超聲提取鳳眼蓮活性成分的工藝研究

李本俊, 徐 鑫, 李奕諾, 關(guān)樺楠

(1.遼寧醫(yī)藥職業(yè)學(xué)院藥學(xué)系，遼寧沈陽 110101；2. 沈陽藥科大學(xué)藥學(xué)院，遼寧沈陽 110016；3. 遼寧中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，遼寧大連 116600；4. 哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150076)

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超聲提取鳳眼蓮活性成分的工藝研究

李本俊1, 徐 鑫2, 李奕諾3, 關(guān)樺楠4

(1.遼寧醫(yī)藥職業(yè)學(xué)院藥學(xué)系，遼寧沈陽 110101；2. 沈陽藥科大學(xué)藥學(xué)院，遼寧沈陽 110016；3. 遼寧中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，遼寧大連 116600；4. 哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150076)

[目的] 研究超聲提取鳳眼蓮活性成分的工藝條件。[方法]通過對超聲輔助提取鳳眼蓮活性成分工藝進行優(yōu)化，然后設(shè)計正交試驗，選出較為合理的工藝條件，提高鳳眼蓮活性成分的提取率。以乙醇為溶劑，以超聲波為輔助條件，分別考察提取溶劑乙醇濃度、提取頻率、提取時間和物料與溶劑比4個單因素對提取率的影響，通過單因素和正交試驗，優(yōu)化鳳眼蓮中活性成分的提取工藝。[結(jié)果] 鳳眼蓮中活性成分的最佳提取工藝為乙醇濃度50%、料液比1∶30、超聲時間20 min、超聲頻率70 kHz。[結(jié)論]此試驗可以作為鳳眼蓮活性成分提取工藝的參考。

鳳眼蓮；活性成分；超聲提?。徽辉囼?/p>

鳳眼蓮(EichhorniaCrassipes)為雨久花科鳳眼蓮屬，因其在根與葉之間有一個個像葫蘆狀的大氣泡又稱水葫蘆，又名水浮蓮、水荷花、洋水仙、水生風(fēng)信子等，學(xué)名布袋蓮，原產(chǎn)南美洲熱帶、亞熱帶地區(qū)的委內(nèi)瑞拉、巴西等國家，為多年生漂移性水生草本植物[1]。在亞洲、北美、大洋州和非洲的很多國家和地區(qū)均有生長，是世界上生長、繁殖最快的水草之一[2]。由于其生命力強，繁殖能力快，會覆蓋水面、堵塞河道，影響航運、污染水體并降低水質(zhì)，破壞水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致水生動物死亡，破壞自然環(huán)境，降低生物多樣性；為蚊蠅滋生提供場所，危及人類和家畜的健康，影響農(nóng)業(yè)的發(fā)展；其死亡后，腐爛體會形成重金屬層，直接殺傷底棲生物。因此，鳳眼蓮已成為世界性的水生惡性雜草、世界十大害草之一，更是一種“綠色污染”[3-4]。

目前國內(nèi)外的學(xué)者對鳳眼蓮的藥用價值也進行了一系列的研究。有大量文獻報道鳳眼蓮總黃酮、多糖成分的提取工藝[5-8]。也有學(xué)者對鳳眼蓮化學(xué)成分進行研究、對鳳眼蓮的粗提取物和各成分進行活性探索，主要分離出生物堿類、鄰苯二甲酸酯衍生物類、苯基衍生物等，初步探討其活性，得到了鳳眼蓮具有抗細菌、抗真菌、抗藻類、抗腫瘤、抗氧化等藥理作用[9-10]。超聲波提取法是采用超聲波輔助提取溶劑進行提取的方法。因超聲波提取不會改變有效成分的結(jié)構(gòu)，同時縮短了提取時間，提高了有效成分的提取率和原料的利用率，從而為重要成分的提取提供了一種快速、高產(chǎn)的提取新方法。近年來，超聲技術(shù)應(yīng)用于提取植物中的生物堿、苷類、生物活性物質(zhì)、動物組織漿的毒質(zhì)等研究已有報道[11-12]，表明其具有能耗低、效率高、不破壞有效成分的特點。很多研究表明，利用超聲波產(chǎn)生的強烈振動、高的加速度、強烈的空化效應(yīng)、攪拌作用等,可加速植物材料中的有效成分進入溶劑，從而增加有效成分的提取率，縮短提取時間，還可避免高溫對提取成分的影響[11]。筆者以超聲波輔助提取水葫蘆活性成分，研究其提取工藝條件，為鳳眼蓮藥用價值的開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1研究對象。鳳眼蓮飲片1 kg，購于廣西。經(jīng)遼寧中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院中藥鑒定教研室翟延君教授鑒定為雨久花科鳳眼蓮屬多年生宿根浮水草本植物鳳眼蓮(EichhorniaCrassipes)的干燥全草。

1.1.2主要儀器。 超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)，KQ-500DE；循環(huán)水式真空泵(鞏義市予華儀器有限公司)，SHZ-ⅢA；電熱恒溫水浴鍋(天津市泰斯特儀器有限公司)，DK-98-Ⅱ；電子計重秤(上海香山日衡工貿(mào)有限公司)，ACS-6-2E14；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠)，RE-2000A。

1.1.3主要試劑。95%乙醇、無水甲醇，均為分析純，市售。

1.2 方法

1.2.1超聲輔助提取方法。取鳳眼蓮飲片，粉碎，并過篩。準確稱取鳳眼蓮粉末5 g，放入250 ml錐形瓶中，按照一定的料液比加入提取劑乙醇，放入一定頻率的超聲波清洗儀中，在一定的溫度下超聲提取一定的時間。提取結(jié)束后，用砂芯漏斗進行抽濾分離，并用乙醇洗滌鳳眼蓮殘渣2～3次，獲得鳳眼蓮活性成分與乙醇的混合物，然后將獲得的混合物進行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，回收溶劑，得到的鳳眼蓮活性成分用甲醇轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中，于水浴鍋中烘干后稱重計算收率。提取率(%)=(提取鳳眼蓮活性成分質(zhì)量/鳳眼蓮粉末質(zhì)量)×100%。

1.2.2單因素試驗。

1.2.2.1乙醇濃度對提取率的影響。分別準確稱取5.0 g鳳眼蓮干粉，加入體積濃度為40%、50%、60%、70%、80%的乙醇溶液100 ml，在溫度為23 ℃、超聲頻率為70 kHz下，提取30 min，探討乙醇濃度對活性成分提取率的影響。

1.2.2.2提取時間對提取率的影響。分別準確稱取5.0 g鳳眼蓮干粉，加入體積濃度為50%的乙醇溶液100 ml，在溫度為23 ℃、超聲頻率為70 kHz的條件下，提取20、30、40、50、60 min,探討提取時間對活性成分提取率的影響。

1.2.2.3超聲頻率對活性成分提取率的影響。分別準確稱取5.0 g鳳眼蓮干粉，加入體積濃度為50%的乙醇溶液100 ml，在溫度為23 ℃、頻率為50、60、70、80、90 kHz的超聲提取30 min，探討超聲頻率對活性成分提取的影響。

1.2.2.4料液比對活性成分提取的影響。 分別準確稱取5.0 g鳳眼蓮干粉，加入體積濃度為50%的乙醇溶液，其料液比分別為1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50，在溫度為23 ℃、頻率為90 kHz下超聲提取40 min，探討料液比對活性成分提取的影響。

1.2.3超聲提取正交試驗。超聲提取過程受很多因素的影響，包括被提取物的性質(zhì)(樣品的粒徑等)、提取時間、物料與溶劑的比例和超聲功率等。該試驗以提取溶劑的濃度、提取時間、超聲頻率以及物料與溶劑的比例為考察因素，各取3水平，綜合超聲波法單因素試驗，在各單因素最適宜條件下，選用L9(34)表進行正交試驗(表1)。以鳳眼蓮活性成分提取率高低為考察指標，確定鳳眼蓮干粉中活性成分提取的最佳條件。

表1 正交試驗因素水平設(shè)定

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1乙醇濃度對提取率的影響。 由圖1可知，活性成分提取量在乙醇濃度為50%前上升較快，而后趨于下降，且當乙醇濃度過高時，提取量下降明顯。這可能是因為乙醇濃度過高，在超聲條件下易揮發(fā)失去，導(dǎo)致活性成分溶出降低。40%與50%兩處活性成分提取量均比較高，50%乙醇的提取率最高，故該試驗選擇50%的乙醇溶液。

2.1.2提取時間對提取率的影響。 圖2表明，活性成分的提取量總體上隨著時間的延長而下降，在30 min時提取量最大，時間再延長呈下降趨勢。這可能是由于超聲時間太長引起溫度升高造成乙醇揮發(fā)，以及超聲對活性成分結(jié)構(gòu)破壞造成損失導(dǎo)致的，故以30 min為適宜超聲時間。

2.1.3超聲頻率對活性成分提取率的影響。從圖3可看出，超聲頻率越高越不適宜活性成分的提取。可能是由于頻率太高，分子內(nèi)運動太過劇烈，導(dǎo)致溶劑損失，反而不利于活性成分溶出等原因引起的，故選擇70 kHz較為適宜。

2.1.4料液比對活性成分提取的影響。 圖4表明，隨著乙醇溶液體積的增大，活性成分的提取率先上升后下降,到1∶30提取率達最高，基于節(jié)約溶劑和回收，該試驗選擇了1∶30為適宜的料液比。

2.2 超聲提取正交試驗從表2可以看出，其中以試驗號2所得的粗提液中活性成分的含量最高，150 ml的粗提液中含活性成分20.4%，即A1B2C2D2為較好的工藝。從極差R值的大小可以看出，在試驗條件范圍內(nèi)，各因素對粗提液中活性成分影響的程度順序依次為D>B>C>A，即超聲頻率>乙醇濃度>料液比>超聲時間。因此根據(jù)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ值的大小，可以確定各因素較優(yōu)的水平組合為A1B2C2D2。由表2的結(jié)果也可以看出鳳眼蓮活性成分的提取率較高，平均為27.0%。

表2 正交試驗結(jié)果

2.3 驗證試驗根據(jù)正交試驗結(jié)果，初步確定了各因素較優(yōu)的水平組合為A1B2C2D2，即超聲時間為20 min、乙醇濃度為50%、物料與溶劑比為1∶30、超聲頻率為70 kHz。按優(yōu)化的工藝條件，重復(fù)3次試驗，進行穩(wěn)定性考察。由驗證試驗結(jié)果(表3)可確定工藝條件A1B2C2D2為較優(yōu)的實際提取工藝。

表3 驗證試驗結(jié)果

3 結(jié)論與討論

通過對超聲輔助提取鳳眼蓮活性成分的研究，由單一因素考察試驗和正交試驗確定了提取鳳眼蓮活性成分的最佳工藝條件為乙醇濃度50%、超聲時間20 min、超聲頻率70 kHz、物料與溶劑比1∶30。

此次試驗先通過單一因素考察分析了超聲輔助提取鳳眼蓮活性成分提取工藝中的4個重要因素對目標提取率影響，然后通過正交試驗選出了最優(yōu)的工藝條件，即超聲時間為20 min、乙醇濃度為50%、物料與溶劑比為1∶30及超聲頻率為70 kHz，這不違背單因素考察結(jié)果，且之后的驗證試驗3次結(jié)果的平均值為27.0%，說明該工藝合理可行。

此試驗方法工藝簡單，提取率為27.0%，利用文中所提供的超聲波提取而得到的活性物質(zhì)其純度較高。超聲波可以強化乙醇浸提法，達到省時、高效、節(jié)能的目的，此方法采用全物理過程，無任何污染，是一條理想的提取活性物質(zhì)的途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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Study on the Ultrasonic Extraction ofEichhorniacrassipesActive Ingredient

LI Ben-jun1, XU Xin2, LI Yi-nuo3et al

(1. Department of Pharmacy, Liaoning Medical Vocational College, Shenyang, Liaoning 110101; 2. School of Traditional Chinese Medicine, Shenyang Pharmaceutical University, Shenyang, Liaoning 110016; 3. Department of Pharmacy, Liaoning University of Traditional Chinese Medicine, Dalian, Liaoning 116600)

[Objective] Ultrasonic assisted extraction technology was used to extract active ingredients fromEichhorniacrassipes. [Method] Through optimization of ultrasonic assisted extraction technology and orthogonal experiment design, reasonable process conditions were adopted to improve the extraction yield. With ethanol as solvent and supersonic as supplementary condition, effects of ethanol concentration, extraction frequency, extraction time, solid-liquid ratio on the yield were investigated. The optimum extraction conditions of active ingredients fromEichhorniacrassipeswere obtained by single factor and orthogonal tests. [Result] The results showed that the optimum extraction conditions of active ingredients fromEichhorniacrassipesare as follows: 50% ethanol as the solvent, solid-liquid ratio 1∶30 and 20 min immerge extracting at 70 kHz. [Conclusion] This experiment can be used as the reference of extraction technology for active ingredients fromEichhorniacrassipe.

Eichhorniacrassipes; Active ingredients; Ultrasonic extraction; Orthogonal test

國家自然科學(xué)基金資助項目(31201376)。

李本俊(1957- )，男，遼寧丹東人，副教授，從事中藥的炮制與鑒定研究。

2014-11-26

S 567；R 932

A

0517-6611(2015)02-110-03