微波法提取鮮黃姜總皂苷的工藝研究

鄒 濤,劉 颋,黃衛(wèi)東，劉先利，涂 保

(1.湖北理工學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，湖北 黃石 435003;2.礦區(qū)環(huán)境污染控制與修復(fù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 黃石 435003)

黃姜又名盾葉薯蕷，屬薯蕷科薯蕷屬(DioscoreaL.)多年生草本植物，其根莖中含有一定量的薯蕷皂苷及其水解產(chǎn)物薯蕷皂苷元，擁有“藥用黃金”之美稱[1～3]。薯蕷皂苷元俗稱薯蕷皂素，具有溶血、降血脂、抗菌、消炎等作用，是合成甾體激素類(Steroid hormone)藥物和甾體避孕藥(Steroid prophylactic)的重要原料[4，5]。

與傳統(tǒng)加熱不同，微波加熱能保證能量的快速傳遞和充分利用，具有省時(shí)、選擇性好、溶劑消耗少、加熱效率和活性成分提取率高、提取效果不受物質(zhì)水分含量影響等優(yōu)點(diǎn)[6,7]，適用于熱不穩(wěn)定性物質(zhì)的提取，廣泛應(yīng)用于藥物天然成分的提取。

作者在此采用微波法提取鮮黃姜總皂苷，通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)研究酸解時(shí)間、微波功率、微波處理時(shí)間等因素對(duì)總皂苷提取率的影響，為黃姜總皂苷成分的研發(fā)提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑與儀器

鮮黃姜：購于湖北省竹山縣黃姜開發(fā)公司，經(jīng)鑒定為薯蕷科植物Dioscoreazingiberensis的根莖，帶須，呈黃色。

皂素對(duì)照品，中國藥品生物制品檢定所；濃硫酸、乙酸乙酯、氫氧化鈉、碘、碘化鉀等均為分析純；石油醚(60～90 ℃)；蒸餾水，自制。

UV1800型紫外分光光度計(jì)，島津公司；FZ102型微型植物粉碎機(jī)，濟(jì)南科翔實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮儀器廠；循環(huán)水多用真空泵，鄭州杜甫儀器廠；微波爐(800 W)，廣東格蘭仕微波爐電器制造有限公司；手提式高壓蒸汽滅菌鍋，上海申安醫(yī)療器械廠；SHZ-D(Ⅲ)型減壓抽濾裝置、PF-101B型恒溫水浴鍋，鞏義予華儀器有限責(zé)任公司；PH030A型干燥培養(yǎng)箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；JAS1002型電子天平，上海恒平科學(xué)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 傳統(tǒng)提取方法

稱取一定量洗凈的鮮黃姜,用高速粉碎機(jī)粉碎，置于燒杯中，加入一定量的水，于高壓蒸汽滅菌鍋內(nèi)蒸煮2 h，過濾，備用。

(1)酸解法處理：取50.00 g預(yù)處理后的黃姜，加入2 mol·L-1的硫酸，在高壓蒸汽滅菌鍋中酸解2 h，冷卻后用飽和氫氧化鈉溶液中和，過濾。

(2)酶解法處理：取50.00 g預(yù)處理后的黃姜，加少許水，于70 ℃水浴加熱，加入α-淀粉酶1.00 g，攪拌均勻，酶解12 h，水洗。

(3)酵解法處理：取50.00 g預(yù)處理后的黃姜，在無菌操作臺(tái)上加入一定量甜酒曲，混合均勻，裝入已滅菌的錐形瓶中，于30 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)至有明顯的酒香味后停止酵解，蒸餾，得到酒精，再水洗。

將以上3種處理方法處理后的物料置于40 ℃的干燥箱中干燥，以乙酸乙酯為提取劑進(jìn)行索氏提取。

1.2.2 微波法

等量稱取12份50.00 g鮮黃姜分別置于燒杯中，加入一定量的酸于高壓蒸汽滅菌鍋內(nèi)蒸煮一段時(shí)間后，過濾，置于干燥箱中40 ℃干燥；將干燥物料置于燒杯中，按液料比15∶1(mL∶g，下同)加入乙酸乙酯，置于微波爐中于一定功率下提取一定時(shí)間。

分別就酸解時(shí)間(1.0～2.5 h)、微波功率(300～600 W)、微波提取時(shí)間(2～5 min)3因素對(duì)鮮黃姜總皂苷提取率的影響進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。然后以酸解時(shí)間、微波功率、微波提取時(shí)間為考察因素，以鮮黃姜總皂苷提取率為考核指標(biāo)，進(jìn)行L9(34)正交實(shí)驗(yàn)，以確定微波提取鮮黃姜總皂苷的最佳工藝條件。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 酸解時(shí)間對(duì)鮮黃姜總皂苷提取率的影響

固定提取溶劑為乙酸乙酯、液料比為15∶1、微波功率為400 W、微波提取時(shí)間為4 min，考察酸解時(shí)間對(duì)鮮黃姜總皂苷提取率的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 酸解時(shí)間對(duì)鮮黃姜總皂苷提取率的影響

由圖1可知,隨著酸解時(shí)間的延長,總皂苷提取率先上升后下降，在酸解時(shí)間為2.0 h時(shí)，提取率達(dá)到最高。這可能是由于，酸解時(shí)間過長會(huì)使皂苷徹底水解，成分遭到破壞，產(chǎn)生人工產(chǎn)物。因此,選擇1.5 h、2.0 h和2.5 h作為正交實(shí)驗(yàn)中酸解時(shí)間的3個(gè)水平。

2.1.2 微波功率對(duì)鮮黃姜總皂苷提取率的影響

固定提取溶劑為乙酸乙酯、液料比為15∶1、酸解時(shí)間為2.0 h、微波提取時(shí)間為4 min，考察微波功率對(duì)鮮黃姜總皂苷提取率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 微波功率對(duì)鮮黃姜總皂苷提取率的影響

由圖2可知,隨著微波功率的增大，總皂苷提取率先上升后下降，在微波功率為400 W時(shí)，提取率達(dá)到最高。這可能是由于，微波功率越大，溶劑及細(xì)胞液吸收的微波能量越多，細(xì)胞內(nèi)部溫度及壓力上升越快，細(xì)胞壁越容易破裂，從而使更多的有效成分從細(xì)胞中釋放出來；但微波功率過大，容易暴沸，不易控制，因此，選擇300 W、400 W和500 W作為正交實(shí)驗(yàn)中微波功率的3個(gè)水平。

2.1.3 微波提取時(shí)間對(duì)鮮黃姜總皂苷提取率的影響

固定提取溶劑為乙酸乙酯、液料比為15∶1、酸解時(shí)間為2.0 h、微波功率為400 W，考察微波提取時(shí)間對(duì)鮮黃姜總皂素提取率的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 微波提取時(shí)間對(duì)鮮黃姜總皂苷提取率的影響

由圖3可知,隨著微波提取時(shí)間的延長,總皂苷提取率先上升后下降，在微波提取時(shí)間為4 min時(shí)，提取率達(dá)到最高。因此,選擇3 min、4 min和5 min作為正交實(shí)驗(yàn)中微波提取時(shí)間的3個(gè)水平。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與方差分析分別見表1、表2。

由表1可知，在不考慮交互作用的情況下，各因素對(duì)鮮黃姜總皂苷提取率的影響大小依次為：微波提取時(shí)間>酸解時(shí)間>微波功率，且各因素對(duì)總皂苷提取率的影響均不顯著(表2)。最佳組合為A2B2C2，即在液料比為15∶1時(shí)的最佳提取條件為：酸解時(shí)間2.0 h、微波功率400 W、微波提取時(shí)間4 min。此時(shí)鮮黃姜總皂苷提取率達(dá)到0.26%。

表1 正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與分析

表2 方差分析

在上述優(yōu)化的工藝條件下，進(jìn)行5 次平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。鮮黃姜總皂苷平均提取率為0.24%，RSD 為1.12%。說明該工藝條件穩(wěn)定，具有良好的重復(fù)性。

2.3 與傳統(tǒng)提取方法的比較(表3)

由表3可看出，與3種傳統(tǒng)提取方法相比，微波法提取的總皂苷提取率較高， 而且耗時(shí)短、操作簡單，是一種比較理想的提取鮮黃姜總皂苷的方法。

表3 微波法與傳統(tǒng)提取方法的比較

3 結(jié)論

通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)確定微波法提取鮮黃姜總皂苷的最佳工藝條件為：液料比15∶1(mL∶g)、酸解時(shí)間2.0 h 、微波功率400 W、微波提取時(shí)間4 min，在此條件下，鮮黃姜總皂苷提取率達(dá)0.26%。該工藝條件穩(wěn)定，具有良好的重復(fù)性。與傳統(tǒng)提取法相比，微波提取法高效、節(jié)能、省時(shí)、操作簡單，是理想的提取鮮黃姜總皂苷的方法，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。

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