枸杞揮發(fā)性成分提取工藝的優(yōu)化研究

向 蕊，田曉靜，彭潔瓊，宋志峰，王雅妮，高丹丹，陳士恩

（西北民族大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅蘭州 730030）

枸杞亦稱枸杞子，屬茄科植物，為中國傳統(tǒng)珍貴藥材之一，在我國寧夏、青海、甘肅、陜西、山西、內(nèi)蒙古、新疆等地盛產(chǎn)[1]。據(jù)《本草綱目》記載：有“除煩益志，補(bǔ)五勞七傷，壯心氣，除熱毒，散瘡腫，除風(fēng)明目”之功效[2]。素有“紅寶石”之稱的枸杞營養(yǎng)成分極為豐富，據(jù)檢測分析，每100 g枸杞鮮果中有蛋白質(zhì)12 g，碳水化合物46.3 g，膳食纖維12.6 g，還有胡蘿卜素19.6 mg，尼克酸4.5 mg，抗壞血酸13 mg，鈣37 mg，鐵6.5 mg，磷224 mg，鎂 41 mg，鋅 15 mg，錳 0.79 mg和硒 1.67 mg[3]。除此之外，其藥理作用也很高，這與枸杞的活性成分物質(zhì)如枸杞多糖、黃酮類物質(zhì)、類胡蘿卜素及甜菜堿等有關(guān)，尤其是枸杞多糖[4]。值得注意的是，枸杞中還含有大量的生物活性物質(zhì)，稱枸杞揮發(fā)油。枸杞揮發(fā)油具有防腐、抗氧化、抑菌、殺蟲[5]和調(diào)節(jié)人體免疫功能[6]等多種功效，而且有利于高血壓、高血脂的患者治療。

目前，國內(nèi)外報(bào)道枸杞多糖、甜菜堿、類胡蘿I-素的進(jìn)展較多，重視其藥學(xué)價(jià)值并著力研究，但有關(guān)枸杞揮發(fā)油的研究和報(bào)告較少。試驗(yàn)主要對寧夏中寧枸杞揮發(fā)油的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化和闡述，旨在為枸杞的揮發(fā)性成分分析和進(jìn)一步綜合開發(fā)利用提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

枸杞子，產(chǎn)地寧夏中寧，購置于實(shí)驗(yàn)室4℃左右冰箱內(nèi)保存。

1.2 試驗(yàn)儀器

CLT-1A型磁力攪拌電熱套，江蘇省金壇友聯(lián)儀器研究所產(chǎn)品；101型電熱鼓風(fēng)干燥箱，北京科偉永興儀器有限公司產(chǎn)品；KQ2200DE型超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司產(chǎn)品；DG120型四兩裝中藥材粉碎機(jī)，浙江省瑞安市春海藥材器械廠產(chǎn)品；FA2003N型電子天平，上海精密科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法[7-14]

1.3.1 預(yù)處理

試驗(yàn)前，挑揀出腐爛、破損、干癟的枸杞子進(jìn)行搓洗，然后間隔適當(dāng)?shù)財(cái)[放于托盤中，置于80℃烘箱中恒溫干燥6～8 h，粉碎后置于4℃左右的冰箱中備用。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

以浸泡時(shí)間（A）、料液比 （B）、蒸餾時(shí)間（C）、蒸餾溫度（D）為影響因素，研究水蒸氣蒸餾法對枸杞揮發(fā)性成分提取率的影響規(guī)律。

單因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 單因素與水平設(shè)計(jì)

精密稱取枸杞粉末30.000 g，加入180 mL純凈水，浸泡3 h，按中國藥典附錄XD揮發(fā)油測定法[15]在100℃下蒸餾3 h提取枸杞揮發(fā)油。所得揮發(fā)油的油水混合液由乙醚萃取后置于表面皿中，并在常溫下將乙醚揮發(fā)至恒質(zhì)量，得枸杞揮發(fā)油樣品，稱量，計(jì)算提取率X。以此篩選工藝條件。

式中：X——所得枸杞揮發(fā)油的提取率，%；

a——所得揮發(fā)油和稱量皿的混合質(zhì)量，g；

b——稱量皿的質(zhì)量，g；

c——原料枸杞粉末30.000 g。

1.3.3 正交試驗(yàn)

優(yōu)化提取枸杞揮發(fā)性成分的工藝條件，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以浸泡時(shí)間、料液比、蒸餾時(shí)間、蒸餾溫度為影響因素采用L9（34）正交試驗(yàn)。

枸杞揮發(fā)油提取的正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表2。

按“1.3.2”操作方法進(jìn)行試驗(yàn)，計(jì)算提取率，以此比較優(yōu)化水蒸氣蒸餾法提取枸杞揮發(fā)油的工藝條件。

表2 枸杞揮發(fā)油提取的正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

2 結(jié)果與分析

2.1 影響提取的因素考查

2.1.1 料液比對枸杞揮發(fā)油提取率的影響

料液比對枸杞揮發(fā)油提取率的影響見圖1。

圖1 料液比對枸杞揮發(fā)油提取率的影響

通過預(yù)試驗(yàn)得知，原料與水的比值過大的樣品溶液容易焦煳，不利于揮發(fā)完全；原料與水的比值過小的樣品溶液蒸餾時(shí)沸騰后溶液會(huì)濺入測定器中，試驗(yàn)結(jié)果不正確。因此，料液比對提取有一定影響，故試驗(yàn)對料液比進(jìn)行考查。稱取30 g枸杞粉5份，分別加入180，240，300，360，420 mL水，浸泡7 h，蒸餾3 h，用乙醚萃取所得的油水混合液，放置于表面皿中，并在常溫下將乙醚揮發(fā)至恒質(zhì)量，得枸杞揮發(fā)油樣品，稱量，計(jì)算提取率。結(jié)果表明，料液比為1∶8時(shí)提取效果最佳。

2.1.2 浸泡時(shí)間對枸杞揮發(fā)油提取率的影響

浸泡時(shí)間對枸杞揮發(fā)油提取率的影響見圖2。

圖2 浸泡時(shí)間對枸杞揮發(fā)油提取率的影響

隨著浸泡時(shí)間的延長，枸杞粉溶解越充分，其揮發(fā)性成分溶出越徹底。故對浸泡時(shí)間的影響進(jìn)行考查。稱取30 g枸杞粉5份，依次加入240 mL水，分別浸泡3，5，7，9，11 h，蒸餾3 h，其余操作同2.1.1。結(jié)果顯示，7 h時(shí)揮發(fā)完全。

2.1.3 蒸餾時(shí)間對枸杞揮發(fā)油提取率的影響

蒸餾時(shí)間對枸杞揮發(fā)油提取率的影響見圖3。

圖3 蒸餾時(shí)間對枸杞揮發(fā)油提取率的影響

保持料液比1∶8，浸泡時(shí)間7 h，蒸餾溫度100℃不變，研究不同的蒸餾時(shí)間對提取率的影響。根據(jù)提取率確定浸泡時(shí)間，隨著蒸餾時(shí)間的增加，在5 h處揮發(fā)完全，故選定蒸餾時(shí)間為5 h。

2.1.4 蒸餾溫度對枸杞揮發(fā)油提取率的影響

蒸餾溫度對枸杞揮發(fā)油提取率的影響見圖4。

圖4 蒸餾溫度對枸杞揮發(fā)油提取率的影響

保持料液比1∶8，浸泡時(shí)間7 h，蒸餾時(shí)間為5 h不變，研究不同的蒸餾溫度對枸杞揮發(fā)油提取率的影響。根據(jù)提取率確定浸泡時(shí)間，由圖可見在100℃時(shí)揮發(fā)完全，故選定蒸餾溫度為100℃。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

上述各因素的考查結(jié)果表明，影響枸杞揮發(fā)油提取率的因素有浸泡時(shí)間、料液比、蒸餾時(shí)間、蒸餾溫度。以提取率作為考查指標(biāo)進(jìn)行L9（34）的正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)。

正交試驗(yàn)見表3，正交試驗(yàn)方差分析表4。

在95%的置信區(qū)間（α=0.05） 內(nèi)，p＜0.05有顯著性，A，B，C，D 4個(gè)因素中，p值均小于0.05，所以4個(gè)因素對指標(biāo)影響均顯著。最佳工藝為料液比1∶10，浸泡時(shí)間7 h，蒸餾時(shí)間5 h，蒸餾溫度80℃。對優(yōu)選出的工藝條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，3次平行，提取率分別為0.043 3%，0.043 6%，0.043 0%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差0.004 9%，表明工藝穩(wěn)定可行。

表3 正交試驗(yàn)

表4 正交試驗(yàn)方差分析

3 結(jié)論

枸杞揮發(fā)油的提取方法主要有有機(jī)溶劑萃取法和水蒸氣蒸餾法2種，有機(jī)溶劑萃取法使用較多的有機(jī)溶液，安全性較低、污染比較大；水蒸氣蒸餾法操作簡單、污染小，但試驗(yàn)周期比較長，較適合于實(shí)驗(yàn)室操作。

對提取工藝考查采用單因素篩選和正交試驗(yàn)相結(jié)合的方法，單因素試驗(yàn)結(jié)果表明，影響枸杞揮發(fā)油提取率的因素主要是浸泡時(shí)間、料液比、蒸餾時(shí)間、蒸餾溫度。正交試驗(yàn)采用L9（34）正交表進(jìn)行揮發(fā)油提取試驗(yàn)，優(yōu)化得提取最佳工藝為料液比1∶10，浸泡時(shí)間7 h，蒸餾時(shí)間5 h，蒸餾溫度80℃。驗(yàn)證試驗(yàn)表明，該方法結(jié)果穩(wěn)定、切實(shí)可行、安全衛(wèi)生、提取率較高，有力地保證了試驗(yàn)的可靠性。