纖維素酶輔助提取溫莪術(shù)揮發(fā)油工藝條件研究

丁興紅 溫成平 丁志山 范永升

(浙江中醫(yī)藥大學(xué),杭州 310053)

纖維素酶輔助提取溫莪術(shù)揮發(fā)油工藝條件研究

丁興紅 溫成平 丁志山 范永升

(浙江中醫(yī)藥大學(xué),杭州 310053)

研究了纖維素酶輔助提取溫莪術(shù)揮發(fā)油工藝條件。對溫莪術(shù)粒徑、纖維素酶用量、酶解時(shí)間分別進(jìn)行單因素考察,根據(jù)單因素考察結(jié)果設(shè)計(jì)正交試驗(yàn),以出油率為指標(biāo)確定適宜的正交試驗(yàn)參數(shù):溫莪術(shù)細(xì)粉粒徑 100目、纖維素酶用量 20 FPI U·(g溫莪術(shù))-1、酶解時(shí)間 40 min,該工藝條件下溫莪術(shù)揮發(fā)油提取得率為 2.72%,與未添加纖維素酶提取工藝相比,溫莪術(shù)揮發(fā)油提取得率增加了 283%,顯示了纖維素酶輔助提取揮發(fā)油良好的應(yīng)用前景。

溫莪術(shù) 揮發(fā)油 纖維素酶 提取

莪術(shù) (Rhizom a Curcum ae)是姜科植物蓬莪術(shù)(Curcum a phaeocaulis Valeton)、廣西莪術(shù) (Curcum a kwangsinensis S.G.Lee et C.F.L iang)或溫郁金 (Cur2 cum a wenyujin Y.H.Chen et C.Ling)的干燥根莖,后者習(xí)稱溫莪術(shù),中醫(yī)認(rèn)為具有行氣破血,消腫止痛之功效[1]。現(xiàn)代研究表明,莪術(shù)揮發(fā)油具有抗腫瘤、抗菌、抗病毒、抗氧化、降低膽固醇和減輕化療副作用等活性[2-3]。目前對揮發(fā)油的提取主要有水蒸氣蒸餾法和超臨界 CO2流體萃取法[4-5]等。

在溫莪術(shù)揮發(fā)油提取過程中,由于細(xì)胞壁的束縛作用,揮發(fā)油不易溶出。溫莪術(shù)細(xì)胞壁主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等物質(zhì)組成。纖維素酶是一類復(fù)合酶,它能將組成細(xì)胞壁的纖維素骨架逐級降解成葡萄糖,進(jìn)而破壞細(xì)胞壁骨架結(jié)構(gòu),增加細(xì)胞內(nèi)活性成分的溶出[6]。

主要探討纖維素酶預(yù)處理對溫莪術(shù)揮發(fā)油提取得率影響,為纖維素酶輔助提取植物藥有效成分提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

莪術(shù)藥材購自浙江溫州,經(jīng)浙江省中藥研究院孔繁智研究員鑒定為姜科植物溫郁金的干燥根莖;其他所用試劑均為分析純。

纖維素酶由里氏木霉 (Trichoder m a reeseiZU25)固態(tài)發(fā)酵制備而成,每克纖維素酶粉含 146個(gè)濾紙酶活力國際單位(FPI U)。

纖維素酶活力按 T.K.Ghose[7]方法測定,一個(gè)濾紙酶活力國際單位 (FPI U)等于酶促反應(yīng)中生成1.0μmol葡萄糖 (以還原糖表示)的酶量。

1.2 纖維素酶法輔助提取溫莪術(shù)揮發(fā)油

1.2.1 單因素考察

對溫莪術(shù)粒徑、纖維素酶用量和酶解作用時(shí)間分別進(jìn)行單因素考察。

稱取 20 g溫莪術(shù),加入適量纖維素酶液,調(diào)節(jié)pH值為 4.8,50℃反應(yīng)。酶解作用一定時(shí)間后,離心,取上清液用石油醚萃取,萃取液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器在常壓下 25 r/min濃縮,將石油醚蒸出 (溫度40℃左右),當(dāng)冷凝管口無液滴滴下時(shí)即為濃縮終點(diǎn),得溫莪術(shù)揮發(fā)油,計(jì)算揮發(fā)油得率。

揮發(fā)油得率 =揮發(fā)油質(zhì)量/溫莪術(shù)質(zhì)量 ×100%

1.2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素考察結(jié)果進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),以揮發(fā)油提取率為指標(biāo),選擇溫莪術(shù)粒徑 (65目、80目、100目)、纖維素酶用量 (10 FPI U·(g溫莪術(shù))-1、15 FPI U·(g溫莪術(shù))-1、20 FPI U·(g溫莪術(shù))-1)、酶解作用時(shí)間 (20 min,30 min,40 min)3個(gè)影響因素按3因素 3水平進(jìn)行 L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) (第 4列為空列,用來估計(jì)誤差),計(jì)算揮發(fā)油得率,并對結(jié)果進(jìn)行方差分析,得出最佳提取工藝。

2 結(jié)果與討論

2.1 纖維素酶解法提取溫莪術(shù)揮發(fā)油

2.1.1 單因素研究

確定纖維素酶用量 (10 FPI U·(g溫莪術(shù))-1)及酶解時(shí)間 (30 min),考察溫莪術(shù)粒徑對溫莪術(shù)揮發(fā)油得率的影響,結(jié)果如圖 1。

圖 1 溫莪術(shù)粒徑對揮發(fā)油得率的影響

確定溫莪術(shù)粒徑 (80目)及酶解作用時(shí)間(30 min),考察纖維素酶用量對溫莪術(shù)揮發(fā)油得率的影響,結(jié)果如圖 2。

圖2 纖維素酶用量對揮發(fā)油得率的影響

確定纖維素酶用量 (15 FPI U·(g溫莪術(shù))-1)及溫莪術(shù)粒徑 (80目),考察酶解作用時(shí)間對溫莪術(shù)揮發(fā)油得率的影響,結(jié)果如圖 3。

圖 3 圖 3 纖維素酶作用時(shí)間對揮發(fā)油得率的影響

由圖 1可知,溫莪術(shù)揮發(fā)油得率隨粒徑減小而增加,當(dāng)溫莪術(shù)粒徑達(dá)到 80目時(shí),揮發(fā)油得率為1.90%,此后揮發(fā)油得率變化很小,所以選擇溫莪術(shù)粒徑 80目進(jìn)行下面的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。同理,由圖 2、圖 3可知,纖維素酶用量 (15 FPI U·(g溫莪術(shù))-1)和纖維素酶作用時(shí)間 (40 min)是進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的適宜參數(shù)。

2.1.2 正交試驗(yàn)

纖維素酶輔助提取法正交試驗(yàn)結(jié)果見表 1,方差分析結(jié)果見表 2。

表 1 纖維素酶法提取溫莪術(shù)揮發(fā)油正交試驗(yàn)結(jié)果

表2 纖維素酶法正交試驗(yàn)方差分析

從表 1、表 2可知,纖維素酶提取莪術(shù)揮發(fā)油的各因素中,溫莪術(shù)粒徑影響最大,為顯著性影響因素,其次為纖維素酶用量,酶解時(shí)間影響最小。由此得出纖維素酶提取莪術(shù)揮發(fā)油優(yōu)選工藝為 A3B2C3:即 100目的莪術(shù)細(xì)粉在 20 FPI U·(g溫莪術(shù))-1纖維素酶用量下提取 40 min。A3B2C3工藝未在表 1中出現(xiàn),故補(bǔ)做該試驗(yàn),同時(shí)測定溫莪術(shù)中揮發(fā)油含量[1],結(jié)果如表 3所示。

表 3 正交設(shè)計(jì)優(yōu)化提取方法的出油率比較結(jié)果

由表 3可知,采用正交試驗(yàn)優(yōu)選工藝 A3B2C3進(jìn)行 3次平行試驗(yàn),溫莪術(shù)揮發(fā)油平均得率為 2.72%,與中國藥典 2005版所用方法測定值基本一致,結(jié)果表明,采用纖維素酶輔助提取溫莪術(shù)揮發(fā)油,可以將溫莪術(shù)中揮發(fā)油充分提取出來。

2.2 纖維素酶提取和未添加纖維素酶提取溫莪術(shù)揮發(fā)油的研究

為了考察纖維素酶對溫莪術(shù)揮發(fā)油提取的影響因子,設(shè)計(jì) 100目的莪術(shù)細(xì)粉在 20 FPI U·(g溫莪術(shù))-1纖維素酶用量下反應(yīng)時(shí)間進(jìn)程和未添加纖維素酶的時(shí)間進(jìn)程曲線,結(jié)果如圖 4。

圖 4 圖4 反應(yīng)時(shí)間對揮發(fā)油得率的影響

由圖 4可知,采用纖維素酶提取溫莪術(shù)揮發(fā)油在 40 min左右,揮發(fā)油得率為 2.72%。而未添加纖維素酶進(jìn)行揮發(fā)油提取試驗(yàn),揮發(fā)油得率一直維持在 0.71%左右,隨著反應(yīng)時(shí)間延長沒有增加趨勢。這表明:纖維素酶在溫莪術(shù)揮發(fā)油提取過程中發(fā)揮了重要的作用,隨著酶解進(jìn)程的推進(jìn),纖維素酶不斷地將溫莪術(shù)細(xì)胞壁裂解,促使包藏在細(xì)胞壁中的揮發(fā)油不斷釋放出來,提高了揮發(fā)油提取效率[8]。

3 結(jié)論

采用纖維素酶輔助提取溫莪術(shù)揮發(fā)油,可以明顯提高溫莪術(shù)揮發(fā)油提取得率。通過正交試驗(yàn)確定適宜的參數(shù)為:溫莪術(shù)細(xì)粉粒徑 100目、纖維素酶用量 20 FPI U·(g溫莪術(shù))-1、酶解時(shí)間 40 min,該工藝條件下溫莪術(shù)揮發(fā)油提取得率為 2.72%,顯示了良好的應(yīng)用前景。

[1]國家藥典委會(huì).中華人民共和國藥典 (第一部)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005

[2]丁玉伶,徐愛秀.莪術(shù)油及其有效組分抗腫瘤研究[J].中藥材,2005,28(2):152-156

[3]Yohei S,Hirozo G.Chihiro T,et a1.Effects of curcuma drugs on vasomotion in isolated rat aorta[J].biological and phar2 maceutical bulletin,2003,26(8):1135-1143

[4]馮磊,尹光耀,敖宗華.莪術(shù)揮發(fā)油的提取研究及臨床意義[J].江蘇醫(yī)藥雜志,2002,28(7):544-545

[5]金建忠.超臨 CO2萃取溫郁金揮發(fā)油及其成分分析研究[J].中國中藥雜志,2006,3l(3):255-257

[6]Priit valjamae.The kinetics of cellulose enzymatic hydrolysis [J].Acta universitatis upsaliiensis uppsala,2002:10-18

[7]T.K.Ghose1Measurement of cellulase activities[J].Pure and Appllied Chemistry,1987,59(2):257-268

[8]Xia Liming,Cen Peilin.Cellulase production by solid state fermentation on lignocellulosic waste from the xylose industry [J].ProcessBiochemistry,1999,34(9):909-912.

Cellulase Assisted Extraction of EssentialOil from Rhizoma ofCurcumaWenyujin

Ding Xinghong Wen Chengping Ding Zhishan Fan Yongsheng
(Zhejiang ChineseMedicalUniversity,Hangzhou 310053)

To study the factors affecting the yield of essential oil extracted from rhizoma ofCurcum awenyujin by using cellulase assisted extraction,single factor experiments were conducted,including particle size,extraction time and cellulase dose,then orthogonal experi mentswere carried out to find the optimum operating conditions.Results: The optimum conditions are particle size 150μm～180μm,cellulase dose 20 FPI U(Filter Paper International U2 nits)·(g rhizoma resedue)-1,and extraction time 40 min.Under the conditions the essential oil yield reaches 2.72%,increasing by 283%compared with the extraction without cellulase assistant.

rhizoma ofCurcum awenyujin,essential oil,cellulase,extraction

TQ03-39;R284.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-0174(2010)05-0065-03

浙江省教育廳基金 (67307118),2008年浙江省高等學(xué)校優(yōu)秀青年教師資助計(jì)劃(71008809)

2009-05-09

丁興紅,男,1978年出生,博士,副教授,中藥發(fā)酵工程