暡〞茐闹参锛?xì)胞壁，使胞內(nèi)的成分進(jìn)入提取液中，隨著提取液中溶質(zhì)濃度的增大，細(xì)胞內(nèi)和溶液中的溶質(zhì)濃度逐漸趨于相同而使?jié)舛炔顪p小，此時(shí)即使延長超聲作用時(shí)間，提取液的濃度也不會改變。此外，超聲作用時(shí)間過長時(shí)，有效成分可能發(fā)生降解，且提取液中雜質(zhì)增多，也使得提取率降低[6]。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可知，藥材粉碎度對荊芥穗揮發(fā)油的提取影響不是最大的。理論上說，藥材經(jīng)粉碎后，藥材粒度小，在滲透階段，溶劑易于滲入中藥顆粒內(nèi)部；在擴(kuò)散階段，由于擴(kuò)散面大、擴(kuò)散距離較短，有利于藥物成分?jǐn)U散；但實(shí)際上，全草類藥材粉碎度越大，則藥材顆粒表面積越大，導(dǎo)致藥材顆粒的吸附能力增大，粉碎過細(xì)，使大量細(xì)胞破裂，致使細(xì)胞內(nèi)大量高分子物質(zhì)易膠溶入浸出液中，而使中藥外部溶液的黏度增大，擴(kuò)散系數(shù)降低，浸出雜質(zhì)增加，反而會使揮發(fā)油提出率降低[7-8]。全草類藥材揮發(fā)油主要分布于腺體中，高度粉碎，會使藥材表面產(chǎn)生熱量，同時(shí)，藥材粉碎與空氣接觸面增加，更易使揮發(fā)油揮發(fā)，造成損失，藥粉細(xì)度太細(xì)，得率也并不高，且藥粉過細(xì)對大生產(chǎn)會帶來一定的影響，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，荊芥穗提取揮發(fā)油以粉碎成最粗粉10目為宜。

藥材在提取前，浸泡一段時(shí)間，可使藥材組織細(xì)胞充分吸水，膨脹，細(xì)胞間隙大，加速細(xì)胞內(nèi)外液態(tài)變換，利于揮發(fā)油的提取，但由于超聲波的空化效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)三種效應(yīng)共同作用促使植物細(xì)胞破裂，溶劑滲透到植物內(nèi)部，使細(xì)胞中的有效成分進(jìn)入溶劑，加速了其相互滲透、溶解，替代了藥材浸泡的作用，所以應(yīng)用超聲波法提取荊芥穗揮發(fā)油，藥材提取前是否浸泡對揮發(fā)油的提取率幾乎無影響，本實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn)。

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