基于超聲波對(duì)傳統(tǒng)預(yù)發(fā)酵工藝提取薯蕷皂素的優(yōu)化

徐竟一+江金永+李?yuàn)櫳?/p>

摘 要：本文將超聲波技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)預(yù)發(fā)酵-酸水解法提取薯蕷皂素的工藝中，通過選取對(duì)薯蕷皂素得率有顯著影響的預(yù)發(fā)酵時(shí)間、鹽酸濃度和超聲時(shí)間為因素，以薯蕷皂素的得率為指標(biāo)，進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明最優(yōu)工藝條件為鹽酸的濃度為3moL/L，預(yù)發(fā)酵時(shí)間24h，超聲提取時(shí)間45min。

關(guān)鍵詞：黃姜 薯蕷皂素 超聲波 預(yù)發(fā)酵

黃姜皂素（Diosgenin），又稱薯蕷皂苷元，有“藥用黃金”的美稱，可作為多種甾體類激素藥物的基礎(chǔ)物，其主要成分是從黃姜的根狀莖中提取出來的，是一種具有開發(fā)潛力的生物資源。黃姜學(xué)名盾葉薯蕷，又稱火頭根，被子植物門，單子葉植物綱，薯蕷科薯蕷屬草質(zhì)纏繞性藤本植物，是世界上薯蕷皂苷（元）含量最高的物種，也是目前最好的激素類藥源植物。黃姜皂苷在黃姜根狀莖中的含量大多集中在1%～4%之間，其它成分包括 40%淀粉、50%纖維素、還有少許色素等[1，2]。

目前，工業(yè)上黃姜皂素的傳統(tǒng)提取思路主要為預(yù)發(fā)酵-酸水解法：先將黃姜粉碎后進(jìn)行預(yù)發(fā)酵，再把含有皂苷的混合物進(jìn)行酸水解，最后用有機(jī)溶劑將皂素從水解物中提取出來。該種工藝操作簡便，成本低廉，但其工藝主要存在以下問題是原料直接水解不徹底，皂素得率低。如何提高其水解效果成為該種生產(chǎn)工藝的瓶頸所在。

超聲波是物質(zhì)介質(zhì)中的一種彈性機(jī)械波。植物高分子存在的無定形區(qū)、孔隙和空洞在超聲波的作用下，其表面會(huì)發(fā)生微觀滑移，形成疲勞源，導(dǎo)致彈性模量下降，增強(qiáng)了化學(xué)活性。近年來，超聲波技術(shù)已廣泛應(yīng)用于中草藥的提取，并且用于黃姜中薯蕷皂素的提取亦有相關(guān)文獻(xiàn)與報(bào)道。筆者參照企業(yè)工藝現(xiàn)狀，將超聲與預(yù)發(fā)酵結(jié)合，共同作用于黃姜中薯蕷皂素的提取，以期獲得更高提取率，為實(shí)際生產(chǎn)提供參考[3]。

1 材料與方法

1.1 材料

實(shí)驗(yàn)材料：黃姜（盾葉薯蕷根莖），河南南陽產(chǎn)，市售。

儀器設(shè)備：KJ-1340AL超聲發(fā)生器；恒溫箱；電子天平；可控溫加熱套；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器；真空泵。

試劑：鹽酸（AR），乙醇（AR）。

1.2 工藝流程

主要操作條件：（1）預(yù)發(fā)酵：準(zhǔn)確秤取20g黃姜，粉碎，按照1：2的料液比加水，攪勻，恒溫發(fā)酵48h；（2）酸水解：將發(fā)酵完的料液加濃鹽酸至50ml，置于1000ml的圓底燒瓶中，水解4h；（3）超聲提?。捍_定超聲功率400W，超聲溫度65℃進(jìn)行超聲提?。唬?）中和、干燥：用新制蒸餾水洗滌濾渣至中性，置于烘箱中干燥；（5）提?。簩⒔?jīng)過前處理的固體樣品用乙醇回流提取4h；（6）濃縮，恒溫箱內(nèi)烘干濃縮，即得到黃姜皂素?？筛鶕?jù)所的固體計(jì)算得率。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 單一預(yù)發(fā)酵條件的選擇

影響薯蕷皂素的得率的預(yù)發(fā)酵因素包括預(yù)發(fā)酵溫度和預(yù)發(fā)酵時(shí)間，這里我們固定預(yù)發(fā)酵溫度，只改變時(shí)間條件，設(shè)定3個(gè)預(yù)發(fā)酵時(shí)間條件24h、36h、48，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

由圖2可知，薯蕷皂素的得率隨著發(fā)酵時(shí)間的延長而降低，其中以發(fā)酵24h為最好。這主要是由于，黃姜在預(yù)發(fā)酵期間，如果發(fā)酵時(shí)間過長，生成其他雜質(zhì)，反而會(huì)造成薯蕷皂素的得率降低[4，5]。

2.1.2 單一水解條件的選擇

影響薯蕷皂素的得率的水解因素包括鹽酸的濃度和水解時(shí)間，這里我們固定水解時(shí)間，只改變濃度條件，設(shè)定1mol/L、2mol/L、3mol/L三個(gè)濃度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3可知，薯蕷皂素的得率隨著水解酸濃度的升高而升高，酸濃度越高，其得率越高[6，7]。

2.1.3 單一超聲提取條件的選擇

影響影響薯蕷皂素的得率的超聲提取因素包括超聲時(shí)間、超聲功率、和超聲溫度，這里我們固定超聲功率和超聲溫度，只改變超聲時(shí)間，設(shè)定30min、45min、60min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

由圖4可知，薯蕷皂素的得率隨著超聲時(shí)間的升高而升高，超聲提取時(shí)間越長，其得率越高[8，9]。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

根據(jù)上述單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮預(yù)發(fā)酵時(shí)間（A）、水解鹽酸濃度（B）、超聲提取時(shí)間（C）的影響，進(jìn)行薯蕷皂素提取的正交實(shí)驗(yàn)。正交實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及結(jié)果和數(shù)據(jù)分析如表1.

有表1正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的直觀分析可得出：實(shí)驗(yàn)因素的主次順序?yàn)辂}酸的濃度〉預(yù)發(fā)酵時(shí)間〉超聲提取時(shí)間。因此一定要控制水解酸的濃度在最優(yōu)水平上，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的出的最優(yōu)水平為A1B3C2，要使的薯蕷皂素得率高，應(yīng)選擇鹽酸的濃度為3mol/L，預(yù)發(fā)酵時(shí)間24h，超聲提取時(shí)間45min。

3 結(jié)論

用超聲提取優(yōu)化了傳統(tǒng)的預(yù)發(fā)酵提取薯蕷皂素工藝，得到了薯蕷皂素提取最優(yōu)工藝條件，即鹽酸的濃度為3mol/L，預(yù)發(fā)酵時(shí)間24h，超聲提取時(shí)間45min。在此條件下薯蕷皂素的得率最好。

基金項(xiàng)目：本文系南陽市科技攻關(guān)項(xiàng)目“黃姜中提取薯蕷皂素的工藝條件研究”（項(xiàng)目編號(hào)：KJGG-56）研究成果之一。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐成基.中國薯蕷資源[M].成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，2000：1-12.

[2] 彭司勛，藥物化學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1988：400-447.

[3] 向紀(jì)明，李金燦，黃姜中提取薯蕷皂素的新工藝研究[J].安康師專學(xué)報(bào)，2003，15（3）：56-59.

[4] 佟玲，張勝科，李錦等.酶解法提取薯蕷皂素的工藝研究[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）），2003，31（2）：

81-83.

[5] Man S L，Gao W Y，Zhang Y J，et a1.Chemical study and medical application of saponins as anti-cancer

agents[J].Fitoterapia，2010，81（7）：703-714

[6] 喬振杰，李向民，徐桂新.盾葉薯蕷中薯蕷皂甙元提取預(yù)發(fā)酵和水解條件的優(yōu)化[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2006，

15（3）：212-215

[7] 陳俊英，韓志慧，劉國際等.無污染提取薯蕷皂素的熱分解處理研究[J].農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，43（18）：3824-3830.

[8] 葛發(fā)歡，史慶龍，林香仙.超臨界CO2從黃山藥中萃取薯蕷皂索的工藝研究[J].中草藥，2000.31（3）：181-183.

[9] 楊轉(zhuǎn)萍，羅倉學(xué)，李祥.超聲波-表面活性劑協(xié)同萃取黃姜中薯蕷皂苷的工藝研究[J].食品科學(xué)，2010，31（22）：

46-49.

[10] 欒軍.試驗(yàn)設(shè)計(jì)的技術(shù)與方法[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，1987：34-43.

[11] 蓋鈞鎰.試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1999：23-48.endprint