侯麗麗+陳洪海+張守勤+
摘要:優化川芎(Ligusticum chuanxiong Hort.)中阿魏酸的常溫超高壓提取條件,應用高效液相色譜法測定提取液中的阿魏酸含量,以阿魏酸提取率為評價指標進行L9(34)正交試驗。結果表明,常溫超高壓提取川芎中阿魏酸的最優工藝為乙醇體積分數70%,壓力300 MPa,固液比1∶50(m∶V,g∶mL),時間3.0 min,提取1次。超高壓提取技術作為一種新的提取方法,提取川芎中阿魏酸穩定、可行。
關鍵詞:川芎(Ligusticum chuanxiong Hort.);阿魏酸;超高壓;提取
中圖分類號:R284.2;R282文獻標識碼:A文章編號:0439-8114(2014)09-2133-03
Optimizing Process of Extracting Ferulic Acid from Ligusticum chuanxiong Hort.
by Ultra-high Pressure
HOU Li-li1,CHEN Hong-hai2, ZHANG Shou-qin3
(1.Department of Food Engineering, Jilin Business and Technology College, Changchun 130062,China; 2. Changchun Institute of Equipment and Technology,Changchun 130012, China;3.Biological and Agricultural Engineering College, Jilin University, Changchun 130025,China)
Abstract: The optimal Ultra-high Pressure (UPE) process for extracting ferulic acid from Ligusticum chuanxiong Hort. was studied. The process was selected by L9(34) orthogonal design using the content of ferulic acid as index. The optimal extraction condition was extraction solvent with 70% ethanol, extraction pressure of 300 MPa, solid/liquid ratio of 1∶50(m∶V, g∶mL), extraction for 3.0 min and extracting for 1 times. UPE is the optimal extraction method for extracting ferulic acid from Ligusticum chuanxiong Hort.
Key words: Ligusticum chuanxiong Hort.; ferulic acid; ultra-high pressure; extraction
川芎(Ligusticum chuanxiong Hort.) 為傘形科植物,其干燥根莖為常用的活血化瘀中藥,始載于《神農本草經》,味辛、微苦、性溫,有活血化瘀、理氣止痛、降壓、擴張血管、抗血栓、鎮靜及解痙等作用。常用于頭痛、肋痛、脹痛、風濕痹痛及心腦血管等疾病的治療[1,2]。由于其獨特的藥用價值,引起了藥學研究者的廣泛關注,成為中草藥研究的熱點。對川芎化學成分的研究始于20世紀30年代[3]。隨著現代分析手段的進步以及波譜學的發展,對川芎的化學成分有了較為完善的了解。川芎主要含有內酯、酚(酸)性成分及含氮化合物。
超高壓常溫提取技術是新興的提取技術,具有高效、節能、保護提取物生物活性等優點。目前已經被應用于提取多種中藥的有效成分,如人參[4,5]、西洋參[6]、荔枝皮[7]、龍眼皮[8]、蜂膠[9]、綠茶[10-12]等。本試驗主要研究川芎中阿魏酸的超高壓最優提取工藝,為川芎有效成分的研究提供一定的依據。
1材料與方法
1.1試驗材料與儀器
川芎(吉林修正藥業集團股份有限公司);阿魏酸標準品(江西本草天工科技有限責任公司);甲醇、冰乙酸均為色譜純;其他試劑均為分析純。
LC20型高效液相色譜儀[島津國際貿易(上海)有限公司];DL700型超高壓設備(上海大隆機器廠)。
1.2試驗方法
1.2.1色譜條件色譜柱,C18(150 mm×4.6 mm);流動相,冰醋酸-甲醇-水(1∶65∶34);檢測波長,313 nm;流速,0.4 mL/min;柱溫,40 ℃。
1.2.2標準曲線的繪制精確稱取阿魏酸標準品3.8 g置于100 mL容量瓶中,加甲醇定容至刻度,搖勻,即得阿魏酸標準溶液(0.038 mg/mL)。吸取該對照品溶液2、4、6、8、10 μL,分別注入高效液相色譜儀,測得峰面積,以對照品為橫坐標,峰面積為縱坐標,繪制標準曲線(圖1)。得到的回歸方程為Y=752 185.3X-375 9,r2= 0.999 9。阿魏酸標準品液相色譜圖見圖2。
1.2.3超高壓提取方法將處理好的原料與溶劑混合后,用塑料袋封好放入高壓容器內,在常溫、適當壓力下保持一定時間后卸壓取出,離心,取上清液備用。
1.2.4回流提取方法參照文獻[13]精確稱取川芎樣品2.0 g,按1∶8(m∶V,g∶mL)的固液比加入70%乙醇,提取2次,每次1.5 h,提取液離心,取上清液備用。
1.2.5測定方法精確吸取待測液10 μL,注入高效液相色譜儀測定峰面積,由標準曲線計算其含量。
阿魏酸提取率(mg/g)=■×■
式中,S為峰面積;V為定容體積(mL);v為進樣量(μL);w為樣品質量(g)。
1.3單因素試驗
通過試驗分別確定常溫超高壓提取的溶媒乙醇體積分數、提取壓力、溶劑用量、提取時間對川芎阿魏酸提取率的影響。①精確稱取1.0 g樣品粉末6份,按固液比1∶50,分別加入體積分數為20%、40%、60%、70%、80%、95%的乙醇溶液,在200 MPa壓力下保壓2.0 min,取出后離心,取上清液;②精確稱取1.0 g樣品粉末4份,按固液比1∶40加入體積分數60%的乙醇溶液,分別在100、200、300、400 MPa下保壓2.0 min,取出后離心,取上清液;③精確稱取1.0 g樣品粉末4份,分別按固液比1∶20、1∶40、1∶60、1∶80加入體積分數60%的乙醇溶液,在200 MPa壓力下保壓2.0 min,取出后離心,取上清液;④精確稱取1.0 g樣品粉末4份,按固液比1∶40加入體積分數60%的乙醇溶液,在200 MPa下分別保壓1.0、2.0、3.0、4.0 min,取出后離心,取上清液。
各試驗根據提取液的不同,稀釋到一定的體積,超濾膜過濾后測定阿魏酸提取率。
1.4正交試驗
根據單因素試驗結果,正交試驗主要考察提取壓力、乙醇體積分數、提取時間、固液比4個因素對超高壓提取工藝的影響,每個因素取3個水平,以阿魏酸提取率為考察指標,采用L9(34)進行正交試驗,篩選最佳工藝。正交試驗因素和水平見表1。
2結果與分析
2.1單因素試驗結果
2.1.1乙醇體積分數對川芎阿魏酸提取率的影響從圖3可以看出,乙醇體積分數對川芎阿魏酸提取率的影響比較明顯,隨著乙醇體積分數的增加阿魏酸提取率增加,在乙醇體積分數為70%、80%時提取率較高,當乙醇體積分數高于80%時阿魏酸提取率下降。因此,選擇乙醇體積分數為60%~80%作為阿魏酸的提取溶劑。
2.1.2提取壓力對川芎阿魏酸提取率的影響從圖4可以看出,在100~300 MPa下,隨著提取壓力的增大川芎阿魏酸提取率也隨之升高,當提取壓力超過300 MPa后,阿魏酸的提取率變化不明顯。可能在300 MPa壓力下川芎細胞壁已被破壞,溶劑在壓力作用下已完全進入細胞內,并將有效成分基本溶出,所以加大壓力提取率變化不大。因此,選擇壓力200~400 MPa為宜。
2.1.3固液比對川芎阿魏酸提取率的影響從圖5可以看出,隨著固液比的變化,川芎阿魏酸提取率逐漸升高,在固液比為1∶40后,阿魏酸提取率變化緩慢,基本影響不大,說明在40倍乙醇用量時,阿魏酸已經基本被溶解出來。因此,選擇固液比為1∶40為最佳。
2.1.4提取時間對川芎阿魏酸提取率的影響通過試驗發現,隨著提取時間的延長,阿魏酸的提取率基本沒有變化,提取時間對其基本無影響。高壓提取過程中當壓力升高,溶劑在壓力下進入到細胞內部,溶解有效成分,當壓力在瞬間消失后,在壓力差的作用下細胞膨脹爆炸,有效成分被溶出,因此提取時間長短對阿魏酸提取率影響不大。
2.2正交試驗結果
由表2可以看出,根據極差分析,影響川芎阿魏酸提取率的主次因素為B、A、D、C,乙醇體積分數對川芎阿魏酸提取率的影響最大,其次是提取壓力和固液比,提取時間的影響最小,得到的最優組合為A2B2C3D2,即高壓提取最優條件為提取壓力300 MPa、體積分數70%乙醇溶液、提取時間3.0 min、固液比1∶50。
2.3驗證試驗
按正交試驗最優工藝條件重復驗證提取3 次,川芎阿魏酸的提取率依次為0.520、0.524、0.526 mg/g,平均為0.523 mg/g。說明最優工藝穩定、可行。
2.4與回流提取方法對比試驗
取相同重量的川芎樣品,分別按回流提取和超高壓提取的最優工藝,得到2種提取液。通過測定2種提取方法所得到的阿魏酸含量基本相同,無顯著差異(表4)。從表4可以看出,超高壓提取與回流提取相比,具有提取時間短、提取次數少、不需要加熱,節省能源并避免加熱對成分的破壞。但是從溶劑用量上超高壓提取方法較回流提取要多。
3小結
根據正交試驗結果,結合節約能源等綜合考慮,確定常溫超高壓提取川芎阿魏酸的最優工藝為提取溶劑體積分數70%乙醇溶液、提取壓力300 MPa、固液比1∶50、提取時間3.0 min。在最優工藝下,通過測定阿魏酸提取率為0.523 mg/g。與回流提取方法相比較,超高壓提取技術具有常溫不加熱、提取時間短、雜質少、穩定性高、節約能源等優點,作為一種新型的提取工藝,其應用前景廣闊。
參考文獻:
[1] 范宋玲,張建軍,熊帶水,等.川芎微波提取工藝優選[J].中國實驗方劑學雜志,2011,17(18):46-48.
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[10] XI J.Caffeine extraction from green tea leaves assisted by high pressure processing[J].Journal of Food Engineering, 2009,94(1):105-109.
[11] XI J, SHEN D J,ZHAO S,et al. Characterization of polyphenols from green tea leaves using a high hydrostatic pressure extraction[J]. Inter J Pharm,2009,382(1-2):139-143.
[12] XI J, ZHAO S, LU B B, et al. Separation of major catechins from green tea by ultrahigh pressure extraction[J].Inter J Pharm,2010,386(1-2):229-231.
[13] 崔麗娟,劉玉明.正交試驗法優選川芎中阿魏酸的提取工藝[J]. 齊魯藥事,2005,24(19):560-561.
2結果與分析
2.1單因素試驗結果
2.1.1乙醇體積分數對川芎阿魏酸提取率的影響從圖3可以看出,乙醇體積分數對川芎阿魏酸提取率的影響比較明顯,隨著乙醇體積分數的增加阿魏酸提取率增加,在乙醇體積分數為70%、80%時提取率較高,當乙醇體積分數高于80%時阿魏酸提取率下降。因此,選擇乙醇體積分數為60%~80%作為阿魏酸的提取溶劑。
2.1.2提取壓力對川芎阿魏酸提取率的影響從圖4可以看出,在100~300 MPa下,隨著提取壓力的增大川芎阿魏酸提取率也隨之升高,當提取壓力超過300 MPa后,阿魏酸的提取率變化不明顯。可能在300 MPa壓力下川芎細胞壁已被破壞,溶劑在壓力作用下已完全進入細胞內,并將有效成分基本溶出,所以加大壓力提取率變化不大。因此,選擇壓力200~400 MPa為宜。
2.1.3固液比對川芎阿魏酸提取率的影響從圖5可以看出,隨著固液比的變化,川芎阿魏酸提取率逐漸升高,在固液比為1∶40后,阿魏酸提取率變化緩慢,基本影響不大,說明在40倍乙醇用量時,阿魏酸已經基本被溶解出來。因此,選擇固液比為1∶40為最佳。
2.1.4提取時間對川芎阿魏酸提取率的影響通過試驗發現,隨著提取時間的延長,阿魏酸的提取率基本沒有變化,提取時間對其基本無影響。高壓提取過程中當壓力升高,溶劑在壓力下進入到細胞內部,溶解有效成分,當壓力在瞬間消失后,在壓力差的作用下細胞膨脹爆炸,有效成分被溶出,因此提取時間長短對阿魏酸提取率影響不大。
2.2正交試驗結果
由表2可以看出,根據極差分析,影響川芎阿魏酸提取率的主次因素為B、A、D、C,乙醇體積分數對川芎阿魏酸提取率的影響最大,其次是提取壓力和固液比,提取時間的影響最小,得到的最優組合為A2B2C3D2,即高壓提取最優條件為提取壓力300 MPa、體積分數70%乙醇溶液、提取時間3.0 min、固液比1∶50。
2.3驗證試驗
按正交試驗最優工藝條件重復驗證提取3 次,川芎阿魏酸的提取率依次為0.520、0.524、0.526 mg/g,平均為0.523 mg/g。說明最優工藝穩定、可行。
2.4與回流提取方法對比試驗
取相同重量的川芎樣品,分別按回流提取和超高壓提取的最優工藝,得到2種提取液。通過測定2種提取方法所得到的阿魏酸含量基本相同,無顯著差異(表4)。從表4可以看出,超高壓提取與回流提取相比,具有提取時間短、提取次數少、不需要加熱,節省能源并避免加熱對成分的破壞。但是從溶劑用量上超高壓提取方法較回流提取要多。
3小結
根據正交試驗結果,結合節約能源等綜合考慮,確定常溫超高壓提取川芎阿魏酸的最優工藝為提取溶劑體積分數70%乙醇溶液、提取壓力300 MPa、固液比1∶50、提取時間3.0 min。在最優工藝下,通過測定阿魏酸提取率為0.523 mg/g。與回流提取方法相比較,超高壓提取技術具有常溫不加熱、提取時間短、雜質少、穩定性高、節約能源等優點,作為一種新型的提取工藝,其應用前景廣闊。
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2結果與分析
2.1單因素試驗結果
2.1.1乙醇體積分數對川芎阿魏酸提取率的影響從圖3可以看出,乙醇體積分數對川芎阿魏酸提取率的影響比較明顯,隨著乙醇體積分數的增加阿魏酸提取率增加,在乙醇體積分數為70%、80%時提取率較高,當乙醇體積分數高于80%時阿魏酸提取率下降。因此,選擇乙醇體積分數為60%~80%作為阿魏酸的提取溶劑。
2.1.2提取壓力對川芎阿魏酸提取率的影響從圖4可以看出,在100~300 MPa下,隨著提取壓力的增大川芎阿魏酸提取率也隨之升高,當提取壓力超過300 MPa后,阿魏酸的提取率變化不明顯。可能在300 MPa壓力下川芎細胞壁已被破壞,溶劑在壓力作用下已完全進入細胞內,并將有效成分基本溶出,所以加大壓力提取率變化不大。因此,選擇壓力200~400 MPa為宜。
2.1.3固液比對川芎阿魏酸提取率的影響從圖5可以看出,隨著固液比的變化,川芎阿魏酸提取率逐漸升高,在固液比為1∶40后,阿魏酸提取率變化緩慢,基本影響不大,說明在40倍乙醇用量時,阿魏酸已經基本被溶解出來。因此,選擇固液比為1∶40為最佳。
2.1.4提取時間對川芎阿魏酸提取率的影響通過試驗發現,隨著提取時間的延長,阿魏酸的提取率基本沒有變化,提取時間對其基本無影響。高壓提取過程中當壓力升高,溶劑在壓力下進入到細胞內部,溶解有效成分,當壓力在瞬間消失后,在壓力差的作用下細胞膨脹爆炸,有效成分被溶出,因此提取時間長短對阿魏酸提取率影響不大。
2.2正交試驗結果
由表2可以看出,根據極差分析,影響川芎阿魏酸提取率的主次因素為B、A、D、C,乙醇體積分數對川芎阿魏酸提取率的影響最大,其次是提取壓力和固液比,提取時間的影響最小,得到的最優組合為A2B2C3D2,即高壓提取最優條件為提取壓力300 MPa、體積分數70%乙醇溶液、提取時間3.0 min、固液比1∶50。
2.3驗證試驗
按正交試驗最優工藝條件重復驗證提取3 次,川芎阿魏酸的提取率依次為0.520、0.524、0.526 mg/g,平均為0.523 mg/g。說明最優工藝穩定、可行。
2.4與回流提取方法對比試驗
取相同重量的川芎樣品,分別按回流提取和超高壓提取的最優工藝,得到2種提取液。通過測定2種提取方法所得到的阿魏酸含量基本相同,無顯著差異(表4)。從表4可以看出,超高壓提取與回流提取相比,具有提取時間短、提取次數少、不需要加熱,節省能源并避免加熱對成分的破壞。但是從溶劑用量上超高壓提取方法較回流提取要多。
3小結
根據正交試驗結果,結合節約能源等綜合考慮,確定常溫超高壓提取川芎阿魏酸的最優工藝為提取溶劑體積分數70%乙醇溶液、提取壓力300 MPa、固液比1∶50、提取時間3.0 min。在最優工藝下,通過測定阿魏酸提取率為0.523 mg/g。與回流提取方法相比較,超高壓提取技術具有常溫不加熱、提取時間短、雜質少、穩定性高、節約能源等優點,作為一種新型的提取工藝,其應用前景廣闊。
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