正交實驗設計優選荊芥穗揮發油超聲波提取工藝

黃 蓓，毛長智

1.廣西中醫學院附屬瑞康醫院制劑室，廣西南寧 530011；2.南寧市第三人民醫院藥劑科，廣西南寧 530003

荊芥穗（Spica schizonepetae Tenuifolia）為唇形科植物荊芥的干燥花穗。荊芥穗味辛，性溫，無毒，清香氣濃。荊芥穗為發汗、解熱藥，是中華常用草藥之一。荊芥穗能解表散風、透疹、消瘡，用于感冒、頭痛、麻疹、風疹、瘡瘍初起[1]。荊芥穗所含揮發油是其主要藥理活性成分，藥理研究文獻資料表明荊芥總揮發油具有緩解支氣管平滑肌痙攣，抗過敏、鎮靜、祛痰、抗炎等作用，荊芥揮發油主要含有胡薄荷酮和薄荷酮等化合物，具有特殊的香氣。

目前荊芥揮發油的提取，仍以常規的水蒸汽蒸餾法、溶劑提取法以及蒸餾-萃取聯用的方法為主，這些方法操作簡單，但存在萃取效率低、能耗和污染大等不利因素，嚴重限制了荊芥揮發油的開發應用。近年來超臨界CO2萃取法、微波萃取法等新方法在揮發油的提取工藝研究上得到了新的應用，但方法上的差異，導致了提取成分也各不相同[2-3]，且這些方法對提取設備的要求也較高。現在，用超聲波法提取中藥有效成分的研究越來越多[4-5]，利用超聲波能增大溶劑分子的運動速度及穿透力，超聲波法大幅度縮短了提取時間，提高了有效成分的提取率和原料的利用率，是新技術在現代中藥提取中的新應用。本文利用超聲波具有提取時間短，提取效率高，能耗低等的優點，對荊芥穗揮發油的超聲提取工藝條件進行了探索，對其提取工藝條件進行了優化，并與傳統水蒸汽蒸餾法進行對比。

1 儀器與材料

1.1 儀器

CQ-250型超聲波清洗機（上海躍進醫用光學器械廠）；AL20電子天平[梅特勒－托利多儀器（上海）有限公司]；98-1-B型電子恒溫電熱套（天津市泰斯特儀器有限公司）；揮發油測定器（北京中西化玻儀器有限公司）。

1.2 材料

荊芥穗，購自南寧元桂中藥飲片有限責任公司，批號：0912383，產地：江西；經廣西中醫藥研究院韋桂寧副主任藥師鑒定為唇形科植物荊芥的干燥花穗。水為純凈水。

2 方法與結果

2.1 正交試驗

2.1.1 因素水平的確定 采用L9（33）設計實驗，以提取前藥材浸泡時間、藥材粉碎度、超聲時間為因素，以揮發油提取得率為指標，考察荊芥穗揮發油提取工藝。見表1。

2.1.2 試驗方法 取荊芥穗200 g，精密稱定，裝入3 000 ml圓底燒瓶中，按料液比1∶8的比例加入純凈水與玻璃珠數粒，振搖均勻，浸泡一定時間后，超聲波處理，連接揮發油測定器與回流冷凝管。自冷凝管上端加水使充滿揮發油測定器的刻度部分，并溢流入燒瓶時為止。置電熱套中緩緩加熱至沸，并保持微沸5 h，停止加熱，放置片刻，開啟測定器下端的活塞，將水緩緩放出，至油層上端到達刻度0線上面5 mm處為止。放置1 h以上，再開啟活塞使油層下降至其上端恰與刻度0線平齊，讀取揮發油量，并計算供試品中揮發油的含量（%），結果見表2。

表1 因素水平

表2 荊芥穗揮發油提取工藝正交試驗結果

2.2 方差分析

將荊芥穗揮發油的正交試驗結果進行方差分析，結果見表3。

表3 荊芥穗揮發油超聲波提取工藝正交實驗方差分析結果

從表 2、3 結果比較 3 個因素的極差 R 可知：RC＞RB＞RA，各因素對提取工藝的影響程度依次為C＞B＞A，其中超聲時間和藥材粉碎度對揮發油提取得率的影響較大，差異有統計學意義（P＜0.05），藥材提取前浸泡時間對揮發油提取得率的影響不大，差異無統計學意義，揮發油提取的最佳工藝為：A1B2C2，即藥材浸泡時間為0 min，粉碎度為10目，超聲60 min。

2.3 驗證試驗

對優化方案進行驗證試驗，3次重復的揮發油得率分別為0.77%、0.76%、0.75%，平均值為0.76%，RSD為1.67%。此提取條件得到的揮發油得率較高，穩定可行。

2.4 超聲法與傳統水蒸汽蒸餾法的比較

分別采用水蒸汽蒸餾法與超聲波法進行提取荊芥穗揮發油平行實驗，對結果進行比較，結果見表4。

表4 超聲波法與水蒸汽蒸餾法提取率比較

從表4的結果可以看出，超聲波法的提取率要高于傳統水蒸汽蒸餾法，且更穩定。

3 討論

在荊芥穗揮發油超聲波提取工藝的試驗中，超聲時間是影響收率的關鍵，因為超聲波的空化作用，以及超聲波的許多次級效應，如機械振動、乳化、擴散、粉碎等，有利于樣品中有效成分的轉移，因此在一定范圍內，超聲時間與提取率成正比，但并不是時間越長，提取率越高。因為超聲波會破壞植物細胞壁，使胞內的成分進入提取液中，隨著提取液中溶質濃度的增大，細胞內和溶液中的溶質濃度逐漸趨于相同而使濃度差減小，此時即使延長超聲作用時間，提取液的濃度也不會改變。此外，超聲作用時間過長時，有效成分可能發生降解，且提取液中雜質增多，也使得提取率降低[6]。

從實驗結果中可知，藥材粉碎度對荊芥穗揮發油的提取影響不是最大的。理論上說，藥材經粉碎后，藥材粒度小，在滲透階段，溶劑易于滲入中藥顆粒內部；在擴散階段，由于擴散面大、擴散距離較短，有利于藥物成分擴散；但實際上，全草類藥材粉碎度越大，則藥材顆粒表面積越大，導致藥材顆粒的吸附能力增大，粉碎過細，使大量細胞破裂，致使細胞內大量高分子物質易膠溶入浸出液中，而使中藥外部溶液的黏度增大，擴散系數降低，浸出雜質增加，反而會使揮發油提出率降低[7-8]。全草類藥材揮發油主要分布于腺體中，高度粉碎，會使藥材表面產生熱量，同時，藥材粉碎與空氣接觸面增加，更易使揮發油揮發，造成損失，藥粉細度太細，得率也并不高，且藥粉過細對大生產會帶來一定的影響，結合實際生產，荊芥穗提取揮發油以粉碎成最粗粉10目為宜。

藥材在提取前，浸泡一段時間，可使藥材組織細胞充分吸水，膨脹，細胞間隙大，加速細胞內外液態變換，利于揮發油的提取，但由于超聲波的空化效應、機械效應、熱效應三種效應共同作用促使植物細胞破裂，溶劑滲透到植物內部，使細胞中的有效成分進入溶劑，加速了其相互滲透、溶解，替代了藥材浸泡的作用，所以應用超聲波法提取荊芥穗揮發油，藥材提取前是否浸泡對揮發油的提取率幾乎無影響，本實驗也證實了這一點。

[1]中國藥典[S].一部.2010:217-218.

[2]溫悅.揮發油提取方法研究概況[J].中國藥業,2010,19(12):84-85.

[3]欒偉麗,肖鑒謀,商希禮.荊芥揮發油提取方法的研究[J].江西化工,2006,(2):7-9.

[4]李小鵬,董文斌.植物油脂提取工藝研究新進展[J].現代商貿工業,2007,19(8):201-202.

[5]左笑,張東翔.超聲波在油脂提取中的應用[J].糧油加工,2007,(11):70-72.

[6]朱兆友,汝紹剛,朱慶書.超聲輔助提取藿香揮發油的研究[J].化學與生物工程,2010,27(6):85-87.

[7]李奉勤,田志國,史冬霞,等.正交試驗探討降香揮發油的最佳提取條件[J].中國實驗方劑學雜志,2005,11(4):23-25.

[8]何文斐,李士敏,楊鑫驥,等.正交實驗探討金銀花揮發油的提取條件[J].中國中藥雜志,2003,28(2):172-174.