超聲波-微波協同提取決明子大黃酚的工藝優化

王 蓉， 鄒時英， 付大友， 張 洪, 李艷清

(四川理工學院分析測試中心， 四川 自貢 643000)

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超聲波-微波協同提取決明子大黃酚的工藝優化

王 蓉， 鄒時英， 付大友， 張 洪, 李艷清

(四川理工學院分析測試中心， 四川 自貢 643000)

為充分利用決明子資源,在超聲波功率內置為50 W的儀器條件下，采用單因素試驗和正交試驗考察了提取時間、微波功率、乙醇體積分數、料液比對決明子中大黃酚提取率的影響。結果表明：提取大黃酚的最佳條件為 60%乙醇作提取溶劑，微波功率60 W，提取時間40 min，料液比1∶15(g/g)。在該條件下，決明子大黃酚提取率達2.4%。

決明子； 大黃酚； 超聲波-微波協同； 提取工藝； 優化

決明子為豆科植物決明或小決明的成熟干燥種子，具有清肝明目，潤腸通便之功效[1]，是國家衛生部公布的69 種藥食同源的物質之一。國內外學者的大量研究發現，決明子富含蒽醌類化學物質[2]，大黃酚為其中一種。研究表明，大黃酚具有止咳、抗菌、止血作用[3-6]，并能促進腸管蠕動、神經興奮、肌肉麻痹[7-8]和明顯的抗衰老作用[9]。因此，研究決明子中大黃酚的提取極具應用價值。目前大黃酚的提取方法主要有回流提取[10]，超臨界CO2提取[11]、微波輔助提取[12]等。這些方法各具優點，但也存在一些不足。如回流提取法耗時較長，且不利于對熱不穩定物質的提取。超臨界提取設備相對昂貴。密閉式微波輔助提取對提取罐材料強度和密封性要求很高，樣品處理量小，安全性差。近年來未見將超聲波和開放式微波相結合用于大黃酚提取的報道。筆者以決明子為原料，探討并優化超聲波-微波協同提取大黃酚的工藝條件，旨在為決明子的開發利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 藥材、儀器與試劑

藥材：決明子(炒)，購于四川德仁堂中藥飲片有限公司自貢同盛大藥房，洗凈晾干，粉碎成粗粉，過40目篩，備用。大黃酚標準品(中國藥品生物制品鑒定所)。

儀器：CW-2000型超聲波-微波協同萃取儀(新拓微波溶樣測試技術有限公司)，AR1140型電子分析天平(奧豪斯國際上海有限公司)，MJ-176NR型多功能粉碎機(松下電器產業株式會社)，RE-2000旋轉蒸發儀(上海亞榮生化儀器廠)，Agilent 1100 LC液相色譜儀(美國Agilent公司)，UPK-I-20T優普純水制造系統(四川成都超純科技有限公司)。

試劑：甲醇為色譜純，其余試劑為國產分析純，試驗用水均為超純水，由優普純水制造系統制備。

1.2 決明子大黃酚的制備

由于超聲波頻率(40KHz)、微波頻率(2 450 MHz)固定，且萃取儀將超聲波功率內置為50 W，并且溶液溫度不可調。因此，根據儀器條件，主要選擇提取劑乙醇的體積分數，微波功率，提取時間和料液比四個影響因素進行考查。

1.3 不同因素的考察

1.3.1 乙醇濃度 準確稱取1.000 g決明子粗粉8份，固定料液比為1∶5(g/g)，提取時間30 min，微波功率60 W，考察乙醇濃度分別為40%、50%、60%、70%和80%的提取率。

1.3.2 微波功率 準確稱取1.000 g決明子粗粉5份，固定料液比1∶5(g/g)，提取時間30 min，提取劑為60%乙醇，考察微波功率分別為50 W、60 W、70 W、80 W和90 W的提取率。

1.3.3 提取時間 準確稱取1.000 g決明子粗粉5份，在料液比1∶5(g/g)，提取劑為60%乙醇，微波功率60 W時，考察提取時間分別為10 min、20 min、30 min、40 min、50 min時的提取率。

1.3.4 料液比 準確稱取1.000 g決明子粗粉5份，提取劑為60%乙醇，提取時間30 min，微波功率60 W時，考察料液比(g/g)分別為1∶3、 1∶6、 1∶9、 1∶12、 1∶15、 1∶18、 1∶21的提取率。

1.4 決明子大黃酚提取的正交試驗設計

在單因素試驗基礎上，以大黃酚含量為考察指標，選擇提取劑乙醇濃度(A)、料液比(B)、提取時間(C)、提取功率(D)4個主要影響因素，每個因素選取3個水平，即選用L9(34)正交試驗進行試驗篩選最佳提取工藝，其因素水平見表1。

表1 超聲-微波協同提取決明子大黃酚的正交試驗因素及水平

1.5 大黃酚定性定量檢測

1.5.1 薄層層析 分別取供試品溶液和大黃酚儲備溶液2 μL于同一硅膠H薄層板上， 以石油醚(30～60℃)-丙酮(2∶1)為展開劑，按照文獻[1]進行薄層層析。若供試品在與對照品相對應的位置上，顯示有相同斑點，置氨蒸氣中熏后，斑點變為粉紅色則為大黃酚。

1.5.2 色譜條件 色譜柱為LichrospherC18(4.6 mm×150 mm，5 μm)，流動相: 甲醇：0.1%磷酸(體積比85∶15)；流速1.00 mL/min，檢測器DAD檢測器，檢測波長為254 nm，柱溫為30.0℃，進樣量為20 μL，見圖1。

圖1 大黃酚供試品(A) 和大黃酚對照品(B)的HPLC譜圖

Fig.1 HPLC chromatogram of the test solution(A) and the reference solution of chrysophanol(B)

1.5.3 大黃酚標準溶液配制 準確稱取5.0 mg大黃酚標準品，無水甲醇溶解并定容至5 mL容量瓶中，得1.0 mg/mL的大黃酚標準貯備液。使用時稀釋成所需濃度。

1.5.4 供試品溶液的制備 準確稱取一定量決明子粗粉于一體化反應器中，按料液比1∶15(g/g)加入60%的乙醇，提取時間40 min，提取功率60 W，置于超聲波-微波協同萃取儀中，將超聲波設置為開，在選定的微波功率下提取一定時間。提取液離心分離，濾液在45℃溫度下減壓濃縮至干。殘渣用甲醇于水浴溫度下溶解，并趁熱過濾。將濾液定容為100 mL，再蒸干，加稀鹽酸120 mL，置于水浴中加熱水解1 h，立即冷卻，用三氯甲烷振搖4次，每次120 mL，合并三氯甲烷溶液，回收溶劑至干。殘渣用無水乙醇-乙酸乙酯(2∶1)混合溶液使溶解，轉移至100 mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻，濾過，即為供試品溶液，待測。

1.5.5 大黃酚標準曲線繪制 分取不同量的大黃酚儲備液，稀釋配制成6個不同質量濃度的大黃酚標準工作溶液。按1.2.2色譜條件進樣，記錄色譜圖，以對照品質量濃度為橫坐標，峰面積為縱坐標，得回歸方程y=59.568x+3.225 (r=0.999 6 )，線性范圍：0～30 mg/L。

1.5.6 大黃酚含量測定 取適量供試品溶液經0.45 μm孔徑的微孔濾膜過濾后，按照1.5.2的色譜條件進行HPLC分析，對比供試品和標準品的保留時間和紫外吸收曲線定性，確定出峰物質。根據標準工作曲線計算供試品濃度：

2 結果與分析

2.1 不同因素對大黃酚提取率的影響

由圖2可知，在不同乙醇濃度、提取時間、微波功率及料液比下大黃酚的提取含量。

1) 乙醇濃度。在乙醇濃度小于60%時，隨著乙醇濃度的增大，大黃酚得率呈上升趨勢，這可能是由于大黃酚在水中溶解度小于在乙醇中的溶解度。當濃度為60%時，提取效果最好；隨著乙醇濃度的進一步增大，提取效果反而略有下降。因此，乙醇濃度選擇50%、60%和70% 3個水平考察。

圖2 不同乙醇濃度、提取時間、微波功率及料液比下大黃酚的提取率

Fig.2 Chrysophanol yield under different alcohol concentration, extraction time, microwave power and solid-liquid ratio

2) 提取時間。隨提取時間的增加，大黃酚提取率呈上升趨勢。這是由于決明子細胞內外大黃酚濃度差是超聲-微波協同提取的主要動力。在提取初期，細胞內外大黃酚濃度差大，因此提取速率快，大黃酚提取率增加明顯；隨著時間的延長，提取劑中大黃酚濃度逐漸增大，與細胞內濃度差逐漸變小，導致提取動力變小，因此提取速率減慢，大黃酚提取率增加不明顯，直至推動力為零，有效成分不再溶出；而且隨著提取時間的進一步延長，植物組織中大量細胞破裂,導致細胞內大量不溶物及較多樹脂、粘液質等混入提取液中，使提取液中雜質增多，粘度增大。這些雜質不但會影響有效成分的溶出,增大傳質阻力，而且對提取液的后續處理也極為不利。因此，當有效成分溶出較大時，延長時間對提取不利。故提取時間選擇20 min、30 min、40 min 3個水平考察。

3) 微波功率。隨微波功率的增大，大黃酚提取率總體呈上升趨勢。但超過60 W后，提取率的增加并不明顯。這是因為隨著微波功率的增大，溶液加熱程度也隨之增大，有利于大黃酚在乙醇中的溶解，使得提取率增加。但微波功率繼續增大，微波的溫升作用更加明顯，這除了有利于大黃酚的溶出之外，還可能會導致乙醇和大黃酚的揮發損失，從而使大黃酚提取率增加不明顯。并且功率超過90 W還會使提取液暴沸，導致萃取過程不易控制，故微波功率選擇50 W和60 W、70 W 3個水平考察。

表2 超聲-微波協同提取決明子大黃酚正交試驗各處理的提取率

Table 2 Extraction efficiency of different treatment for extracting chrysophanol fromC.semenby ultrasonic wave- microwave collaborative method

處理Treatment乙醇濃度/%Ethanolconcentration料液比/(g/g)Material-liquidratio微波功率/WMicrowavepower提取時間/minExtractiontime大黃酚提取量/%Chrysophanolyield11(50)1(9∶1)1(60)1(20)1.1594212(12∶1)2(70))2(30)0.8370313(15∶1)3(80)3(40)1.496042(60)1231.8186522311.3672623122.048073(70)1321.2208832131.8556933211.2804

表3 超聲-微波協同提取決明子大黃酚正交試驗各因素水平的提取率均值與極差

4) 料液比。在決明子與乙醇的料液比較小時，隨著料液比的增加，大黃酚提取率呈上升趨勢，決明子與乙醇的料液比達1∶9(g/g)后，大黃酚提取率隨料液比的增加不再明顯。故從節約溶劑降低成本的角度考慮， 選擇料液比1∶9、 1∶12和1∶15(g/g)的3個水平考察。

2.2 超聲-微波協同提取決明子大黃酚正交試驗各處理的提取率

對決超聲-微波協同提取決明子大黃酚的正交試驗結果(表2)進行極差分析(表3)可知，4個因素對提取率的影響依次為乙醇體積分數>提取時間>微波功率>料液比。通過k值可以看出，從決明子中提取大黃酚的最佳條件是A2B3C1D3，即60%的乙醇，提取時間40 min，提取功率60 W，料液比1∶15(g/g)。在該條件下，進行6次驗證試驗，其大黃酚平均提取率為2.4 mg/g，RSD為4.8%。提取率高于以上單因素和正交試驗的結果，說明優化方案有效提高了大黃酚的提取率，此工藝穩定性可行。

3 結論

超聲-微波協同萃取法將超聲波和微波能有機地結合起來，充分利用超聲波的空化作用和微波的高能作用，將超聲波振動能和通過波導管引出的微波能共同作用于決明子，能有效提高決明子中大黃酚的提取率。試驗通過單因素和正交試驗優化超聲波-微波協同萃取決明子中大黃酚的最佳工藝條件。結果表明，在超聲波功率內置為50 W的儀器條件下，影響超聲波-微波協同萃取決明子中大黃酚提取率的因素依次為乙醇濃度>提取時間>提取功率>料液比。優化的最佳提取工藝為乙醇濃度60%，提取時間40 min，微波功率60 w，料液比為1∶15(g/g)。采用此優化工藝，大黃酚提取率可達2.4%。該方法具有步驟簡單、提取時間快，提取效果好的優點，因而具有良好的應用前景。

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(責任編輯： 孫小嵐)

Optimization of Ultrasonic Wave- Microwave Collaborative Extraction ofChrysophanol fromCassiaesemen

WANG Rong， ZOU Shiying， FU Dayou, ZHANG Hong, LI Yanqing

(AnalysisandTestingCenter,SichuanUniversityofScienceandEngineering,Zigong,Sichuan643000,China)

In order to make full use ofC.semenresource, the extraction technology of chrysophanol fromC.semenwas optimized by ultrasonic wave-microwave collaborative method. The effects of concentration of extracting agent, extraction time, microwave power, solid-liquid ratio were studied by single factor and L9(34) orthogonal tests. Results: When the ultrasonic wave power is fixed 50W, the optimal extraction conditions are as follows: 60% alcohol, extraction time 40 min, microwave power 60W and solid-liquid ratio 1∶15 g/g. Conclusion: The extraction yield was 2.4% under the optimal conditions.

Cassiasemen; chrysophanol; ultrasonic wave-microwave collaborative extraction; extraction process; optimization

2014-10-26； 2015-06-26修回

四川省教育廳重點項目(12ZA265)；四川理工學院科研基金項目(2011KY08)

王 蓉(1979-)，女，副教授，從事中藥活性成分提取的研究、儀器分析的教學與科研工作。E-mail:zgrtvu2008@163.com

1001-3601(2015)07-0388-0164-04

S567

A