蔣征奎,李曉,王學(xué)方
1.鄭州大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院(河南省腫瘤醫(yī)院),河南 鄭州 450000;2.河南省植物天然產(chǎn)物開發(fā)工程技術(shù)研究中心,河南 鄭州 450002
桔梗為桔??浦参锝酃latycodongrandiflorum(Jacq.)A.DC.的干燥根,是我國(guó)傳統(tǒng)的四十種大宗中藥材之一,最早載于《神農(nóng)本草經(jīng)》。其性平,味苦、辛,歸肺經(jīng),具有宣肺利咽、祛痰排膿之功效,臨床常用于咳嗽痰多、咽痛、音啞、胸悶不暢等[1]。桔梗中含有大量的三萜皂苷,生物活性研究表明,桔梗皂苷具有祛痰、抗氧化、保肝、降糖、抑制脂肪吸收、抗菌、抗炎、抗腫瘤等作用[2-4]。
桔梗為多年生草本植物,一般種植2~3年后收獲地下根,而桔梗莖葉作為非入藥部位多廢棄不用,造成資源浪費(fèi)。有研究表明,桔梗莖葉中總皂苷含量高于桔梗根中總皂苷的含量[5],與桔梗根相比,桔梗莖葉的祛痰作用在一定范圍內(nèi)隨著濃度的增加明顯增強(qiáng)[6];桔梗莖葉總皂苷具有明顯的抗腫瘤作用,對(duì)免疫器官也有一定的保護(hù)作用[7];另外,桔梗莖葉還具有一定的抗炎活性[8]。目前對(duì)桔梗莖葉皂苷的提取未見研究報(bào)道,本實(shí)驗(yàn)以桔梗莖葉為原料,采用正交設(shè)計(jì)優(yōu)化其最佳提取工藝,并進(jìn)一步采用大孔吸附樹脂技術(shù)優(yōu)化了桔梗莖葉皂苷分離純化工藝,旨在為桔梗莖葉的綜合開發(fā)利用與桔梗莖葉皂苷的深入研究提供理論依據(jù)。
LC-20AT高效液相色譜儀、AUW220D十萬分之一天平(日本島津);Alltech ELSD2000ES蒸發(fā)光檢測(cè)器(美國(guó)奧泰);JJ5000A型電子天平(常熟市雙杰測(cè)試儀器廠);HGJR-01紅外加熱儀(河南中良科學(xué)儀器有限公司);LGJ-12低溫冷凍干燥儀(北京松源華興科技發(fā)展有限公司);SB-1100旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(東京理化);KQ-500E型超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)。
桔梗皂苷D對(duì)照品(中國(guó)食品藥品檢定研究院,批號(hào):111851-201406,純度96.2%);D101、AB-8、HPD750、NKA-9大孔吸附樹脂(天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所);柱層層析硅膠(100~200目)(青島海洋化工廠分廠);甲醇為色譜純;水為娃哈哈純凈水、蒸餾水;其他試劑均為分析純。
桔梗莖葉,采自河南三門峽盧氏縣,經(jīng)河南大學(xué)張保國(guó)教授鑒定為桔??浦参锝酃latycodongrandiflorum(Jacq.)A.DC.的莖葉。
2.1.1 桔梗莖葉總皂苷的測(cè)定 取桔梗莖葉提取物2.0 g,精密稱定,加水50 mL使溶解,用水飽和正丁醇萃取4次,每次用量分別為100、50、50、50 mL,合并正丁醇液,減壓干燥,得桔梗莖葉總皂苷提取物[9],精密稱定,計(jì)算總皂苷含量。
(1)
2.1.2 桔梗皂苷D的含量測(cè)定 色譜條件:以十八烷基硅烷鍵合硅膠為填充劑,以乙腈-水(25∶75)為流動(dòng)相;蒸發(fā)光散射檢測(cè)器檢測(cè)。理論板數(shù)按桔梗皂苷D峰計(jì)算應(yīng)不低于30 000。
對(duì)照品溶液的制備:精密稱定桔梗皂苷D對(duì)照品18.75 mg,置25 mL容量瓶中,加甲醇超聲溶解,溶解后定容至刻度,即得對(duì)照品溶液,其中桔梗皂苷D的質(zhì)量濃度為0.75 mg·mL-1。
供試品溶液的制備:精密稱取桔梗莖葉總皂苷提取物0.2 g,至5 mL容量瓶中,加甲醇溶解后,再加甲醇至刻度,搖勻,濾過,即得。
含量測(cè)定:分別吸取對(duì)照品溶液、供試品溶液各10 μL,注入液相色譜儀,測(cè)定,用外標(biāo)兩點(diǎn)法對(duì)數(shù)方程計(jì)算,即得桔梗皂苷D含量。見圖1~2。
圖1 桔梗皂苷D的HPLC圖
圖2 供試品中桔梗皂苷D的HPLC圖
2.1.3 方法學(xué)考察 線性關(guān)系考察:精密稱取一定量的桔梗皂苷D對(duì)照品,制成桔梗皂苷D的質(zhì)量濃度分別為0.1、0.25、0.5、0.75、10.0 mg·mL-1的對(duì)照品溶液,以桔梗皂苷D進(jìn)樣量為橫坐標(biāo),以峰面積為縱坐標(biāo)得其回歸方程:Y=52 308.35X+10 234.54,r=0.998 9,桔梗皂苷在1.5~15 ug線性關(guān)系良好。
精密度試驗(yàn):精密稱取桔梗莖葉總皂苷提取物0.2 g,按供試品溶液制備方法制備供試品溶液,并按上述色譜條件,吸取供試品溶液10 uL,重復(fù)進(jìn)樣6次,記錄峰面積,計(jì)算桔梗皂苷D的含量。結(jié)果桔梗皂苷D的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.12 mg·g-1,峰面積RSD為1.35%,表明該方法精密度良好。
穩(wěn)定性試驗(yàn):供試品溶液分別于制備后0、2、4、8、12、24 h,吸取該供試品溶液10 uL,進(jìn)樣測(cè)定,記錄峰面積,計(jì)算桔梗皂苷D的含量。結(jié)果桔梗皂苷D的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.10 mg·g-1,峰面積RSD為1.82%,表明供試品在24 h內(nèi)穩(wěn)定。
加樣回收率:取已知含量的供試品溶液6份,每份加入實(shí)際質(zhì)量濃度為0.75 mg·mL-1的桔梗皂苷D溶液2 mL,按供試品溶液制備方法制備供試品溶液,按上述色譜條件,吸取每份供試品溶液10 uL,進(jìn)樣測(cè)定,記錄峰面積,并計(jì)算加標(biāo)回收率及其RSD。計(jì)算結(jié)果為平均回收率96.50%,RSD為1.95%,說明該方法準(zhǔn)確性良好。
預(yù)試驗(yàn)中對(duì)提取桔梗莖葉的溶媒、溫度、次數(shù)等可能影響桔梗莖葉總皂苷提取的因素進(jìn)行了單因素試驗(yàn)考察,提取溶劑考察了30%、45%、60%、75%的乙醇與水,結(jié)果桔??傇碥盏奶崛÷什町惒淮?,考慮到經(jīng)濟(jì)環(huán)保因素,選擇水為提取溶劑;提取溫度考察了60、70、80、90、100 ℃(提取溫度采用紅外加熱爐的溫度傳感器進(jìn)行控溫,控溫精度為±2 ℃),結(jié)果隨著溫度的增加桔??傇碥盏霓D(zhuǎn)移率逐漸增加,所以選擇80、90、100 ℃ 3個(gè)溫度水平進(jìn)行試驗(yàn);提取次數(shù)考察了1、2、3、4、5次,結(jié)果提取3次后,桔梗總皂苷的提取率幾乎不增加,所以選擇1、2、3次進(jìn)行下一步的正交試驗(yàn)。
根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合莖葉類中藥材的提取,以桔梗莖葉總皂苷含量、桔梗皂苷D的含量與轉(zhuǎn)移率為指標(biāo),以提取溫度(A)、加水量(B)、提取時(shí)間(C)和提取次數(shù)(D)為考察因素,采用四因素三水平正交試驗(yàn)優(yōu)化桔梗莖葉總皂苷的提取工藝[10],因素水平見表1。
表1 正交試驗(yàn)因素水平表
稱取桔梗干燥莖葉,每份30 g,按照表2進(jìn)行試驗(yàn),提取液減壓濃縮至干,稱質(zhì)量,計(jì)算桔梗莖葉提取物收率,按照2.1方法測(cè)定桔梗莖葉提取物中總皂苷的含量、桔梗皂苷D的含量,并計(jì)算桔梗皂苷D的轉(zhuǎn)移率[11]。
表2 正交試驗(yàn)結(jié)果
(2)
因正交表中無空列以計(jì)算試驗(yàn)誤差項(xiàng),每次試驗(yàn)均各重復(fù)3次。
表3 總皂苷含量方差分析結(jié)果
表4 桔梗皂苷D的含量方差分析結(jié)果
表5 桔梗皂苷D轉(zhuǎn)移率的方差分析結(jié)果
由正交試驗(yàn)結(jié)果與方差分析結(jié)果可知,在考察的因素水平范圍內(nèi),對(duì)總皂苷含量的影響大小為D>B>C>A,其中提取次數(shù)影響較大,且有顯著性影響,其次為溶劑用量、提取時(shí)間、提取溫度,最佳提取條件為A3B3C3D2,即100 ℃,12倍量水,每次2 h,提取2次;對(duì)桔梗皂苷D含量的影響大小為D>A>B>C,其中提取次數(shù)影響最大,且有顯著性影響,其次為提取溫度、溶劑用量、提取時(shí)間,最佳提取條件為A3B1C1D2,即100 ℃,8倍量水,每次1 h,提取2次;對(duì)桔梗皂苷D轉(zhuǎn)移率的影響大小為D>A>C>B,其中提取次數(shù)影響最大,且有顯著性影響,其次為提取溫度、提取時(shí)間、溶劑用量,最佳提取條件為A3B1C2D2,即100 ℃,8倍量水,每次1.5 h,提取2次;綜上,結(jié)合成本和提取效率,確定優(yōu)選出最佳方案為A3B2C2D2即100 ℃,10倍量水,每次1.5 h,提取2次。
稱取桔梗干燥莖葉3份,每份100 g,按照優(yōu)選的工藝條件,即10倍量的水提取2次,提取溫度100 ℃,每次1.5 h,提取液減壓濃縮至干,稱重,計(jì)算桔梗莖葉提取物收率,并測(cè)定干膏中總皂苷的含量、桔梗皂苷D的含量,并計(jì)算桔梗皂苷D的轉(zhuǎn)移率,結(jié)果見表6。由結(jié)果可知,平均浸膏得率為41.4%,桔梗莖葉總皂苷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.16%,桔梗皂苷D的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.08 mg·g-1,轉(zhuǎn)移率為66.08%,說明該提取工藝穩(wěn)定、可靠。
表6 提取驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果
經(jīng)過提取得到的桔梗莖葉提取物中含有大量的雜質(zhì),很大程度上影響了對(duì)藥物療效的評(píng)價(jià)、理化參數(shù)的測(cè)定等更深層次的研究,為了達(dá)到去除雜質(zhì)、富集有效成分的目的,采用大孔吸附樹脂對(duì)桔梗莖葉總皂苷進(jìn)行純化。
2.4.1 樣品溶液的制備 按照已優(yōu)選出的最佳提取工藝制備藥液,并測(cè)定桔梗莖葉總皂苷的含量。
2.4.2 樹脂的預(yù)處理 為除去樹脂中的部分雜質(zhì),試驗(yàn)前先將大孔吸附樹脂用95%乙醇浸泡,充分溶脹24 h,濕法裝柱(徑高比1∶7),先用95%的乙醇清洗,直至洗出液加等量的蒸餾水不產(chǎn)生白色渾濁為止,再用蒸餾水沖洗,至無醇味且水液澄清,則預(yù)處理完畢,備用。
2.4.3 大孔吸附樹脂的篩選[12]
2.4.3.1 采用動(dòng)態(tài)-吸附試驗(yàn)篩選樹脂 準(zhǔn)確稱取已處理好的4種大孔樹脂,分別為D101、AB-8、HPD750、NKA-9各50 g,蒸餾水濕法上柱(徑高比1∶7)。取經(jīng)離心處理的桔梗莖葉水提取液100 mL上柱,質(zhì)量濃度為每mL含桔梗莖葉提取物0.4 g,以1.0 mL·min-1的流速吸附,吸附3 h后,收集過柱液,減壓濃縮至干,按上述2.1方法,測(cè)定桔梗莖葉總皂苷的量,并計(jì)算各樹脂的動(dòng)態(tài)吸附率,結(jié)果見表7。
動(dòng)態(tài)吸附率(%)=(上柱液中總皂苷量-流出液中總皂苷量)/上柱液中總皂苷量×100%
(3)
2.4.3.2 動(dòng)態(tài)-解吸試驗(yàn)篩選樹脂 將2.4.3.1中充分吸附后的樹脂用蒸餾水洗脫至無色,改用70%乙醇洗脫至無色,收集乙醇洗脫液,減壓濃縮至干,按上述2.1方法測(cè)定桔梗莖葉總皂苷的量,并計(jì)算各樹脂的動(dòng)態(tài)解吸率。結(jié)果見表7。
(4)
表7 不同型號(hào)大孔吸附樹脂的篩選試驗(yàn)結(jié)果 %
從工藝角度出發(fā),適宜的吸附樹脂應(yīng)具有良好的可逆性,即良好的吸附性能與解吸性能。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,雖然AB-8的吸附能力沒有D101的強(qiáng),但是其解吸能力高于D101很多。綜合評(píng)價(jià),分離純化桔梗莖葉總皂苷的最佳樹脂可選擇AB-8。
2.4.4 AB-8大孔吸附樹脂純化工藝參數(shù)
2.4.4.1 吸附因素的考察 上樣量對(duì)吸附效果的考察:稱取6份已處理好的AB-8樹脂50 g,濕法裝柱(徑高比1∶7),量取經(jīng)離心處理的桔梗莖葉水提取液(每mL含桔梗莖葉提取物0.4 g)25、50、75、100、125、150 mL,以1.0 mL·min-1的流速進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附,吸附3 h后,收集過柱液,減壓濃縮至干,按上述2.1方法,測(cè)定桔梗莖葉總皂苷的量,并計(jì)算不同上樣量的吸附率,結(jié)果見圖3。根據(jù)圖3可知,隨著上樣量的增加,樹脂的吸附率先上升后下降。上樣量偏高,會(huì)造成樹脂的過飽和不吸附,處理量小,上樣量偏低,造成樹脂的不完全利用,浪費(fèi)資源。故50 g樹脂上樣100 mL藥液比較適宜,則確定上樣量為桔梗莖葉提取物量與樹脂用量比為0.8∶1。
藥液濃度對(duì)吸附效果的考察:稱取6份已處理好的AB-8樹脂50 g,濕法裝柱(徑高比1∶7),量取經(jīng)離心處理的桔梗莖葉水提取液100 mL,藥液質(zhì)量濃度分別為每mL含桔梗莖葉提取物0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 g,以1.0 mL·min-1的流速進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附,吸附3 h后,收集過柱液,減壓濃縮至干,按上述2.1方法,測(cè)定桔梗莖葉總皂苷的量,并計(jì)算不同藥液濃度的吸附率,結(jié)果見圖4。根據(jù)圖4可知,吸附量隨藥液濃度的增大而增加,但吸附殘液中桔梗莖葉總皂苷的含量也隨藥液濃度的增大而增加,從而引起成分的流失。藥液濃度越大,吸附的雜質(zhì)含量也越高,不利于總皂苷的分離純化。因此,藥液濃度選擇每mL含桔梗莖葉提取物0.4 g為最佳,總皂苷的吸附量可達(dá)95%以上。
圖3 上樣量對(duì)吸附效果的考察結(jié)果
圖4 藥液質(zhì)量濃度對(duì)吸附效果的考察結(jié)果
流速對(duì)吸附效果的考察:稱取4份已處理好的AB-8樹脂50 g,濕法裝柱(徑高比1∶7),量取經(jīng)離心處理的桔梗莖葉水提取液(每mL含桔梗莖葉提取物0.4 g)100 mL,分別以0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL·min-1的流速進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附,吸附3 h后,收集過柱液,減壓濃縮至干,按上述2.1方法,測(cè)定桔梗莖葉總皂苷的量,并計(jì)算不同流速的吸附率,結(jié)果見圖5。由圖5可知,0.5、1.0 mL·min-1的流速的吸附率變化不大,1.5、2.0 mL·min-1的流速的吸附率明顯下降。由于流速過慢,耗時(shí)增加,效率降低。綜合各因素考慮,控制流速為1.0 mL·min-1為宜。
圖5 流速對(duì)吸附效果的考察結(jié)果
2.4.4.2 洗脫條件的優(yōu)化 洗脫液濃度的考察:稱取5份已處理好的AB-8樹脂50 g,濕法裝柱(徑高比1∶7),量取經(jīng)離心處理的桔梗莖葉水提取液(每mL含桔梗莖葉提取物0.4 g)100 mL,控制流速為1.0 mL·min-1。先用蒸餾水將已吸附飽和的樹脂柱洗至流出液接近于無色,再分別用35%、55%、75%、95%乙醇洗脫樹脂柱,收集洗脫液,減壓濃縮至干,計(jì)算桔梗莖葉總皂苷提取物的收率,按上述2.1方法,測(cè)定桔梗莖葉總皂苷和桔梗皂苷D的含量,結(jié)果見表8。75%、95%乙醇的洗脫效果最好,55%乙醇洗脫次之,35%的洗脫能力最弱。其中,75%乙醇洗脫部分總皂苷和桔梗皂苷D的含量較95%乙醇高,說明75%乙醇可以將樣品中的皂苷類成分全部洗脫下來,且雜質(zhì)比95%乙醇少,因此選用75%乙醇作為洗脫劑。
表8 洗脫液濃度的考察結(jié)果
洗脫液體積的考察:稱取5份已處理好的AB-8樹脂50 g,濕法裝柱(徑高比1∶7),量取經(jīng)離心處理的桔梗莖葉水提取液(每mL含桔梗莖葉提取物0.4 g)100 mL,控制流速為1.0 mL·min-1。先用蒸餾水將已吸附飽和的樹脂柱洗至流出液接近于無色,再分別用3、4、5、6、7、8 BV的75%乙醇洗脫樹脂柱,收集洗脫液,減壓濃縮至干,計(jì)算桔梗莖葉總皂苷提取物的收率,按上述2.1方法,測(cè)定桔梗莖葉總皂苷和桔梗皂苷D的含量,結(jié)果見表9。5 BV的75%乙醇洗脫液就可以把樹脂上80%以上的總皂苷解吸下來,故確定洗脫液為5 BV的75%乙醇。
表9 洗脫液體積的考察結(jié)果
綜合以上試驗(yàn)結(jié)果分析,優(yōu)化桔梗莖葉總皂苷純化工藝參數(shù):最佳工藝提取藥液離心后濃縮至1.0 g生藥/mL,通過AB-8型大孔吸附樹脂,上樣量為桔梗莖葉提取物量:樹脂用量=0.8∶1,流速為1.0 mL·min-1,用5 BV的75%乙醇洗脫。
稱取桔梗干燥莖葉3份,每份100 g,加10倍量的水提取2次,提取溫度100 ℃,每次1.5 h,提取液減壓濃縮至每mL含桔梗莖葉提取物0.4 g,離心后上清液上AB-8型大孔吸附樹脂,上樣量為桔梗莖葉提取物量∶樹脂用量=0.8∶1,流速1.0 mL·min-1,先用蒸餾水將已吸附飽和的樹脂柱洗至流出液接近于無色,用5 BV75%乙醇洗脫,收集洗脫液,減壓干燥,計(jì)算桔梗莖葉總皂苷提取物的收率,測(cè)定桔梗莖葉總皂苷和桔梗皂苷D的含量,結(jié)果見表10。由結(jié)果可知,桔梗莖葉總皂苷的平均得率為9.06%,總皂苷的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48.18%,桔梗皂苷D的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.18 mg·g-1,說明該提取工藝穩(wěn)定、可行。
表10 純化驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果
桔梗莖葉為中藥桔梗的非藥用部位,本研究以桔梗莖葉為原料,以桔梗莖葉總皂苷含量、桔梗皂苷D含量為指標(biāo),采用正交設(shè)計(jì)優(yōu)化其最佳提取工藝,并進(jìn)一步采用大孔吸附樹脂技術(shù)優(yōu)化了桔梗莖葉皂苷的分離純化工藝,所得桔梗莖葉總皂苷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48.18%,桔梗皂苷D的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.18 mg·g-1,較大孔吸附樹脂純化前樣品中總皂苷和桔梗皂苷D的含量提高5倍以上,為桔梗莖葉總皂苷進(jìn)一步的藥效及機(jī)制研究奠定了基礎(chǔ),也為合理利用桔梗資源與綜合開發(fā)利用提供參考。