甘草酸脫色優化工藝研究

史高峰，周寶華，陳學福

(蘭州理工大學石油化工學院，甘肅蘭州730050)

甘草酸脫色優化工藝研究

史高峰，周寶華，陳學福

(蘭州理工大學石油化工學院，甘肅蘭州730050)

為甘草酸粉末(D101純化后)尋求一種最佳脫色工藝。用粉末活性炭對甘草酸粉末的80%乙醇水溶液進行脫色實驗，通過單因素及正交實驗確定最佳脫色條件。以甘草酸為標準品，采用紫外分光光度法測定甘草酸含量，采用紫外分光光度法測定脫色率。結果顯示，粉末活性炭脫色的影響因素依次為:溶液pH＞活性炭加入量＞脫色溫度＞脫色時間。甘草酸溶液的最大吸收波長為252nm，在此波長下，通過正交實驗確定了脫色的最佳工藝條件，即溶液的pH為6、粉末活性炭的用量為4.5g/100mL乙醇水溶液、溫度為80℃、時間為60min。在此工藝條件下，測得成品甘草酸中甘草酸平均含量及平均脫色率分別為95.32%和62.13%。

甘草酸，脫色，粉末活性炭

甘草酸是從藥用植物甘草根、莖中提取的一種有效活性成分，具有ACTA樣生物活性。甘草酸及其鹽類通稱為甘草甜素(glycyrrhizin)，其甜度約為蔗糖的200～300倍。甘草酸約占甘草根莖的3%～6%，分子式為 C42H62H16，分子量822.92，熔點212～217℃，其結構式為五環三萜苷［1］。本課題組曾對甘草酸的提取及D101大孔樹脂純化工藝進行研究報道［2］。然而甘草經氨醇提、D101純化后得到的甘草酸常呈淡黃色，不利于甘草酸成分的進一步鑒定和甘草酸產品的開發。為此本文對活性炭脫色工藝進行研究，以期找到適合工業化生產的脫色工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

甘草 寧夏惠安甘草種植有限公司提供;甘草酸標準品 成都曼斯特生物制品有限公司，HPLC＞95%;D－101大孔樹脂 滄州寶恩化工有限公司;活性炭 AR，煙臺市雙雙化工有限公司;GF254薄層層析硅膠 青島海洋化工廠;氨水、濃H2SO4AR，白銀良友化學試劑有限公司;96%工業乙醇等。

U－2001紫外可見分光光度儀日本Hitachi;RE－3000旋轉蒸發器 上海亞榮生化儀器廠;酒精計 冀州市耀華器械儀表廠;CR－2G高速冷凍離心分離機，密度計等。

1.2 實驗方法

1.2.1 甘草酸的提取與精制 取甘草1000g，按固液比1∶8加入質量分數為10%的乙醇水溶液，0.5%(濃氨水的體積mL:10%乙醇水溶液的質量g)的氨水，在80℃下熱回流提兩次，每次2h。合并兩次提取液，在旋轉蒸發儀上濃縮至密度1.0100g/mL左右，向濃縮液中加入硫酸(濃硫酸∶水=1∶1)調pH=2.0。把酸沉物進行抽濾，并用蒸餾水洗滌，洗至洗滌液pH=4.5，抽濾干燥后即為甘草酸粗粉。取甘草酸粗粉，按固液比1∶20向其中加入質量分數為96%的工業乙醇，在50℃下熱回流提2次，每次2h，合并兩次提取液，濃縮干燥成粉末，加蒸餾水熱溶至密度7mg/mL，同時滴加氨水調pH=6～7，過濾不溶物，把濾液上D101大孔樹脂柱，用10%乙醇水溶液洗脫，然后把洗脫液濃縮干燥得甘草酸粉末，把甘草酸粉末用質量分數80%的乙醇水溶液熱溶至完全，按4.5g/100mL溶液加入用鹽酸調pH=6處理過的活性炭粉末，在80℃下熱回流脫色60min，過濾脫色液，濃縮干燥得甘草酸成品。

1.2.2 甘草酸含量測定

1.2.2.1 檢測方法 采用紫外分光光度法檢測［3－4］。1.2.2.2 標準品溶液的配制 精密稱取甘草酸標準品0.0230g，用50%的乙醇水溶液完全溶解，定容在100mL的容量瓶中，制得濃度約為0.23mg/mL的標準品溶液。

1.2.2.3 檢測波長的確定 將甘草酸對照品用流動相做空白對照，于200～600nm波長處掃描，結果表明，在252nm處有最大吸收。

1.2.2.4 標準曲線的制備 分別精密量取0.2，0.4，0.6，0.8，1.0mL的甘草酸標準品溶液，用50%的乙醇溶液稀釋至10mL，在最大吸收波長λmax=252nm處測其吸光度值，測定結果計算得線性回歸方程，標準曲線見圖1。以濃度為橫坐標x，吸光度值為縱坐標y，進行線性回歸，得線性回歸方程:y=26.913x+0.1078，R=0.9999。線性范圍:4.6～23μg/mL。

圖1 甘草酸的標準品曲線

1.2.2.5 重復性實驗 按繪制標準曲線的方法，分別精密量取0.6mL甘草酸標準品溶液5份，按上述操作進行，測定吸光度值，見表1。

表1 甘草酸標準品重復性實驗

從結果可知，用紫外分光光度法測定甘草酸含量，實驗結果重現性好，所得數據準確。

1.2.2.6 待測樣品中甘草酸的檢測 取待測樣品按照1.2.2.2和1.2.2.4的步驟測定吸光度，根據已求得的線性回歸方程算出待測樣品中甘草酸的濃度，從而計算得出甘草酸含量。

1.2.3 脫色率的計算 為比較甘草酸粉末溶液脫色前后色澤的變化，把甘草酸粉末溶液在252nm檢測波長下測定其吸光度，并按下式計算脫色率［5］。

1.2.4 數據處理 采用加權評分法［5］。評分標準為:將各項指標除以該列最大值再乘以100，為該項得分。根據甘草酸脫色率和甘草酸含量2項指標權衡，確定二者的權重系數均為0.5，對2項指標進行加權求和，通過公式z=0.5x+0.5y，得到綜合評分(z)。

2 結果與討論

2.1 不同脫色劑對甘草酸粗粉提取液脫色效果的比較

把經D101大孔樹脂純化后的甘草酸粉末用80%乙醇水溶液熱溶后，用顆粒活性炭、粉末活性炭、硅藻土、凹凸棒、雙氧水(30%)、NaClO、無水乙醇對其進行脫色比較實驗，分別測定甘草酸含量及脫色率，以二者作為衡量脫色效率的指標，實驗結果見表2。

表2 不同脫色劑的效果比較

從脫色前后的脫色率和甘草酸含量分析，硅藻土和無水乙醇的脫色效率都較差，NaClO法脫色時間短，操作條件要求低，但在加熱條件下極易回色，且產品有刺激性氣味;從脫色率上分析，雙氧水的脫色效果優于活性炭;但從甘草酸含量上分析，活性炭明顯優于雙氧水;從脫色效率上分析，活性炭優于凹凸棒;粉末活性炭優于顆粒活性炭，雖然脫除顆粒活性炭容易得多，但考慮到精制需要，選擇了粉末活性炭，并優化其脫色工藝。

2.2 粉末活性炭脫色的單因素實驗

把經D101大孔樹脂純化后得到的6g甘草酸粉末，用80%的乙醇水溶液熱溶，定容于1000 mL容量瓶中，作為甘草酸樣品液。先固定粉末活性炭用量為3g/100mL甘草酸樣品，分別改變脫色時間、脫色溫度、脫色pH中的其中一個因素，對甘草酸溶液進行脫色實驗，脫色液經離心后定容，于252nm波長處測定吸光度A(A值越低，色素去除越多)。

2.2.1 溫度對脫色效果的影響 分別量取20mL 0.6%的甘草酸樣品液于圓底燒瓶中，加粉末活性炭3g/100mL，在pH=7.0下反應60min，結果見圖2。

由圖2可知，吸光度隨著溫度的升高而升高，在80℃后，吸光度增大明顯，說明粉末活性炭對甘草酸樣品液中色素的吸附趨于平衡，所以，脫色溫度應控制在80℃以內。

2.2.2 時間對脫色效果的影響 分別量取20mL 0.6%的甘草酸樣品液于圓底燒瓶中，加粉末活性炭3g/100mL，80℃，反應不同時間，結果見圖3。

由圖3可知，60min后吸光度明顯增大，所以脫色時間選在60min以內。

表4 正交實驗表

圖2 溫度對脫色的影響

圖3 時間對脫色的影響

2.2.3 pH對脫色效果的影響 分別量取20mL 0.6%的甘草酸樣品液于圓底燒瓶中，加粉末活性炭3g/100mL，80℃于不同pH下反應60min，結果見圖4。

圖4 pH對脫色的影響

由圖4可知，吸光度隨著pH的升高而明顯升高，說明活性炭在酸性條件下對甘草酸樣品液中色素有較大吸附。所以脫色液pH應控制為5～7。

2.2.4 活性炭的加入量對脫色效果的影響 分別取20mL 0.6%的甘草酸樣品液于圓底燒瓶中，調pH為6，加入不同量的活性炭于80℃下反應60min，加入不同量的粉末活性炭測定其吸光度值，結果見圖5。

圖5 活性炭的加入量對脫色效果的影響

由圖5可知，吸光度值隨著活性炭加入量增加而升高，在加入量達到4.5g/100mL后，吸光度值增大明顯，所以活性炭用量應控制在4.5g/100mL以內。

2.3 粉末活性炭脫色的正交實驗因素水平表的設計與實驗

根據單因素實驗結果，采用L9(34)正交表，因素水平設計見表3。

表3 因素水平表

取經D101純化后的甘草酸粉乙醇水溶液的脫色率和甘草酸含量為指標，考察加熱溫度、加熱時間、顆粒活性炭加入量和溶液pH四個因素對甘草酸粉末溶液的脫色效果影響，實驗結果見表4。

從正交實驗結果得出，影響甘草酸粉末色澤主次因素順序為:溶液pH＞活性炭加入量＞脫色溫度＞脫色時間。將脫色后水解液分別干燥成甘草酸粉末，經分析對比，并結合表4分析結果，得出最佳脫色條件為:脫色溫度80℃、脫色時間60min、活性炭加入量為4.5g/100mL、溶液pH為6。

2.4 驗證實驗

稱取3份經D101大孔樹脂純化得到的甘草酸粉末，每份5g按正交實驗所得出的優化脫色條件進行脫色實驗，測定甘草酸含量及脫色率分別為95.32%和62.13%。結果表明，實驗所確定的工藝為最佳工藝條件。

3 結論

經D101大孔樹脂純化得到的甘草酸粉的脫色方法有活性炭法和雙氧水法。后者雖有較好的脫色效果但具有較強的氧化性，易導致甘草酸結構的破壞;活性炭法條件溫和，且粉末活性炭的脫色效果較好，故本文僅探討了該法的優化工藝。

粉末活性炭為黑色、無臭、無味，具有無毒、脫色、無臭、效果良好的特點，可以反復使用，成本低，適于工業大規模生產。

［1］章玉華，倪元穎.甘草中甘草酸的提取、精制及其產品研制［D］.北京:中國農業大學，2004:2－3.

［2］韓學哲，史高峰.種植甘草中甘草酸及黃酮提取純化工藝研究［D］.蘭州:蘭州理工大學，2009:24－56.

［3］汪河濱，李炳.甘草黃酮和甘草酸的聯合提取及分離純化工藝研究［D］.石河子:石河子大學，2005:32－33.

［4］魯守平，孫群，王建華，等.甘草中有效成分甘草酸的提取和測定方法研究概況［J］.中國中藥雜志，2006，31(5):359.

［5］孟江，周毅生，廖華衛.魚腥草多糖活性炭脫色工藝研究［J］.食品與發酵工業，2009，35(2):113.

Optimization of decoloring technique of glycyrrhizic acid

SHI Gao－feng，ZHOU Bao－hua，CHEN Xue－fu

(College of Petro－Chemical Engineering Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China)

The study aimed to seek for an optimum technology for decoloring glycyrrhizic acid.The decoloration experiment was conducted on glycyrrhizic acid in 80%alcohol solution by powdered activated carbon and the optimum decoloration condition was confirmed through single factor and orthogonal experiments.With glycyrrhizic acid as standard，the glycyrrhizic acid was determined by anthrone colorimetry and thereducing was determined by UV－spectrophotometry.The results showed that the factors influencing decoloration by active carbon in order were decoloration pH＞active carbon dosage＞decoloration temperature＞time.The maximum absorption wavelength of coloured matters in extracts was 252nm，under which the optimum technological condition was confirmed through orthogonal experiment，i.e，solution with pH6.0，active carbon dosage of 4.5g/100mL alcohol solution，temperature of 80℃ and time of 60min.Under this technological condition，the determined average content and average decoloration rate of glycyrrhizic acid were 95.32%and 62.13%.

glycyrrhizic acid;decoloring;powdered activated carbon

TS201.2

B

1002－0306(2011)09－0319－04

2010－09－26

史高峰(1963－)，男，博士，教授，從事于天然產物研究與開發，天然產物活性成分分離與分析等。