微波法從黃連中提取黃連素的工藝研究

黃學(xué)仁，李超柱，陳艷輝，易義群

欽州學(xué)院，欽州535000

黃連是一種著名的中藥，《神農(nóng)本草經(jīng)》列之為上品，性寒，味苦，具有清熱燥濕，瀉火解毒之功效。其中以黃連素(小檗堿)的含量最多，也是最有效的成分之一，其對(duì)心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和消化系統(tǒng)具有良好的治療和保健作用，是一種常用的中草藥［1］。近幾年來(lái)又發(fā)現(xiàn)了一些新的用途，如治療原發(fā)性高血壓、心律失常、高血脂癥、消化性潰瘍、Ⅱ型糖尿病等，可以說(shuō)是老藥新用［2，3］。此外，現(xiàn)代藥理學(xué)研究證實(shí)黃連素具有顯著的抗心力衰竭、抗心律失常、降低膽固醇、抗制血管平滑肌增殖、改善胰島素抵抗、抗血小板、抗炎等作用，因而在心血管系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面將可能有廣泛、重要的應(yīng)用前景，日益受到重視［4］。

提取黃連素比較成熟的工藝為硫酸法、石灰水法，但這些方法提取的時(shí)間長(zhǎng)、代價(jià)高、產(chǎn)品純度低、產(chǎn)率低、溶劑消耗多、易造成環(huán)境污染等問(wèn)題［5］。本研究以水作為提取溶劑，采用微波輻射方法從黃連中提取黃連素，并優(yōu)化提取工藝條件。

1 儀器與試劑

1．1 原料和試劑

黃連(購(gòu)于欽州市藥店);黃連素對(duì)照品、濃鹽酸、氯化鈉(購(gòu)于南寧藍(lán)天實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)。

1．2 儀器

NJL07-3型實(shí)驗(yàn)專用微波爐(南京杰全微波設(shè)備有限公司);T6新世紀(jì)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司);雷磁PHS-3C型PH計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司);萬(wàn)分之一電子分析天平(上海精密科學(xué)儀器有限公司);HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋(金壇市科析儀器有限公司);SHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵(上海豫華儀器有限公司)。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2．1 黃連素的提取

將黃連放入烘箱中于70℃條件下烘烤使之變脆，用粉碎機(jī)將其研磨成粉末狀。用萬(wàn)分之一天平準(zhǔn)確稱取2．0000 g黃連，置于250 mL小燒杯中，加入一定量蒸餾水浸泡一段時(shí)間，在一定條件下微波提取黃連素。趁熱抽濾，提取液加人20%NaCl溶液，并用稀鹽酸調(diào)pH至1～2，放入冰箱中冷藏靜置過(guò)夜，得黃連素粗品。

2．2 黃連素的精制

將黃連素粗品置于燒杯中。加入50倍量蒸餾水煮沸1 min攪拌溶解，趁熱抽濾，濾液放冷后加濃HCl調(diào)節(jié)pH至1～2，放入冰箱中冷藏靜置過(guò)夜，即析出黃色針狀黃連素精品。實(shí)驗(yàn)流程如下:

2．3 分光光度法測(cè)定黃連素含量

2．3．1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

精密稱取黃連素對(duì)照品4 mg，用水溶解并移至100 mL容量瓶中定容，得濃度為40μg/mL的儲(chǔ)備液，備用。精密吸取黃連素儲(chǔ)備液 1．0、1．5、2．0、2．5、3．0、3．5、4．0 mL 于25 mL 容量瓶中并定容，用蒸餾水作空白，在其最大吸收波長(zhǎng)λ=345 nm處分別測(cè)其吸光度［6］，根據(jù)結(jié)果用最小二乘法作線性回歸，得黃連素濃度X與吸光度Y 的線性回歸方程:Y=0．0636X+0．00891(X 為黃連素濃度 μg/mL，Y為吸光度)，r=0．9998。

2．3．2 黃連素的提取率分析

準(zhǔn)確量取2．2中提取所得的冷藏前的酸化溶液1 mL于25 mL容量瓶中并定容，用蒸餾水作空白，在λ=345 nm處測(cè)其吸光度值，根據(jù)所測(cè)得的分光度值由線性方程計(jì)算求得黃連素提取率。

2．4 黃連素提取工藝的確定

分別考察不同微波功率、原料浸泡時(shí)間、料液比(g/mL，下同)、提取次數(shù)、微波輻射時(shí)間對(duì)黃連素提取率的影響。在考察這些因素對(duì)提取黃連素的影響時(shí)，以345 nm處的吸光度值確定最優(yōu)條件。移取1 mL黃連素精品于25 mL容量瓶中定容，測(cè)定345 nm處的吸光度值。

2．4．1 微波功率

準(zhǔn)確稱量2．0000 g黃連，置于250 mL小燒杯中，加入200 mL蒸餾水，浸泡24 h。分別在300、400、500、600 w的微波功率下微波提取3 min。趁熱抽濾，加人20%NaCl溶液，并用稀鹽酸調(diào) pH至1～2，放入冰箱中冷藏靜置過(guò)夜，即析出黃色針狀黃連素精品。

2．4．2 原料浸泡時(shí)間

準(zhǔn)確稱量2．0000 g黃連，置于250 mL小燒杯中，加入200mL 蒸餾水，分別浸泡8 h、16 h、24 h、32 h，在500 w的微波功率下微波提取3 min。趁熱抽濾，加人20%NaCl溶液，并用稀鹽酸調(diào)pH至1～2，放入冰箱中冷藏靜置過(guò)夜，即析出黃色針狀黃連素精品。

2．4．3 料液比

準(zhǔn)確稱量2．0000 g黃連，置于250 mL小燒杯中，分別加入160、200、240、280 mL 的蒸餾水，浸泡24 h。在500 w的微波功率下微波提取3 min。趁熱抽濾，加人20%NaCl溶液，并用稀鹽酸調(diào) pH至1～2，放入冰箱中冷藏靜置過(guò)夜，即析出黃色針狀黃連素精品。

2．4．4 提取次數(shù)

準(zhǔn)確稱量2．0000 g黃連，置于250 mL小燒杯中，加入200 mL蒸餾水，浸泡24 h。在500 w的微波功率下微波分別提取1次、2次、3次、4次，每次提取3 min。趁熱抽濾，加人20%NaCl溶液，并用稀鹽酸調(diào)pH至1～2，放入冰箱中冷藏靜置過(guò)夜，即析出黃色針狀黃連素精品。

2．4．5 微波輻射時(shí)間

準(zhǔn)確稱量2．0000 g黃連，置于250 mL小燒杯中，加入200 mL蒸餾水，浸泡24 h。在500 w的微波功率下微波分別提取1、2、3、4 min。趁熱抽濾，加人20%NaCl溶液，并用稀鹽酸調(diào) pH至1～2，放入冰箱中冷藏靜置過(guò)夜，即析出黃色針狀黃連素精品。

3 結(jié)果與討論

3．1 微波輻射功率對(duì)黃連素提取率的影響

結(jié)果如圖1。

圖1 微波輻射功率對(duì)提取率的影響Fig.1 The effect of microwave radiation power on the extraction rate

由圖1可以看出，隨著微波輻射功率的提高，黃連素的的提取率也隨之增加?？赡苁且?yàn)槲⒉üβ试黾樱w中提取劑吸收的微波增多，繼而提取溫度升高，使黃連素向提取劑擴(kuò)散的速度變快，因此提取率隨之增加。但當(dāng)功率達(dá)到600 w之后，黃連素的提取率略有減少，可能是由于微波功率太高導(dǎo)致提取溫度過(guò)高，使其中的有效成分被破壞，同時(shí)有其他成分出現(xiàn)，會(huì)影響黃連素成分含量測(cè)定的緣故。因此，微波輻射功率以500 w為宜。

3．2 原料浸泡時(shí)間對(duì)黃連素提取率的影響

結(jié)果如圖2。

圖2 原料浸泡時(shí)間對(duì)提取率的影響Fig.2 The effect of soaking time on the extraction rate

由圖2可以看出，黃連素的提取率隨著浸泡時(shí)間的增加而增加，可能是由于水分是極易極化的物質(zhì)，隨著浸泡時(shí)間的增加，進(jìn)入基體中的水分逐漸增加，對(duì)微波呈強(qiáng)烈選擇性吸收，使細(xì)胞壁被破壞，細(xì)胞中的黃連素成分被釋放出來(lái)的緣故。當(dāng)浸泡時(shí)間增加到32 h時(shí)，提取率與24 h時(shí)相差不大，可能是此時(shí)進(jìn)入基體中的水與溶劑中的水達(dá)到平衡，吸收的微波能量也趨于穩(wěn)定，因此提取率也趨于穩(wěn)定。從時(shí)間和產(chǎn)率的角度綜合分析，原料浸泡時(shí)間以24 h為宜。

3．3 料液比對(duì)黃連素提取率的影響

結(jié)果如圖3。

圖3 料液比對(duì)提取率的影響Fig.3 The effectof solid-liquid ratio on the extraction rate

由圖3可以看出，黃連素的提取率隨著料液比的增加而增加，料液比增加使料液兩相的濃度差增大，有利于微波提取。但當(dāng)料液比為1∶140時(shí)，黃連素提取率與1∶120趨于相近，可能是此時(shí)黃連素已基本被提取完畢?？紤]到隨著料液比的增加會(huì)使微波的吸收量增加，提取黃連素的能量消耗和過(guò)濾的耗時(shí)也會(huì)隨之增加，因此料液比以1∶120為宜。

圖4 提取次數(shù)對(duì)提取率的影響Fig.4 The effect of the number of extraction on the extraction rate

3．4 提取次數(shù)對(duì)黃連素提取率的影響

結(jié)果如圖4。

由圖4可以看出，黃連素的提取率隨著提取次數(shù)的增加而增加，當(dāng)提取次數(shù)增加到2以后，提取率卻隨著提取次數(shù)的增加而趨于穩(wěn)定。綜合各方面考慮，提取次數(shù)以2次為宜。

3．5 微波輻射時(shí)間對(duì)黃連素提取率的影響

結(jié)果如圖5。

圖5 微波輻射時(shí)間對(duì)提取率的影響Fig.5 The effect of microwave irradiation time on the extraction rate

由圖5可以看出，當(dāng)微波輻射時(shí)間小于3 min時(shí)，黃連素的提取率隨著微波輻射時(shí)間的增加而增加，可能是因?yàn)槲⒉ㄝ椛鋾r(shí)間增加，基體中的水分吸收的微波也會(huì)隨著增加，微波能量逐漸積累，對(duì)細(xì)胞壁的破壞作用也越明顯，對(duì)黃連素的提取量也越多。當(dāng)達(dá)到3 min時(shí)，提取率反而有所下降，可能是當(dāng)微波輻射時(shí)間達(dá)到3 min時(shí)，提取溶劑達(dá)到沸點(diǎn)而沸騰，導(dǎo)致提取出的黃連素被部分分解，結(jié)果導(dǎo)致提取率降低。因此，微波輻射時(shí)間以3 min為宜。

4 結(jié)論

微波是電磁波的一部分，微波所具有的非熱效應(yīng)可以松弛氫鍵，擊穿細(xì)胞膜，加速溶質(zhì)分子對(duì)基體的滲透和目標(biāo)組分的溶劑化，提高提取效率。天然植物中的有效成分往往包埋在有表皮保護(hù)的內(nèi)部薄壁細(xì)胞或者液泡內(nèi)，破壁非常困難。微波加熱導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)極性物質(zhì)，尤其是水分子吸收微波能，產(chǎn)生大量熱量，使細(xì)胞內(nèi)溫度迅速升高，液態(tài)水汽化產(chǎn)生的壓力將細(xì)胞膜和細(xì)胞壁沖破，形成微小孔洞，進(jìn)一步加熱導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)部和細(xì)胞壁水分減少，細(xì)胞收縮，表面出現(xiàn)裂紋?？锥春土鸭y的存在使胞外液容易進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，溶解并釋放細(xì)胞內(nèi)有效成分［7］。

在微波場(chǎng)的協(xié)同下，通過(guò)對(duì)影響黃連素提取因素的探索實(shí)驗(yàn)，我們得出了從黃連中提取黃連素的最佳工藝為:提取功率500W，提取時(shí)間3min，料液比1∶120，提取次數(shù)2次，原料浸泡時(shí)間24 h。提取率達(dá)5．61%，提取效果較好。與傳統(tǒng)方法中的硫酸法、石灰法、乙醇浸取法相比，不僅提高了提取速度，并且更加環(huán)保。

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