紅花中羥基紅花黃色素A的提取動(dòng)力學(xué)研究

王 卉，史亞軍，鄧 輝，宋 蕊，王 媚

(陜西中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，陜西咸陽 712046)

紅花，又稱刺紅花或草紅花，藥用紅花為菊科植物紅花(Carthamus tinctorius L.)的干燥花，味辛性溫，歸心、肝經(jīng)，是臨床常用的活血化瘀藥物［1－6］，常用于痛經(jīng)閉經(jīng)、跌打損傷、血脈閉塞及心腦血管疾病的治療［7－12］。紅花最早記載于漢代張仲景的《金匱要略》中，在我國大部分地區(qū)均有分布和栽培，主要分布于四川、河南、浙江、新疆等地。大量的研究得出，紅花中含有黃酮類物質(zhì)、酚酸、色素、揮發(fā)油等多種活性成分，其中羥基紅花黃色素A，是其發(fā)揮藥理作用的物質(zhì)基礎(chǔ)［13－17］。羥基紅花黃色素A等有效成分熱穩(wěn)定性較差［18］，遇熱易分解，不易長時(shí)間浸提，提取溫度及提取時(shí)間對提取率都具有一定的影響，實(shí)際研究和生產(chǎn)中多采用水為溶劑進(jìn)行提?。?］，考慮到有效成分的熱敏性，本研究以羥基紅花黃色素A的含量為指標(biāo)［19］，通過溫浸的提取方法，考察不同溫度條件下有效成分的動(dòng)態(tài)提取率，優(yōu)選較佳的提取工藝，并通過數(shù)學(xué)手段，運(yùn)用EXAL擬合曲線的方式，得到羥基紅花黃色素A在浸提過程中的數(shù)學(xué)模型，為紅花的提取工藝提供可靠的參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料

1.1 藥材、試劑 紅花(西安盛興飲片有限公司提供，批號:140301)由陜西中醫(yī)學(xué)院胡本祥教授的鑒定為菊科植物紅花的干燥花，羥基紅花黃色素A(批號:11637－201308)由中國食品藥品檢定研究院提供，甲醇、乙腈均為色譜純，其余試劑均為分析純，水為高純水。

1.2 儀器 電熱恒溫水浴鍋(上海科恒實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司)，KDM型調(diào)溫電熱套(上海樹立儀器儀表有限公司)，U－3000高效液相色譜儀(德國戴安公司)。

2 方法與結(jié)果

2.1 提取方法 取紅花藥材10 g共6份，精密稱定，置于圓底燒瓶中并加設(shè)冷凝裝置，加14倍量水，置于水浴鍋或電熱套中，分別于50、60、70、80、90℃以及微沸的條件下回流提取，各樣品分別于提取 5、10、15、20、30、45、60、90 min 時(shí)取樣1 mL，同時(shí)補(bǔ)充1 mL溶劑。

2.2 含量測定

2.2.1 色譜條件［20］以十八烷基硅烷鍵合硅膠為填充劑;以甲醇—乙腈—0.7%磷酸溶液(26∶2∶72)為流動(dòng)相;檢測波長為403 nm，理論塔板數(shù)按羥基紅花黃色素A峰計(jì)算應(yīng)不低于3 000。

2.2.2 對照品溶液的制備 精密稱取羥基紅花黃色素A對照品適量，加25%甲醇制成每1 mL含對照品0.128 mg的溶液，即得。

2.2.3 供試品溶液的制備 于不同時(shí)間段(5、10、15、20、30、45、60、90 min)精密量取不同溫度(50、60、70、80、90℃及微沸)浸提液 1 mL，置于 5 mL 量瓶中，用25%的甲醇稀釋至刻度，搖勻，用微孔濾膜濾過，取續(xù)濾液，即得。

2.2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 取對照品溶液1、2、4、8，10、12、14μL分別進(jìn)樣，測定峰面積，以峰面積Y對進(jìn)樣量X進(jìn)行線性回歸，見圖1，得回歸方程Y=24.378X －1.101 7，相關(guān)系數(shù)為0.999 7，結(jié)果表明，羥基紅花黃色素 A 在0.128～1.792 mg·L－1范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。

2.2.5 樣品測定 精密吸取各供試品溶液5μL，注入HPLC儀，測定。色譜圖見圖2，3。

2.2.6 含量測定結(jié)果 按照上述色譜條件，分別測定不同溫度下不同時(shí)間提取液中羥基紅花黃色素A含量，結(jié)果見表1。

表1 不同溫度不同時(shí)間浸提液中提取物的含量

由圖4可知，隨著提取時(shí)間的延長，浸提液中羥基紅花黃色素A的含量逐漸升高，60 min時(shí)曲線趨于平衡。相同提取時(shí)間，溫度越高，提取率越高，提取溫度對羥基紅花黃色素A含量有較大影響。由于羥基紅花黃色素A存在熱不穩(wěn)定性，長時(shí)間高溫環(huán)境會(huì)引起浸提液中羥基紅花黃色素A的水解。溫度較高條件下，60 min達(dá)到平衡后，提取含量會(huì)有不同程度下降。根據(jù)含量測定結(jié)果，最終選擇提取條件為在90℃條件下溫浸提取60 min。

2.3 動(dòng)力學(xué)研究

2.3.1 速率常數(shù)k的求解 以時(shí)間t為橫坐標(biāo)，以ln［Ceq/(Ceq － C)］為縱坐標(biāo)，對 50、60、70、80、90℃條件下的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得圖5，擬合方程見表2。不同溫度下的羥基紅花黃色素A濃度與提取時(shí)間均具有較好的線性關(guān)系(R2＞0.96)，符合一級動(dòng)力學(xué)模型(Ceq為提取平衡時(shí)固相外溶質(zhì)質(zhì)量濃度，C為該時(shí)刻固相外溶質(zhì)質(zhì)量濃度)。本實(shí)驗(yàn)選取50、60、70、80、90℃為反應(yīng)溫度，故在 50 ～90℃范圍內(nèi)，溫度固定的條件下，羥基紅花黃色素A的提取速率為速率常數(shù) k。經(jīng)擬合所得 50、60、70、80、90 ℃時(shí)的 k 值分別為 0.028 9、0.035 2、0.052 2、0.023 4、0.035 2 s－1。于微沸狀態(tài)進(jìn)行提取，由于溫度過高，羥基紅花黃色素A發(fā)生水解，ln［Ceq/(Ceq－C)］與t不存在線性關(guān)系，不符合一級動(dòng)力學(xué)方程。

表2 不同溫度的擬合方程

2.3.2 提取活化能(Ea)的求解 提取活化能(Ea)是指在中藥的提取過程中，提取物從藥材中擴(kuò)散到溶劑中所需的最小能量。一般情況下，速率常數(shù)k與溫度的關(guān)系服從Arrhe-nius公式，即ln k與1/T呈線性關(guān)系，方程為k=Ae－(Ea/RT)，公式兩邊取自然對數(shù)，整理可得 ln k—1/T的直線方程:lnk=(－Ea/R)(1/T)+lnA。式中，k為提取速率常數(shù)(min－1);A為指前因子;R為氣體常數(shù);T為提取溫度(K);Ea為提取活化能(kJ·mol－1)。根據(jù)所得數(shù)據(jù)對lnk—1/T做擬合曲線，得到線性方程為lnk= －3 263.3(1/T)+6.524 4，R2=0.957 7。經(jīng)計(jì)算，羥基紅花黃色素A提取過程中的活化能為27.13 kJ·mol－1，證實(shí)為內(nèi)擴(kuò)散控制動(dòng)力學(xué)模型，溫度變化對提取速率常數(shù)的影響可以由提取活化能來反映。

3 討論

紅花中的羥基紅花黃色素A為水溶性成分，相關(guān)文獻(xiàn)中考察了以水、乙醇、正丁醇、正己烷、乙酸乙酯等溶劑為提取溶媒的提取率情況，考慮到經(jīng)濟(jì)問題及毒性問題，本文采用水作為提取溶媒，進(jìn)行提取工藝的考察。水溶性成分的傳統(tǒng)提取方法有回流提取、滲漉提取、浸漬提取和煎煮提取等［21－23］，羥基紅花黃色素A具有熱不穩(wěn)定性，溫度過高會(huì)發(fā)生熱降解，保存率也隨著下降，不宜在高溫下長時(shí)間提取;滲漉法耗時(shí)較長，且使用溶劑的量過大;室溫浸漬則提取較慢，耗時(shí)過長;實(shí)驗(yàn)室和大生產(chǎn)中通常采用溫浸的方法提取。本實(shí)驗(yàn)通過在不同溫度條件下采用溫浸法進(jìn)行紅花的提取工藝研究，考察溫度對提取效果的影響，確定提取條件，為工業(yè)化大生產(chǎn)提供可靠依據(jù)。

在提取時(shí)，回流裝置上加裝有冷凝裝置，可以防止在溫浸過程中溶劑的損失，減小了系統(tǒng)誤差。在分時(shí)間段取樣過程中，及時(shí)補(bǔ)充溶劑損失，以保證每次取樣量所占總提取液的比例不變。在計(jì)算不同時(shí)間的浸提液濃度時(shí)應(yīng)將前次所取樣品中成分的含量計(jì)算在內(nèi)，以確保提取藥物量為總提取量。

在傳統(tǒng)中藥制劑大生產(chǎn)中，提取工藝都是以經(jīng)驗(yàn)為主，往往存在提取效率底下的問題，需要一定的理論指導(dǎo)。近年來，數(shù)學(xué)模型被應(yīng)用到中藥學(xué)的研究中［24－28］，通過對數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)擬合，建立數(shù)學(xué)模型與提取過程之間的關(guān)系，為提取工藝提供可靠的參考依據(jù)。

本實(shí)驗(yàn)以Fick第一定律為基礎(chǔ)，通過對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到紅花中羥基紅花黃色素A提取過程中的動(dòng)力學(xué)方程:ln k=－3 263.3(1/T)+6.524 4，并得到其相關(guān)數(shù)學(xué)參數(shù)。在實(shí)驗(yàn)所選溫度范圍內(nèi)，有 Ea=27.13 kJ·mol－1，溫度越高，k 越大，反應(yīng)速率越快。由于羥基紅花黃色素A具有熱不穩(wěn)定性，80、90℃條件下發(fā)生水解，擬合所得的k有所下降，不能完全的代入方程，但實(shí)際提取率升高，符合Fick第一定律定律。

本實(shí)驗(yàn)通過對羥基紅花黃色素A的提取工藝研究，確定了最佳提取工藝為適量水，在90℃條件下溫浸提取60 min。并通過數(shù)學(xué)手段，得出相關(guān)的提取動(dòng)力學(xué)模型，為今后的工業(yè)化大生產(chǎn)提供了科學(xué)的方法及參考依據(jù)。

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