微波輔助提取玉竹總皂苷工藝條件優(yōu)化

王曉林，于麗穎，辛建娟

(吉林化工學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院，吉林 吉林 132022)

微波輔助提取玉竹總皂苷工藝條件優(yōu)化

王曉林，于麗穎，辛建娟

(吉林化工學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院，吉林 吉林 132022)

目的：研究微波法提取玉竹總皂苷的最佳工藝條件。方法：以玉竹提取干浸膏中總皂苷的含量為評價(jià)指標(biāo)，采用單因素和正交試驗(yàn)法對微波法提取玉竹總皂苷的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果：確定玉竹總皂苷微波提取的最佳工藝條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)50%、微波提取時(shí)間10min、料液比1:20(g/mL)、提取次數(shù)3次、微波功率400W，該條件下提取的玉竹總皂苷的平均含量為5.414mg/g。結(jié)論：優(yōu)選得到的微波提取工藝簡單易行，穩(wěn)定性好。

微波；總皂苷；玉竹；提取

玉竹為百合科植物玉竹(Rhizoma Polygonati odorati)的干燥根莖，廣泛分布于東北、華北、華東及陜西、甘肅、青海、臺(tái)灣、河南、湖北、湖南、廣東等地，生物學(xué)物性宜溫暖濕潤氣候，喜陰濕環(huán)境，較耐寒，在山區(qū)和平壩都可栽培[1]。玉竹幼苗和根狀莖可食用，營養(yǎng)豐富[2]，可與肉、蛋、魚等食品炒食或燉食，是深受消費(fèi)者青睞的保健美味佳肴[3]?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，玉竹具有擴(kuò)張冠脈、降血脂、降血糖和增強(qiáng)免疫力等作用，為滋養(yǎng)強(qiáng)壯劑，其綜合利用經(jīng)濟(jì)價(jià)值已逐漸引起人們的重視[4-6]。玉竹主要含生物堿、黃酮類、苷類、多糖類、甾體、白屈菜酸、菠酸、維生素A類物質(zhì)、鞣質(zhì)、氨基酸等[7-8]。皂苷是植物中的一種重要的活性成分，除用作藥物外，還可以作為高級化妝品和食品添加劑，如作為抗菌劑、抗氧化劑、發(fā)泡劑等，在化妝品和食品工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用[9]，皂苷類物質(zhì)常用的提取方法有加熱回流法、超聲法、微波法、酶法、壓力溶劑提取和超臨界CO2萃取等。微波提取是利用微波能來提高提取率的一種新技術(shù)，可以使提取效率大大提高，有效地保護(hù)提取物質(zhì)的功能成分，同時(shí)大大節(jié)省提取時(shí)間[10]，本實(shí)驗(yàn)采用微波法[11-13]對玉竹總皂苷的提取工藝進(jìn)行研究，以期為玉竹資源的綜合開發(fā)、利用提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

薯蕷皂苷元對照品 中國藥品生物制品檢定所；玉竹 安徽省亳州市華申藥業(yè)有限公司；水為重蒸餾水；無水乙醇、甲醇、硫酸、石油醚等均為分析純試劑。

1.2 儀器與設(shè)備

MAS-Ⅱ微波輻射萃取儀 上海新儀微波化學(xué)科技有限公司；752N型三用紫外分析儀 上海申光儀器儀表有限公司；FA2004型電子天平 上海精密科學(xué)儀器有限公司；KQ3200型超聲清洗萃取儀 昆山市超聲儀器制造廠；RE-52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠；W5-100SP型恒溫水浴鍋 上海申生科技有限公司；RT-08型多功能粉碎機(jī)粉碎機(jī) 榮聰精密科技有限公司；101-1BS型電熱鼓風(fēng)干燥箱 天津市華北實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 總皂苷含量測定方法

1.3.1.1 檢測波長的選擇

精密稱取薯蕷皂苷元對照品1.50mg，置于100mL容量瓶中，加入無水甲醇溶解并定容至刻度，配制成質(zhì)量濃度0.015mg/mL的薯蕷皂苷元對照品溶液。稱取干燥至質(zhì)量恒定的玉竹干浸膏0.25g，置于具塞三角瓶中，加入25mL無水甲醇，超聲使溶解，加入25mL 15%硫酸溶液于沸水中回流2h冷卻至室溫，轉(zhuǎn)移到分液漏斗中，用石油醚萃取3次，每次25mL，合并石油醚萃取液，將萃取液水浴濃縮至干，殘?jiān)?0mL無水甲醇溶解，過濾，濾液轉(zhuǎn)移到25mL容量瓶中，加無水甲醇至刻度，即得供試品溶液。取薯蕷皂苷元對照品溶液、供試品溶液各2.0mL，置10mL具塞試管中水浴揮干無水甲醇，加入濃硫酸溶液(1mol/L)10.0mL，置于50℃水浴保溫30min，冷卻4min，以相應(yīng)試劑為空白，照紫外分光光度法，在波長300～600nm之間進(jìn)行光譜掃描，結(jié)果薯蕷皂苷元在波長408～410nm區(qū)間出現(xiàn)最大吸收，供試品在波長410nm處有最大吸收峰，所以選410nm為測定波長[14]。

1.3.1.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

精密量取質(zhì)量濃度0.015mg/mL的薯蕷皂苷元對照品溶液0.5、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0mL分別置于6個(gè)10mL具塞試管中，水浴揮干無水甲醇，加入濃硫酸溶液(1mol/L)10.0mL，置于50℃水浴保溫30min，冷卻4min，以相應(yīng)試劑為空白，采用紫外分光光度法，在410nm波長處測吸光度。以質(zhì)量濃度C為橫坐標(biāo)，吸光度A為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，進(jìn)行直線回歸[15-17]，得回歸方程：A=0.04359C＋0.00123，R=0.9995，表明薯蕷皂苷元在0.75～12.00μg/mL范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系。

1.3.1.3 總皂苷含量測定

精密稱取玉竹提取干浸膏0.25g，置于100mL燒瓶中，加入25.0mL無水甲醇，超聲處理使溶解，取出，放冷，加入25.0mL 15%硫酸溶液于沸水浴回流2h，冷卻至室溫，轉(zhuǎn)移到分液漏斗中，用石油醚萃取3次，每次25.0mL，合并石油醚萃取液，將萃取液水浴濃縮至干，殘?jiān)?0mL無水甲醇溶解，過濾，濾液轉(zhuǎn)移到25mL容量瓶中，加無水甲醇至刻度。取供試品溶液2.0mL置于10mL具塞試管中，水浴揮干無水甲醇，加入濃硫酸溶液(1mol/L)10.0mL，置于50℃水浴保溫30min，冷卻4min，以相應(yīng)試劑為空白，在410nm波長處測吸光度[18]，將結(jié)果帶入回歸方程，計(jì)算出供試品中薯蕷皂苷元的相應(yīng)質(zhì)量濃度，并由下式計(jì)算樣品中總皂苷含量。

式中：C為測定樣液的質(zhì)量濃度/(μg/mL)；m為干浸膏質(zhì)量。

1.3.2 微波輔助提取玉竹總皂苷試驗(yàn)

取玉竹適量，粉碎成粗粉，稱取10.0g，放入到燒瓶中，加入乙醇，放入微波萃取儀中，在固定的微波功率和溫度下微波提取10min，過濾，合并提取液，在70℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，回收乙醇，濾液濃縮至小于50mL，將濃縮提取液轉(zhuǎn)移至干燥的表面皿上進(jìn)行水浴濃縮，待濃縮呈膏狀，將表面皿放入干燥箱內(nèi)(65℃)進(jìn)行干燥，等到充分干燥至質(zhì)量恒定后，取干浸膏約0.25g，配制供試品溶液，按1.3.1.3節(jié)方法測定樣品總皂苷含量。以測定的干浸膏中總皂苷的含量為指標(biāo)，分別考察料液比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、微波功率、微波時(shí)間、微波次數(shù)對提取效果的影響，并在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，對主要影響因素進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波提取單因素試驗(yàn)

2.1.1 料液比對提取效果的影響

圖1 料液比對提取效果的影響Fig.1 Effect of material-to-liquid ratio on TS yield

取玉竹適量，粉碎成粗粉，稱取10.0g，放入到燒瓶中，以料液比分別為1:10、1:15、1:20、1:25、1:30(g/mL)加入體積分?jǐn)?shù)70%乙醇，然后放入微波萃取儀中，在固定的微波功率和70℃左右提取10min，過濾，濾渣重復(fù)提取1次，過濾，合并提取液，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀回收乙醇，按1.3.2節(jié)方法制成干浸膏，測定干浸膏中總皂苷的含量。結(jié)果表明，總皂苷的含量開始隨溶劑量的增加有所增加，在料液比為1:20時(shí)最高，之后隨著料液比的增加而出現(xiàn)下降的趨勢，結(jié)果見圖1。為了進(jìn)一步考察料液比對提取效果的影響，選擇料液比分別為1:17、1:20、1:23進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.1.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對提取效果的影響

圖2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對提取效果的影響Fig.2 Effect of ethanol concentration on TS yield

取玉竹適量，粉碎成粗粉，稱取10.0g，放入到燒瓶中，料液比1:20，分別加入體積分?jǐn)?shù)40%、50%、60%、70%、80%乙醇溶液，微波提取2次，每次提取10min，按1.3.2節(jié)方法制得干浸膏，測定干浸膏中總皂苷的含量。結(jié)果表明總皂苷含量在乙醇體積分?jǐn)?shù)50%時(shí)達(dá)到最高值，之后隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的升高含量有所下降，結(jié)果見圖2。為了進(jìn)一步考察乙醇體積分?jǐn)?shù)對提取效果的影響，所以在正交試驗(yàn)中選擇乙醇體積分?jǐn)?shù)45%、50%、55%進(jìn)一步考察對總皂苷含量的影響。

2.1.3 微波提取時(shí)間對提取效果的影響

圖3 提取時(shí)間對提取效果的影響Fig.3 Effect of the extracting time on TS yield

取玉竹適量，粉碎成粗粉，稱取10.0g，放入到燒瓶中，料液比為1:20，加入體積分?jǐn)?shù)50%的乙醇溶液，提取2次，每次微波提取時(shí)間分別為5、10、15、25、35min，按1.3.2節(jié)方法制得干浸膏，測定干浸膏中總皂苷的含量。結(jié)果總皂苷的含量在10min時(shí)最高，之后隨提取時(shí)間的延長含量有所下降，結(jié)果見圖3。為了進(jìn)一步考察微波提取時(shí)間對提取效果的影響，選擇微波提取時(shí)間分別為7、10、13min進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.1.4 微波功率對提取效果的影響

取玉竹適量，粉碎成粗粉，稱取10.0g，放入到燒瓶中，料液比為1:20，加入體積分?jǐn)?shù)50%的乙醇溶液，微波功率分別為300、400、500、600、700W，提取2次，每次微波提取時(shí)間為10min，按1.3.2節(jié)方法制得干浸膏，測定干浸膏中總皂苷的含量。結(jié)果干浸膏中總皂苷的含量在500W時(shí)最高，結(jié)果見圖4。所以在正交試驗(yàn)中選擇微波功率為400、500、600W進(jìn)一步考察對總皂苷含量的影響。

圖4 微波功率對提取效果的影響Fig.4 Effect of microwave power on TS yield

2.1.5 微波提取次數(shù)對提取效果的影響

取玉竹適量，粉碎成粗粉，稱取10.0g，放入到燒瓶中，料液比1:20，加入體積分?jǐn)?shù)50%的乙醇溶液，分別提取1、2、3、4、5次，每次微波提取時(shí)間為10min，按1.3.2節(jié)方法制得干浸膏，測定干浸膏中總皂苷的含量。結(jié)果干浸膏中總皂苷的含量除在提取1次時(shí)比較低以外，提取2、3、4、5次時(shí)總皂苷的含量相差不是很大，在提取3次時(shí)達(dá)到最高，結(jié)果見圖5。所以在正交試驗(yàn)中將微波次數(shù)固定為3次。

圖5 提取次數(shù)對提取效果的影響Fig.5 Effect of extraction times on TS yield

2.2 微波輔助提取玉竹總皂苷正交試驗(yàn)

2.2.1 因素及水平的考察

表1 微波輔助提取玉竹總皂苷正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels in orthogonal array design

根據(jù)單因素試驗(yàn)所得結(jié)論，微波提取次數(shù)為3次，選擇料液比(1:17、1:20、1:23)、提取時(shí)間(7、10、13min)、乙醇體積分?jǐn)?shù)(45%、50%、55%)和微波功率(400、500、600W)4個(gè)因素，每個(gè)因素選擇3個(gè)水平，設(shè)定因素水平表，見表1。

2.2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

取玉竹適量，粉碎成粗粉，稱取10.0g，放入到燒瓶中，按正交試驗(yàn)表進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 微波輔助提取玉竹總皂苷正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Orthogonal array design arrangement and corresponding results

以干浸膏中總皂苷含量為考察指標(biāo)，確定最佳提取方案為A2B2C2D1，即料液比1:20(g/mL)、微波功率400W、乙醇體積分?jǐn)?shù)50%、提取3次、每次提取時(shí)間10min為玉竹總皂苷含量最高的提取工藝。各因素對提取工藝影響的主次順序?yàn)锽＞A＞D＞C。

2.3 最佳工藝驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

為了考察上述優(yōu)選工藝的穩(wěn)定性，按該工藝條件重復(fù)提取3次，測得玉竹干浸膏中總皂苷的含量分別為5.351、5.414、5.478mg/g，平均為5.414mg/g，表明本實(shí)驗(yàn)優(yōu)選的工藝穩(wěn)定可靠。

3 結(jié) 論

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過正交試驗(yàn)優(yōu)化玉竹總皂苷的提取方法，以玉竹干浸膏中總皂苷含量作為主要評價(jià)指標(biāo)，得出各因素對提取效果影響的主次順序依次為料液比＞乙醇體積分?jǐn)?shù)＞微波功率＞微波時(shí)間。通過極差分析可知，料液比對干浸膏中總皂苷含量影響顯著，微波時(shí)間、微波功率對干浸膏中總皂苷含量的影響不顯著。玉竹總皂苷微波提取的最佳工藝條件為料液比1:20(g/mL)、微波功率400W、乙醇體積分?jǐn)?shù)50%、提取3次、每次提取時(shí)間10min，在此條件下所得的玉竹干浸膏中總皂苷的含量為5.414mg/g。本實(shí)驗(yàn)為開發(fā)和利用玉竹有效部位提供了一定參考。

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Optimization of Microwave-assisted Extraction of Total Saponins from Rhizoma Polygonati odorati

WANG Xiao-lin，YU Li-ying，XIN Jian-juan
(School of Chemical and Pharmaceutical Engineering, Jilin Institute of Chemical Technology, Jilin 132022, China)

Objective: To optimize conditions for the ethanol extraction of total saponins (TS) in Rhizoma Polygonati odorati with the assistance of microwave. Methods: The optimization of extraction conditions was performed by single factor and orthogonal array design methods based on TS content of extracts. Results: The optimal extraction conditions were obtained as follows: ethanol concentration 50%, material-to-liquid ratio 1:20 (g/mL) and microwave power 400 W for extraction repeated times for 10 min each time. The average content of TS in dry extracts was 5.414 mg/g under the optimum extracting condition.Conclusion: The optimized extraction process is simple and easy to operate and has good stability.

microwave；total saponins；Rhizoma Polygonati odorati；extraction

R284.2

A

1002-6630(2011)08-0147-04

2010-07-15

王曉林(1969—)，男，副教授，碩士，主要從事天然產(chǎn)物有效成分的提取及純化工藝研究。E-mail：wangxiaolin69@eyou.com