何首烏中蒽醌類物質(zhì)的超聲波提取工藝優(yōu)化

黃小梅，鄧　祥，吳　狄

(1.四川文理學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，四川 達(dá)州 635000；　2.特色植物開發(fā)研究四川省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 達(dá)州635000)

何首烏中蒽醌類物質(zhì)的超聲波提取工藝優(yōu)化

黃小梅1,2*，鄧祥1,2，吳狄1,2

(1.四川文理學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，四川 達(dá)州 635000；2.特色植物開發(fā)研究四川省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 達(dá)州635000)

摘要：采用超聲波輔助法提取何首烏中蒽醌類物質(zhì).討論了甲醇體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間、提取溫度、料液比和提取功率5個(gè)因素對(duì)提取效率的影響；通過正交試驗(yàn)確定了何首烏中蒽醌類物質(zhì)的最佳提取工藝條件，甲醇體積分?jǐn)?shù)為80%，提取時(shí)間為1.0 h，提取溫度為45 ℃，料液比為1∶15 (g∶mL)，提取功率為700 W.此條件下蒽醌類物質(zhì)的最大提取率為1.472 9%.

關(guān)鍵詞：何首烏；蒽醌；超聲波；正交實(shí)驗(yàn)

近年來隨著何首烏人工栽培技術(shù)的不斷進(jìn)步，何首烏產(chǎn)量日益增多,于是對(duì)何首烏藥材的質(zhì)量評(píng)價(jià)和綜合開發(fā)利用受到研究工作者的廣泛關(guān)注.何首烏為蓼科多年生纏繞藤本植物何首烏(polygonum multiflorum thunb)的干燥塊根,為傳統(tǒng)中藥之一，在我國分布較廣[1].何首烏中主要含有蒽醌、二苯乙烯苷和黃酮等多種化合物[2-3]，具有抗衰老、抗菌、補(bǔ)肝腎、增強(qiáng)免疫力、調(diào)血脂、壯筋骨等藥理活性[4-7].蒽醌類物質(zhì)是何首烏中的主要藥效成分之一，其主要化學(xué)成分包括：大黃酸、大黃素、大黃酚、大黃素甲醚等，具有抗菌消炎、活血化瘀、瀉下通便、保肝利膽等功能[8-10].本文作者選取四川達(dá)州產(chǎn)何首烏，采用超聲提取，并用紫外分光光度法進(jìn)行檢測，快速測定了何首烏中蒽醌類物質(zhì)的含量.通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對(duì)蒽醌類物質(zhì)的提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化，得到最佳提取工藝參數(shù).

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1　主要實(shí)驗(yàn)儀器

XH-2008D型電腦智能溫控低溫超聲波合成萃取儀(寧波新芝生物科技股份有限公司)；UV-2550型紫外-可見分光光度計(jì)(日本島津公司)；TG20-WS型離心機(jī)(長沙湘智離心機(jī)儀器有限公司)；60目篩子；FW-135型中草藥粉碎機(jī)(上海隆拓儀器設(shè)備有限公司)；FA1104N型電子天平(上海菁海儀器有限公司).

1.2　樣品和試劑

何首烏(四川達(dá)州)；大黃素標(biāo)準(zhǔn)試劑(阿拉丁試劑有限公司)；甲醇、乙酸鎂均為分析純(成都恒信化學(xué)試劑有限公司)；實(shí)驗(yàn)用水均為超純水.

1.3　對(duì)照儲(chǔ)備液的制備

準(zhǔn)確稱取大黃素標(biāo)準(zhǔn)品0.005 3 g，用適量甲醇溶解并定容至50 mL容量瓶中，搖勻作對(duì)照儲(chǔ)備液.儲(chǔ)備液中大黃素濃度為106 mg/L.

1.4　標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制[11]

分別準(zhǔn)確移取大黃素對(duì)照儲(chǔ)備液0.0、1.0、3.0、5.0、7.0、9.0 mL于25 mL容量瓶1~6號(hào)瓶中，加入1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)乙酸鎂顯色劑2.5 mL，搖勻,顯色20 min，用甲醇定容至刻度，搖勻.以第一瓶空白為對(duì)照，在最大吸收波長506 nm處測定吸光度，以分光光度法測得的吸光度為縱坐標(biāo)，大黃素濃度為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖1).得到線性回歸方程為：y= 0.031 4x+ 0.006 5,r= 0.999 6，其線性關(guān)系良好.

圖1　大黃素標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1　Standard curve of the emodin

1.5　樣品中蒽醌的提取及測定[12]

將何首烏置于40 ℃的干燥箱恒溫干燥24 h，冷卻，用粉碎機(jī)粉碎，過60目篩子除去大顆粒.準(zhǔn)確稱取0.500 0 g何首烏粉末，用甲醇溶液進(jìn)行超聲提取.將提取液離心分離，取上層清液加入25 mL容量瓶中，用1%乙酸鎂顯色劑顯色，用甲醇定容.按1.4操作測定提取液的吸光度，根據(jù)線性回歸方程得出提取液中蒽醌類物質(zhì)的質(zhì)量濃度，再按下式計(jì)算得到蒽醌類物質(zhì)的提取率.

式中：ρ為樣品液中蒽醌的質(zhì)量濃度，mg/L；V為樣品液的體積，mL；M為樣品的質(zhì)量，g.

1.6　正交試驗(yàn)

以蒽醌類物質(zhì)提取率為指標(biāo)，在固定提取功率的情況下，對(duì)料液比(A) 、提取溫度(B)、提取時(shí)間(C)和甲醇體積分?jǐn)?shù)(D)進(jìn)行L9(34) 三水平四因素正交試驗(yàn)，其正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1.

表1　水平與因素表Table 1　Levels and factors chart

2結(jié)果與分析

2.1　單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1甲醇體積分?jǐn)?shù)

在提取功率為800 W，提取溫度為45 ℃，提取時(shí)間為2.0 h和溶劑用量為10 mL的條件下，討論甲醇體積分?jǐn)?shù)(20%、40%、60%、80%、100%)對(duì)蒽醌類物質(zhì)提取率的影響，其結(jié)果如圖2所示.由圖2可知，隨著甲醇濃度的增加，蒽醌類物質(zhì)的提取率不斷增加，當(dāng)甲醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到80%時(shí)，蒽醌類物質(zhì)提取率達(dá)到最大值(0.826%)；但當(dāng)甲醇體積分?jǐn)?shù)超過80%后蒽醌類物質(zhì)的提取率反而降低.這可能是由于隨著甲醇濃度的增加，溶劑極性差異性變大，醇溶性物質(zhì)相互競爭溶解，限制了某些蒽醌類物質(zhì)的溶出，使蒽醌類物質(zhì)得不到充分溶解，提取率反而減少.因此甲醇的最佳體積分?jǐn)?shù)為80%.

圖2　甲醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)提取率的影響Fig.2　The effect of methanol volume fraction on the extraction rate

2.1.2提取時(shí)間

在提取功率為800 W，提取溫度為45 ℃，甲醇體積分?jǐn)?shù)為80%和溶劑用量為10 mL的條件下，討論提取時(shí)間(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h)對(duì)蒽醌類物質(zhì)提取率的影響，測試結(jié)果如圖3所示.從圖3中可以看出，隨著提取時(shí)間的延長，蒽醌類物質(zhì)的提取率不斷增加，當(dāng)提取時(shí)間達(dá)到1.5 h后蒽醌類物質(zhì)的提取率曲線趨于平穩(wěn).提取時(shí)間為1.5 h時(shí)蒽醌類物質(zhì)的提取率為0.869%.因此選取1.5 h為最佳提取時(shí)間.

圖3　提取時(shí)間對(duì)提取率的影響Fig.3　The effect of extracting time on extraction rate

2.1.3提取溫度

在甲醇體積分?jǐn)?shù)為80%，提取功率為800 W，提取時(shí)間為1.5 h和溶劑用量為10 mL的條件下，討論提取溫度(30、40、50、60、70 ℃)對(duì)蒽醌類物質(zhì)提取率的影響，其結(jié)果如圖4所示.由圖4可知，當(dāng)提取溫度低于50 ℃時(shí)，隨著提取溫度的升高蒽醌類物質(zhì)的提取率不斷升高；當(dāng)提取溫度達(dá)到50 ℃時(shí)蒽醌類物質(zhì)提取率達(dá)到最大值(0.924%)；但當(dāng)提取溫度超過50 ℃后蒽醌類物質(zhì)的提取率反而呈緩慢下降趨勢(shì).這是由于蒽醌類物質(zhì)具有熱不穩(wěn)定性，隨著溫度的升高，蒽醌類物質(zhì)容易分解或者部分被氧化而破壞，導(dǎo)致提取率呈緩慢下降趨勢(shì)，故選取50 ℃為最佳提取溫度.

圖4　提取溫度對(duì)提取率的影響Fig.4　The effect of extracting temperature on extraction rate

2.1.4料液比

在提取功率為800 W，提取溫度為50 ℃，提取時(shí)間為1.5 h和甲醇體積分?jǐn)?shù)為80%的條件下，討論了料液比(1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25 (g∶mL))對(duì)蒽醌類物質(zhì)提取率的影響，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示.由圖5可知，隨著料液比的增加，蒽醌類物質(zhì)的提取率不斷增加，當(dāng)料液比達(dá)到1∶15時(shí)，蒽醌類物質(zhì)提取率趨于平穩(wěn)，料液比為1∶15時(shí)，蒽醌類物質(zhì)的提取率為0.905%.故其最佳料液比為1∶15.

圖5　料液比對(duì)提取率的影響Fig.5　The effect of solid-liquid ratio on extraction rate

2.1.5提取功率

在甲醇體積分?jǐn)?shù)為80%，提取溫度為50 ℃，提取時(shí)間為1.5 h和溶劑用量為7.5 mL的條件下，考察了提取功率(500、600、700、800、900 W)對(duì)蒽醌類物質(zhì)提取率的影響，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示.從圖6中可以看出，隨著提取功率的增加蒽醌類物質(zhì)的提取率不斷增加，當(dāng)提取功率達(dá)到700 W時(shí)蒽醌類物質(zhì)的提取率達(dá)到最大值0.974%，此后隨著提取功率的增加蒽醌類物質(zhì)的提取率不斷降低.這可能是因?yàn)樘崛」β蔬^高，提取物種的雜質(zhì)含量增加，而這些雜質(zhì)會(huì)吸附包裹部分蒽醌類物質(zhì)，從而使提取率降低，因此選取最佳提取功率為700 W.

圖6　提取功率對(duì)提取率的影響Fig.6　The effect of extracting power on extraction rate

2.2　正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)上述單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在固定提取功率的情況下，設(shè)計(jì)了L9(34) 3水平4因素正交實(shí)驗(yàn)，其正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2.從表2的極差分析可以看出，極差R1>R4>R3>R2，得知實(shí)驗(yàn)各因素對(duì)何首烏中蒽醌類物質(zhì)的提取率影響主次順序是A>D>C>B，即料液比影響最大，其次是甲醇體積分?jǐn)?shù)和提取溫度，最后是提取時(shí)間.通過正交實(shí)驗(yàn)的k值得到最佳工藝組合為A2B1C1D2.即料液比為1∶15 (g∶mL)，提取溫度為45 ℃，提取時(shí)間為1.0 h，甲醇體積分?jǐn)?shù)為80%.

表2　正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2　Results of orthogonal experiment

2.3　正交驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

在正交實(shí)驗(yàn)的最佳條件(A2B1C1D2)下進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)，考察何首烏中蒽醌類物質(zhì)的最終得率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示.從表3數(shù)據(jù)可以看出，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，通過3組平行實(shí)驗(yàn)對(duì)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，得到何首烏中蒽醌類物質(zhì)的平均提取率為1.472 9%.

表3　正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證Table 3　The results of orthogonal experimental verification

3結(jié)論

采用超聲波提取技術(shù)提取了何首烏中的蒽醌類物質(zhì)，并且通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)確定了何首烏中蒽醌類物質(zhì)的最佳提取工藝條件：甲醇體積分?jǐn)?shù)為80%，料液比為1∶15 (g∶mL)，提取溫度為45 ℃，提取時(shí)間為1.0 h，提取功率為700 W，蒽醌類物質(zhì)的平均最大提取率為1.472 9%.超聲波提取技術(shù)是利用聲波產(chǎn)生高速、強(qiáng)烈的攪拌作用和空化效應(yīng)，破壞植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，便于溶劑滲透到植物細(xì)胞中，增加細(xì)胞內(nèi)容物的穿透能力，有助于蒽醌類物質(zhì)的釋放與溶出，因此我們采用了超聲波輔助甲醇提取技術(shù).從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，超聲波提取技術(shù)大大縮短了提取時(shí)間，提高了蒽醌類物質(zhì)的提取率和原料的利用率，在醫(yī)藥、食品、化妝品等領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的應(yīng)用前景.

參考文獻(xiàn)：

[1] 江蘇新醫(yī)學(xué)院.中藥大辭典(上冊(cè)) [M].上海:上?？萍汲霭嫔?1993:1231.

[2] 楊曉麗,王立為.中藥何首烏的藥理作用研究進(jìn)展[J].中醫(yī)藥信息,2004,21(6):12-14.

[3] 廖海民,胡正海.何首烏的生物學(xué)及化學(xué)成分研究進(jìn)展[J].中草藥,2005,36(2):311-314.

[4] 衛(wèi)培峰,焦晨莉,陳丹丹.何首烏現(xiàn)代藥理研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代中醫(yī)藥,2004,15(1):57-58.

[5] 孫桂波,郭寶江,李續(xù)娥,等.何首烏蒽醌苷對(duì)小鼠細(xì)胞免疫功能的影響[J].中藥藥理與臨床,2006,22(6):30-32.

[6] 李法曾,許崇梅,曲暢游,等.中國蓼族植物系統(tǒng)分類研究綜述[J].西北植物學(xué)報(bào),2004,24(1):189-192.

[7] 任美萍,鐘琳,肖順漢.中藥抗腫瘤機(jī)制研究近況[J].四川生理科學(xué)雜志,2006,28(4):168-170.

[8] 衛(wèi)培峰,焦晨莉,陳丹丹.何首烏現(xiàn)代藥理研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代中醫(yī)藥,2004,15(1):57-58.

[9] 徐國鈞，趙守訓(xùn).生藥學(xué)[M].北京:人民衛(wèi)生出版社,1986:158.

[10] 楊金霞,王學(xué)美.中藥抗肝癌免疫調(diào)節(jié)的研究進(jìn)展[J].中國中藥雜志,2007,32(4):281-284.

[11] 鄧祥,黃小梅,吳狄.川佛手中總黃酮的超聲波提取工藝優(yōu)化[J].四川文理學(xué)院學(xué)報(bào),2014,5(24):37-40.

[12] 唐楷,顏杰,黃新.金銀花總黃酮的提取工藝優(yōu)化及其抑菌作用研究[J].中國食品添加劑,2012,4(2):154-157.

[責(zé)任編輯：毛立群]

Process optimization of ultrasonic extraction of the total

anthraquinone from polygonum multiflorum

HUANG Xiaomei1,2*,DENG Xiang1,2,WU Di1,2

(1.DepartmentofChemistryandChemicalEngineering,SichuanUniversityofArtsandScience,Dazhou635000,Sichuan,China;

2.KeyLaboratoryoftheResearchonCharacteristicPlantsofUniversitiesinSichuanProvince,Dazhou635000,Sichuan,China)

Abstract:The total anthraquinones were extracted from polygonum multiflorum by ultrasonic method.The effects of five factors on the extraction,including methanol concentration,extracting times,extracting temperature,material/solvent ratio and extracting power were studied by single factor test.The optimal conditions of extraction were determined as follows:methanol volume fraction was 80%,extracting time was 1.0 h,extracting temperature was 45 ℃,material-solvent ratio was 1∶15 (g∶mL) and extracting power was 700 W.Under these operation conditions,the maximum rate of extraction of the total anthraquinones was 1.472 9%.

Keywords:polygonum multiflorum; anthraquinone; ultrasonic; orthogonal experiment

作者簡介：黃小梅(1977-)，女，副教授，主要研究方向天然產(chǎn)物分析.*通訊聯(lián)系人，E-mail:dxw8066031@163.com.

基金項(xiàng)目：四川省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目資助(13ZA0101)，“特色植物開發(fā)研究”四川省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目資助(sctz201301，sctz201305).

收稿日期：2014-10-27.

中圖分類號(hào)：TQ914.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-1011(2015)02-0166-04