超聲波提取雀兒舌頭多酚物質(zhì)的工藝研究

龍 躍，王 超，王武鵬，薛倩倩，寇 嫻，王桂紅

(鄭州大學(xué)化學(xué)系，河南鄭州450001)

0 引言

雀兒舌頭系大戟科黑鉤葉屬植物(Leptopus chinensis(Bunge)Pojark)，別名黑鉤葉，草桂花，黃楊皮(湖北)，一葉秋(神農(nóng)架)，為一年生草本植物，廣泛分布于吉林，湖北，河南，陜西，山西，甘肅，山東，湖北，四川，云南，西藏等地.其根性溫，中醫(yī)認(rèn)為具有理氣止痛，治療胃病，腹瀉下痢等作用，民間還用來(lái)治療黃疸、胃炎、水腫等多種疾?。?-2］.

植物多酚具有多種生物學(xué)活性，包括抗氧化［3］、抗菌［4］、抗腫瘤［5］等，對(duì)植物中多酚物質(zhì)提取分離并進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用具有重要意義.超聲波提取法［6］可以破壞細(xì)胞的細(xì)胞壁，改善目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性，增加提取率，相對(duì)于傳統(tǒng)的超聲波技術(shù)在天然產(chǎn)物提取中顯示出了明顯的優(yōu)勢(shì)［7-8］.目前，利用超聲波進(jìn)行多酚物質(zhì)提取的報(bào)道已有很多，如:大豆異黃酮的提取［9］、茶多酚的提?。?0］、蘋(píng)果多酚的提?。?1］等.本研究首次將超聲波提取法應(yīng)用于雀兒舌頭多酚提取，并著重對(duì)超聲波提取工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用中草藥雀兒舌頭奠定基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 主要材料與儀器

實(shí)驗(yàn)材料為采集于河南禹州市的雀兒舌頭全草，沒(méi)食子酸、三氯化鐵、鐵氰化鉀試劑均為分析純.

美國(guó)Perkin Elmer紫外分光光度計(jì)(型號(hào):lambda 35);KQ—3200DB型數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司);Rc-52-99型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(上海亞榮生化儀器廠);SartoriusBS210S電子天平(北京塞多利斯天平有限公司).

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 多酚含量的測(cè)定

雀兒舌頭多酚含量采用靈敏度高、適合微量多酚含量測(cè)定的普魯士藍(lán)法［12］測(cè)定，以沒(méi)食子酸為標(biāo)準(zhǔn)品.

(1)標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

準(zhǔn)確稱取沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)品(120℃烘干至恒重)15.0 mg，用95%乙醇溶解后，轉(zhuǎn)入200 mL容量瓶中，用體積分?jǐn)?shù)為95%的乙醇定容，得75 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)貯備液.

(2)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

精密吸取沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)品溶液(75 μg/mL)0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL，置于 25 mL 容量瓶中，加入FeCl3(0.100 mol/L)1 mL，K3Fe(CN)6(0.008 mol/L)1 mL后，用 HCl(0.100 mol/L)定容至25 mL，放置20 min，在波長(zhǎng)700 nm處測(cè)定其吸光度，試劑空白為參比.根據(jù)所繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得回歸方程為C=1.894 1A+0.192 2，相關(guān)系數(shù)為0.999 5，式中:A為吸光度;C為沒(méi)食子酸濃度(μg/mL).結(jié)果表明:沒(méi)食子酸0.6～3(μg/mL)范圍內(nèi)，線性關(guān)系良好.

(3)雀兒舌頭多酚得率的計(jì)算

雀兒舌頭多酚含量通過(guò)測(cè)得的吸光度值A(chǔ)換算成所測(cè)試液的濃度C后，由下式得出:

1.2.2 超聲波法提取試驗(yàn)

將雀兒舌頭粉碎，過(guò)0.250 mm篩，稱取一定量干燥后的雀兒舌頭粉末，分別考察乙醇濃度、超聲波功率、料液比、溫度、提取時(shí)間對(duì)雀兒舌頭多酚得率的影響.在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇主要影響超聲波提取雀兒舌頭多酚得率的因素及水平進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定最佳提取工藝.

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)雀兒舌頭多酚得率的影響

稱取雀兒舌頭3 g，在30 min、料液比為1∶15、溫度為30℃以及150 W超聲波功率的條件下考查乙醇濃度對(duì)多酚得率的影響，提取結(jié)果見(jiàn)圖1.

由圖1可知，雀兒舌頭多酚得率隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的升高逐漸增大，在乙醇體積分?jǐn)?shù)為50% ～70%時(shí)明顯增大，之后下降，說(shuō)明乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)提取多酚有較大影響，體積分?jǐn)?shù)越大提取效果越好，但是在70%以后，得率隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的升高并沒(méi)有增大，而是有所下降，因此選擇60%、70%、80%3個(gè)水平條件做進(jìn)一步的正交試驗(yàn).

圖1 乙醇濃度對(duì)多酚得率的影響Fig.1 Effection of ethanol concentration on the yield of polyphenols

2.1.2 料液比對(duì)雀兒舌頭多酚得率的影響

稱取雀兒舌頭3 g，在乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%、提取時(shí)間60 min、溫度30℃以及150 W超聲波功率的條件下考查提取時(shí)間對(duì)多酚得率的影響，提取結(jié)果見(jiàn)圖2.

通過(guò)分析圖2可以看出，隨著料液比的增加，多酚得率呈增加趨勢(shì)，說(shuō)明隨著料液比的增大，溶劑體積增加有利于多酚的溶出，但料液比不是越大越好，在料液比1∶25時(shí)達(dá)到最大值之后又出現(xiàn)下降，因此選擇得率較大的 1∶20、1∶25、1∶30 3 個(gè)水平條件做進(jìn)一步正交試驗(yàn).

圖2 料液比對(duì)多酚得率的影響Fig.2 Effection of ratio of material to liquid on the yield of polyphenols

2.1.3 溫度對(duì)雀兒舌頭多酚得率的影響

稱取雀兒舌頭3 g，在乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%、料液比為1∶20、提取時(shí)間為50 min以及 150 W超聲波功率的條件下考查提取溫度對(duì)多酚得率的影響，提取結(jié)果見(jiàn)圖3.

圖3 提取溫度對(duì)多酚得率的影響Fig.3 Effection of ultrasonic temperature on the yield of polyphenols

從圖3中可以看出，多酚得率在溫度為30～70℃范圍內(nèi)逐漸增大，在高于70℃時(shí)可能會(huì)繼續(xù)增大.但是考慮到高溫會(huì)使多酚結(jié)構(gòu)遭到破壞，同時(shí)較高的溫度對(duì)設(shè)備要求高，耗能更大，綜合以上因素，取50、60、70℃ 3個(gè)水平做進(jìn)一步正交試驗(yàn).

2.1.4 提取時(shí)間對(duì)雀兒舌頭多酚得率的影響

稱取雀兒舌頭3 g，在乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%、料液比為1∶20、溫度為30℃以及150 W超聲波功率的條件下考查提取時(shí)間對(duì)多酚得率的影響，提取結(jié)果見(jiàn)圖4.

圖4 提取時(shí)間對(duì)多酚得率的影響Fig.4 Effection of extraction time on the yield of polyphenols

由圖4我們可以看出，多酚得率隨提取時(shí)間的增加而增大，這主要是由于超聲波對(duì)細(xì)胞膜的破碎程度隨時(shí)間的增加逐漸增強(qiáng)，多酚逐漸溶出，但當(dāng)樣品內(nèi)外提取成分達(dá)到平衡時(shí)，即使再增加提取時(shí)間，多酚得率也不會(huì)顯著增加.由圖可知，30～70 min多酚得率呈上升狀態(tài)，在70 min后，得率并不再增加，說(shuō)明在70 min超聲波時(shí)間內(nèi)，雀兒舌頭多酚已經(jīng)達(dá)到最大溶出率，增加時(shí)間對(duì)多酚得率并無(wú)顯著影響，且增加能耗.綜合考慮，確定70 min為最佳提取時(shí)間.

2.1.5 超聲波功率對(duì)雀兒舌頭多酚得率的影響

稱取雀兒舌頭3 g，在乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%、料液比為1∶20、溫度為40℃以及50 min提取時(shí)間的條件下考查提取超聲波功率對(duì)多酚得率的影響，提取結(jié)果見(jiàn)圖5.

圖5 超聲波功率對(duì)多酚得率的影響Fig.5 Effection of ultrasonic power on the yield of polyphenols

由圖5可知，多酚得率隨超聲波功率增加而增大，這是由于超聲波對(duì)細(xì)胞膜的破壞程度隨功率的增加而增加，功率高時(shí)，破壞程度大，多酚得率高.但在圖上也可以看出，在達(dá)到135 W之后得率反而下降，這是由于功率增加到一定程度后，各種雜質(zhì)也同時(shí)溶出，有效成分的溶解量反而減少，雀兒舌頭多酚得率有所減少.選擇3個(gè)較大的水平條件105、120、135 W做進(jìn)一步正交試驗(yàn).

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，影響多酚得率的主要因素有乙醇體積分?jǐn)?shù)(A)，超聲波功率(B)，料液比(C)，加熱溫度(D)，提取時(shí)間確定為70 min，采用L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)提取條件進(jìn)行綜合考察，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)水平因素表(表1)，正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，方差分析結(jié)果見(jiàn)表3.

由正交試驗(yàn)結(jié)果可以看出，影響雀兒舌頭多酚得率的反應(yīng)條件中各因素的主次為:料液比、溫度、乙醇濃度、超聲波頻率.其中，料液比因素為顯著因素，最優(yōu)的提取工藝為A1B3C2D3，即乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%，功率為135 W，料液比為1∶25，溫度為70℃.

對(duì)正交試驗(yàn)得到的最佳工藝進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn).取3份雀兒舌頭分別按最佳條件:乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%，功率為135 W，料液比為1∶25，溫度為70℃于超聲波清洗儀中水浴提取，提取時(shí)間為70 min，3次提取雀兒舌頭的多酚得率分別為3.25，3.42，3.36 mg/g(RSD=2.3%).試驗(yàn)結(jié)果表明最佳提取工藝穩(wěn)定，值得推廣.

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Tab.1 The factors and levels of orthogonal design

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析Tab.2 Results of the orthogonal design and range analysis

表3 方差分析結(jié)果Tab.3 Results of variance analysis

3 結(jié)論

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，超聲波產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動(dòng)、強(qiáng)烈空化效應(yīng)、高加速度、熱效應(yīng)、攪拌作用等，使其應(yīng)用在植物提取方面可加速藥物有效成分進(jìn)入溶劑，從而提高提取效率，縮短提取時(shí)間，節(jié)約溶劑，并且免去了高溫對(duì)提取成分的破壞.這種具有方便、高效特點(diǎn)的超聲波提取法作為天然產(chǎn)物活性成分分離提取的新技術(shù)具有很高的實(shí)用價(jià)值，值得認(rèn)真探索研究.

本試驗(yàn)建立了利用超聲波技術(shù)提取雀兒舌頭多酚的方法，考察了乙醇濃度，超聲波功率，料液比，加熱溫度以及提取時(shí)間對(duì)多酚得率的影響，通過(guò)正交設(shè)計(jì)對(duì)各因素進(jìn)行了優(yōu)化，獲得了最優(yōu)的工藝參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果表明最佳超聲波提取工藝穩(wěn)定，多酚得率高，為以后雀兒舌頭開(kāi)發(fā)利用奠定了一定基礎(chǔ).

［1］冉先德.中華藥海［M］.哈爾濱:哈爾濱出版社，1993:1670.

［2］謝宗萬(wàn)，余萬(wàn)芩.全國(guó)中藥名鑒［M］.北京:人民衛(wèi)生出版社，1996:382.

［3］邵芳芳.重要的植物多酚及其抗氧化性能的研究概況［J］西北藥學(xué)雜志，2010，25(1):66-68.

［4］沈維治.植物多酚抑菌作用的研究進(jìn)展［J］.天然產(chǎn)物研究與開(kāi)發(fā)，2009，21(5):282-285.

［5］任莉莉.茶多酚抗腫瘤分子機(jī)理的國(guó)外研究新進(jìn)展［J］.國(guó)外醫(yī)學(xué)(醫(yī)學(xué)地理分冊(cè))，2003，24(3):106-109.

［6］李化.超聲波在中草藥成分中的應(yīng)用［J］.中藥材，2001.24(4):299-300.

［7］VINATORU M.An overview of the ultrasonically assisted extraction of bioactive principles from herbs［J］.Ultrasonics Sonochemistry，2001，8(3):303-313.

［8］王秋芬，宋湛謙，趙淑英，等.超聲波用于強(qiáng)化有機(jī)溶劑提取印楝素［J］.林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2004，24(1):25-28.

［9］謝明杰.超聲波提取大豆異黃酮［J］.大豆科學(xué)，2004，23(1):76-77.

［10］何曉梅，曹偉.茶多酚超聲波輔助提取工藝條件優(yōu)化研究［J］.湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009(9):111-113.

［11］任文霞，李建科，仇農(nóng)學(xué)，等.超聲波輔助提取蘋(píng)果渣多酚工藝［J］.食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào)，2008，27(4):20-23.

［12］石碧，狄瑩.植物多酚［M］.北京:科學(xué)出版社，2000:21-26.