超高壓法提取蕁麻中3,4-二香草基四氫呋喃的工藝研究

蘇學(xué)輝，劉玲，姚德坤,*，吳海龍

(1.大興安嶺科麗爾生物工程有限責(zé)任公司，黑龍江大興安嶺165012 ；

2. 大興安嶺林格貝寒帶生物股份有限公司，黑龍江大興安嶺165012)

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超高壓法提取蕁麻中3,4-二香草基四氫呋喃的工藝研究

蘇學(xué)輝1，劉玲1，姚德坤1,2*，吳海龍2

(1.大興安嶺科麗爾生物工程有限責(zé)任公司，黑龍江大興安嶺165012 ；

2. 大興安嶺林格貝寒帶生物股份有限公司，黑龍江大興安嶺165012)

摘要：對超高壓法提取蕁麻中的3,4-二香草基四氫呋喃的工藝進(jìn)行了研究，以3,4-二香草基四氫呋喃提取率為評價(jià)指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面法(Response Surface Methodology)對超高壓萃取的條件進(jìn)行優(yōu)化。響應(yīng)面法優(yōu)化超高壓提取的結(jié)果是在提取時(shí)間22min、提取壓力206MPa、料液比9∶1的條件下，3,4-二香草基四氫呋喃的提取率最佳，可達(dá)104.06%。

關(guān)鍵詞：蕁麻；3,4-二香草基四氫呋喃；超高壓提取；響應(yīng)面

蕁麻別名蜇人草、咬人草、蝎子草，防盜草、無情草、植物貓、咬人貓，為蕁麻科蕁麻屬多年生草本植物，葉對生，雌雄同株或異株，其莖葉上的蜇毛有毒性(過敏反應(yīng))，它的毒性使皮膚接觸后立刻引起刺激性皮炎。蕁麻全草可以入藥，其味苦、辛，性溫，有小毒。具有祛風(fēng)定驚、消食通便之功效。主治風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、產(chǎn)后抽風(fēng)、小兒驚風(fēng)、小兒麻痹后遺癥、高血壓、消化不良、大便不通；外用治蕁麻疹初起、蛇咬傷等。蕁麻全草含多種維生素、鞣質(zhì)。莖皮主要含蟻酸、丁酸及有刺激作用的酸性物質(zhì)等。

蕁麻科有47屬，約1300種，分布于兩半球熱帶與溫帶。我國有25屬，352種，26亞種，63變種， 3變型，產(chǎn)于全國各地，多數(shù)種類喜好生于陰濕環(huán)境。本科許多種類的莖皮富含纖維，如苧麻屬、水麻屬等都為重要的纖維植物。苧麻屬、蕁麻屬、蝎子草屬等的種子可榨油，供工業(yè)用。有些種類可作藥用[1]。該科藥用植物中，除極少數(shù)作中藥外，多為民間用藥[2]。本科眾多的屬、種多數(shù)具有抗菌消炎、活血化瘀、抗蛇毒、抗風(fēng)濕的效果[3]。

3，4 二香草基四氫呋喃是一種對人類健康有顯著保健作用的天然活性物質(zhì)，在國外用于精神科用藥，已引起國際社會的普遍關(guān)注。近年來，人們發(fā)現(xiàn)天然植物蕁麻中含有大量的3，4 二香草基四氫呋喃，由于其原料蕁麻野生生長范圍較廣，從中提取3，4 二香草基四氫呋喃并且取得了可喜進(jìn)展。目前所用的常規(guī)提取方法的分離效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如超高壓提取再進(jìn)行硅膠柱層析分離的效果，使得蕁麻當(dāng)中的各種活性成分的提取分離受到嚴(yán)重制約[4-6]。超高壓技術(shù)是在常溫及近常溫條件下對原料施加以壓力大于100流體靜壓力的一種處理方法，超高壓力可使溶劑進(jìn)入植物細(xì)胞內(nèi)部，泄壓后溶劑可帶著有效成分而溢出，實(shí)現(xiàn)植物有效成分的高提取效率。

1材料與方法

1.1主要試驗(yàn)材料

蕁麻：產(chǎn)自黑龍江省大興安嶺地區(qū)松嶺區(qū)小揚(yáng)氣鎮(zhèn)；3,4-二香草基四氫呋喃標(biāo)準(zhǔn)品：Sigma公司。

1.2主要儀器及設(shè)備

TD5A大容量低速離心機(jī)：金壇市城西春蘭實(shí)驗(yàn)儀器廠；YRE-201D旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；QE-300粉碎機(jī)：浙江屹立工貿(mào)有限公司；ACS-30電子案秤：青島海億達(dá)衡器有限公司；FA2004N電子天平：上海菁海儀器有限公司；DZF-6050真空干燥箱：鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；Agilent 1260高效液相色譜儀：安捷倫科技(中國)有限公司；HPP.L3-500/0.8超高壓提取器：天津市華泰森淼超高壓設(shè)備有限公司。

1.3提取工藝路線

1.4有機(jī)溶劑的選擇

本研究比較了石油醚、乙酸乙酯、甲醇、乙醇/水(40/60)、乙醇/水(60/40)、乙醇/水(80/20)、乙醇/水(95/5)分別作為提取溶劑的效果。本實(shí)驗(yàn)方法：準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的蕁麻，粉碎后加入5L的提取溶劑于超高壓提取器中，提取20min，提取壓力為200MPa。

1.5超高壓提取工藝條件的優(yōu)化

超高壓提取過程中，選取萃取時(shí)間、萃取壓力和料液比3個(gè)主要因素分別進(jìn)行單因素試驗(yàn)，然后通過響應(yīng)面法對萃取工藝進(jìn)行優(yōu)化以獲得最佳萃取條件。

提取時(shí)間的單因素試驗(yàn)：準(zhǔn)確稱取6份一定量的蕁麻，粉碎后分別轉(zhuǎn)入超高壓提取器中，加入物料重量5倍體積的提取溶劑，在200MPa的壓力下于超高壓提取裝置中分別萃取5、10、20、30、40、50min。提取壓力的單因素試驗(yàn)：準(zhǔn)確稱取5份一定量的蕁麻，粉碎之后將其分別轉(zhuǎn)入超高壓提取器中，加入物料重量5倍體積的提取溶劑，分別在100、150、200、250、300MPa的壓力下提取20min。

料液比的單因素試驗(yàn)：準(zhǔn)確稱取5份一定量的蕁麻，粉碎之后將其分別轉(zhuǎn)入超高壓提取器中，按提取溶劑與原料比(V/m)為4∶1、6∶1、8∶1、10∶1、12∶1的料液比加入提取溶劑，在200MPa的壓力下于超高壓提取裝置中提取20min。

2結(jié)果與分析

2.1有機(jī)溶劑的確定

采用不同的有機(jī)溶劑對3,4-二香草基四氫呋喃進(jìn)行提取，結(jié)果見表1。

表1　不同有機(jī)溶劑的效果

由表1可知，混合溶劑對3,4-二香草基四氫呋喃的提取的提取效果最好，因?yàn)榛旌先軇┑臉O性和3,4-二香草基四氫呋喃的極性相似；其中，乙醇/水(60/40)混合溶液的提取率最大，且這種溶劑無毒，因此在本實(shí)驗(yàn)過程中確定乙醇/水(60/40)的混合液作為最佳萃取溶劑。

2.2單因素試驗(yàn)

經(jīng)單因素試驗(yàn)，得出當(dāng)超高壓提取時(shí)間達(dá)到20min，提取壓力達(dá)到200MPa，料液比為8∶1時(shí)為宜。2.3響應(yīng)面法優(yōu)化3,4-二香草基四氫呋喃的提取條件在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理，本試驗(yàn)以提取率Y為響應(yīng)值，利用Design Expert 8.0.6軟件設(shè)計(jì)了三因素三水平的響應(yīng)面法試驗(yàn)，共有17個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。因素水平見表2；試驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果見表3。

表2　因素水平表

表3　Box-Behnken 設(shè)計(jì)方案及響應(yīng)值結(jié)果

2.3.1方差分析。利用軟件對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行二次多元回歸擬合，對表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析后得到模型的二次多項(xiàng)回歸方程為：

提取率=+102.76+4.50A+4.27B+2.98C-2.78AB-0.89AC-0.82BC-10.18A2-14.41B2-4.20C2

方差分析的結(jié)果見表4。

由表4可知，失擬項(xiàng)不顯著(P=0.3384>0.05),而模型的P值為<0.0001，小于0.05，表明模型顯著。從表4還可以看出因素一次項(xiàng)(A、B、C)、二次項(xiàng)(A2、B2、C2)、交互相AB對結(jié)果影響是顯著的(P<0.05)，而交互相BC和AC對結(jié)果影響是不顯著的(P>0.05)。

表4　方差分析

2.3.2回歸模型的優(yōu)化

表5　去掉交互項(xiàng)AC和BC后的優(yōu)化結(jié)果

由于交互相BC和AC對結(jié)果影響是不顯著的(P>0.05)，因此采用手動優(yōu)化的方法對回歸模型進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化的結(jié)果見表5。

經(jīng)手動優(yōu)化后的回歸方程為：

提取率=+102.76+4.50A+4.27B+2.98C-2.78AB -10.18A2-14.41B2-4.20C2

2.3.3響應(yīng)面曲面分析。經(jīng)對手動優(yōu)化后的回歸方程中的AB交互項(xiàng)所做的響應(yīng)面曲面見圖1。

由圖1可知，當(dāng)液料比一定時(shí)，3,4-二香草基四氫呋喃提取率隨著提取時(shí)間的延長和提取壓力的增加都是先增加后減??；圖1的響應(yīng)曲面圖呈鐘罩型，說明提取時(shí)間和提取壓力的交互作用比較顯著，這和表5的結(jié)果一致(交互項(xiàng)中AB的P值最小)。

圖1提取時(shí)間A與提取壓力B對3,4-二香草基四氫呋喃提取率的影響

2.2.4最佳提取條件的預(yù)測和驗(yàn)證

通過Design Expert 8.0.6軟件經(jīng)手動優(yōu)化后的回歸方程求解，在試驗(yàn)的因素水平范圍內(nèi)預(yù)測超高壓提取的最佳條件為：提取時(shí)間22.04min，提取壓力206.42MPa，液料比8.71∶1，在此條件下3,4-二香草基四氫呋喃提取率可達(dá)104.02%。由于試驗(yàn)操作的可行性，將超高壓提取的最佳條件修正為：提取時(shí)間22min、提取壓力206MPa、料液比9∶1，在此條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證性試驗(yàn)，測得的3,4-二香草基四氫呋喃的提取率的均值為104.06%，與理論預(yù)測值104.02%的相對誤差很小，說明經(jīng)手動優(yōu)化后的回歸方程對超高壓法提取3,4-二香草基四氫呋喃進(jìn)行分析和預(yù)測非常可靠。

3結(jié)論

響應(yīng)面法預(yù)測超高壓提取的最佳條件為：提取時(shí)間22.04min，提取壓力206.42MPa，液料比8.71∶1，此時(shí)3,4-二香草基四氫呋喃提取率可達(dá)104.02%。修正后3,4-二香草基四氫呋喃的最佳提取條件為：提取時(shí)間22min、提取壓力206MPa、料液比9∶1，在此條件下3,4-二香草基四氫呋喃的提取率可達(dá)104.06%，與理論預(yù)測值104.02%的相對誤差很小。

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中圖分類號:S789.9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

作者簡介：蘇學(xué)輝( 1981-)，男，碩士，工程師，主要從事食品加工和天然植物有效成分提取技術(shù)研究，E-mail: sxh@lgberry.com；*通訊作者：姚德坤，E-mail: ydk2266@163.com 。

基金項(xiàng)目：國家林業(yè)局948項(xiàng)目(2013-4-21)

收稿日期 ：2016-01-15

DOI.:10.13268/j.cnki.fbsic.2016.02.002