離子液體微波輔助提取臭牡丹中黃酮類化合物的研究

馮紀(jì)南，馮斯宇，鄧斌

(湘南學(xué)院 化學(xué)與生命科學(xué)系，湖南 郴州 423000)

離子液體微波輔助提取臭牡丹中黃酮類化合物的研究

馮紀(jì)南，馮斯宇，鄧斌*

(湘南學(xué)院 化學(xué)與生命科學(xué)系，湖南 郴州 423000)

采用微波輔助提取技術(shù)，以臭牡丹黃酮類化合物的提取率為考察目標(biāo)，利用溴化1-丁基-3-甲基咪唑溴([bmim]Br)離子液體水溶液為提取劑，提取臭牡丹中黃酮類化合物.分別考察了離子液體濃度、料液比、微波功率、pH值、提取溫度和時(shí)間對臭牡丹黃酮類化合物提取率的影響.結(jié)果顯示，臭牡丹黃酮類化合物的最佳提取工藝條件為：離子液體濃度為1.0 mol/L，料液比為1∶30，微波功率為500 W，pH值為8.0，提取溫度為70 ℃，提取時(shí)間為6.0 min，在此條件下提取率可達(dá)4.318%.與傳統(tǒng)乙醇提取法相比，該方法具有快速高效、溶劑使用量少、綠色環(huán)保、提取率高等優(yōu)點(diǎn).

離子液體[bmim]Br；臭牡丹；黃酮類化合物；微波輔助提取

0 引 言

離子液體，又稱室溫離子液體或室溫熔融鹽，是由有機(jī)陽離子和無機(jī)或有機(jī)陰離子構(gòu)成，在室溫或接近室溫下，通常低于100 ℃呈液體狀態(tài)的鹽類[1,2].此類液體具有很高的極化率，對微波具有強(qiáng)的吸收和熱轉(zhuǎn)換能力，綠色環(huán)保，非常適合做微波輔助提取的溶劑[3-5].此外，它們還具有液態(tài)范圍寬、揮發(fā)性小、蒸汽壓低、溶解能力強(qiáng)等特性[6].而微波輔助提取技術(shù)又具有快速、高效的優(yōu)勢.近年來人們結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用在天然產(chǎn)物有效成分分離提取當(dāng)中的報(bào)道已逐漸增多[7,8].如李攻科等[9]以離子液體的水溶液為提取劑，通過微波輔助法對石蒜中的石蒜堿、力克拉敏和加蘭他敏生物堿等物質(zhì)的提取進(jìn)行了研究；Lu等[10]采用微波輔助提取法，以1-烷基-3-甲基咪唑?yàn)殛栯x子的離子液體水溶液為提取劑，對蓮子心中酚醛堿的提取進(jìn)行了研究.與傳統(tǒng)的微波有機(jī)溶劑提取法相比，如乙醇、甲醇、乙醚、丙酮、甲苯、二氯甲烷等，該方法快速、高效且綠色環(huán)保，是一種極具研發(fā)價(jià)值的提取工藝技術(shù).

臭牡丹，異名大紅袍，臭八寶(《植物名實(shí)圖考》)，矮童子(《分類草藥性》)，大紅花(《貴州民藥集》)，臭風(fēng)草等，為馬鞭草科植物臭牡丹(ClerodendrumbungeiSteud)的全株，為常用的民族藥材，具有活血化瘀、消腫止痛、清熱利濕等功效[11]，民間將其用于治療糖尿病，臨床上已廣泛用于治療癰疽、疔瘡、乳腺炎、關(guān)節(jié)炎、濕疹、崩漏等疾病[12].其醫(yī)藥作用源于臭牡丹中含有豐富的黃酮類化合物，此類物質(zhì)具有抗炎、抗腫瘤、抗病毒、抗輻射、氧化、抗菌活性、抗骨質(zhì)疏松、預(yù)防心血管疾病、免疫調(diào)節(jié)等生物活性[13,14].為充分挖掘出臭牡丹這一寶貴野生植物資源的藥物治療和保健作用，本實(shí)驗(yàn)用溴化1-丁基-3-甲基咪唑溴([bmim]Br)離子液體水溶液為提取劑，以提取率為考察指標(biāo)，研究在微波輔助下提取臭牡丹中黃酮類化合物的最佳工藝條件，以期為臭牡丹黃酮類化合物的高效提取提供參考.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

1.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

G80023CSL-Q6型微波催化合成萃取儀(北京祥鵠科技發(fā)展有限公司生產(chǎn))；722型紫外-可見分光光度計(jì)(天津普瑞斯公司生產(chǎn))；FA2104N型電子分析天平(梅特勒-托利多上海儀器有限公司生產(chǎn))；SHZ-DⅢ型循環(huán)水式多用真空泵(鞏義英峪予華儀器廠生產(chǎn))；DZF-6020型真空干燥箱(鞏義予華儀器有限公司生產(chǎn))；FZl02型微型植物粉碎機(jī)(天津斯特儀表有限公司)等.

1.1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

牡丹，購于郴州市老百姓大藥房，置于烘箱中80 ℃ 烘干，粉碎、過60目篩后置于干燥器中備用；蘆丁對照品(中國藥品生生物制品檢定所提供，批號100080-200707)；N-甲基咪唑(分析純，臨海凱合化工廠生產(chǎn))；溴代正丁烷、乙酸乙酯、無水乙醇、氫氧化鈉、硝酸鋁、亞硝酸鈉(以上試劑均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn))；實(shí)驗(yàn)過程均采用二次蒸餾水.

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 溴化-1-丁基-3-甲基咪唑([bmim]Br)的合成[15,16]

在100 mL的圓底燒瓶中，加入13.12 g(約0.16 mol)的N-甲基咪唑，然后在超聲環(huán)境下用滴管將24.08 g (約0.176 mol)溴代正丁烷緩慢加入甲基咪唑中，加畢，將燒瓶放入微波爐反應(yīng)器中，接好冷凝回流裝置，微波功率選擇500 W，溫度80 ℃，間歇式加熱，加熱時(shí)間為每次30 s共 7次，每次停止加熱后，振蕩搖勻，使反應(yīng)物均勻分散在體系中.反應(yīng)結(jié)束后冷卻到室溫，得到淡黃色黏稠液體，得到的初產(chǎn)品用20 mL去離子水稀釋，將水溶液倒入60 mL分液漏斗中，用5 mL乙酸乙酯洗滌5次.放出下層水，70 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去水，剩余物質(zhì)在70 ℃下真空干燥8.0 h，得到淡黃色黏稠液體，密封放入冰箱中冷凍，即可得到溴化-1-丁基-3-甲基咪唑([bmim]Br)離子液體純品.

1.2.2 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

準(zhǔn)確稱取0.0150 g蘆丁，用30%乙醇溶解，并定容至100 mL的容量瓶中，得到質(zhì)量濃度為150 μg/mL的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)液.分別吸取標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、3.00 mL、4.00 mL分別置于10 mL容量瓶中，各加30%乙醇溶液至5.0 mL，再加入0.05 g/mL NaNO2溶液0.3 mL搖勻，放置6 min后，加入0.1 g/mL Al(NO3)3溶液0.3 mL，搖勻，放置6 min，加1.0 mol/L NaOH溶液2.0 mL，再用30%的乙醇定容至刻度，搖勻，靜置10 min.在510 nm波長下測定溶液的吸光度.以無水乙醇為空白對比，以蘆丁溶液質(zhì)量濃度C(μg/mL)為縱坐標(biāo)，以吸光度A為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到的回歸方程為C=117.69A-0.82，R2= 0.9972，蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液在0-60 μg/mL范圍內(nèi)呈良好線性關(guān)系.

1.2.3 臭牡丹黃酮類化合物的提取方法以及提取率的測定

準(zhǔn)確稱取0.5 g過篩后的臭牡丹樣品置于100 mL圓底燒瓶中，加入10 mL一定濃度的離子液體水溶液，調(diào)整好溶液的pH值，在不同條件下進(jìn)行微波輔助提取，提取液經(jīng)抽濾后用體積分?jǐn)?shù)為30%的乙醇溶液定容至一定體積，準(zhǔn)確吸取一定體積的提取液，加0.05 g/mL NaNO2溶液0.2 mL，搖勻后放置6 min，加0.1 g/mL Al(NO3)3溶液0.2 mL，搖勻后放置6 min，加1.0 mol/L NaOH溶液2.0 mL，再用30%的乙醇定容至10 mL，搖勻，放置15 min，510 nm波長處測定其吸光度，根據(jù)回歸方程由吸光度求出各處理液中黃酮類化合物的含量，并按照公式(1)計(jì)算出黃酮類化合物提取率.

提取率/(%)=[臭牡丹中黃酮類化合物的質(zhì)量/臭牡丹樣品的質(zhì)量] × 100

(1)

2 結(jié)果與討論

2.1 離子液體的濃度對提取率的影響

純的[bmim]Br離子液體為淡黃色粘稠液體，其水溶液的粘度會隨著濃度的減少而減少.離子液體的濃度過大，不但會增加成本，而且還會增加后續(xù)固液分離的難度，因此需要對離子液體的濃度進(jìn)行控制.實(shí)驗(yàn)過程中，固定料液比為1∶20，微波功率為500 W，pH值為7.0，提取溫度為70 ℃，提取時(shí)間為5.0 min，只改變離子液體水溶液的濃度，研究不同濃度對臭牡丹黃酮類化合物提取率的影響，結(jié)果如表1所示.

表1 離子液體濃度對黃酮類化合物提取率的影響Table 1 Effect of ionic liquid concentration on the extraction rate of flavonoid compound

由表1可見，當(dāng)離子液體濃度從0.2 mol/L逐漸增加到1.0 mol/L時(shí)，提取率明顯增加，當(dāng)離子液體濃度大于1.0 mol/L時(shí)，提取率基本保持不變，這說明繼續(xù)增大離子液體濃度，臭牡丹中黃酮類化合物的溶出量不再有較大提高，并且繼續(xù)增大提取液的濃度，溶液的粘度會明顯增大，后續(xù)分離困難.因此，從降低成本和便于操作出發(fā)，實(shí)驗(yàn)過程中控制離子液體水溶液濃度為1.0 mol/L是合適的.

2.2 料液比對提取率的影響

固體溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)不僅與溶質(zhì)和溶劑的種類、物質(zhì)狀態(tài)有關(guān)，還會受固體原料與提取液比例的影響，因此合適的料液比不僅能促進(jìn)固體溶質(zhì)的溶出，還能提高提取效率.實(shí)驗(yàn)采用濃度為1.0 mol/L的[bmim]Br水溶液為提取劑，微波功率為500 W，pH值為7.0，提取溫度為70 ℃，提取時(shí)間為5.0 min，只改變體系的料液比，研究料液比對臭牡丹黃酮類化合物提取率的影響，結(jié)果如表2所示.

表2 料液比對黃酮類化合物提取率的影響Table 2 Effect of ratios of material to solvent on the extraction rate of flavonoid compound

由表2可見，當(dāng)料液比從1∶10到1∶30時(shí)，提取液中提取率明顯增加.但當(dāng)料液比大于1∶30后，提取率變化不再明顯，甚至出現(xiàn)提取率下降明顯的現(xiàn)象，也即繼續(xù)增大提取液的用量，已無法提高提取率，同時(shí)還加大了提取液的消耗量，不利于后續(xù)溶液的回收，更不符合經(jīng)濟(jì)高效的要求，因此選擇料液比為1∶30是適宜的.

2.3 微波功率對提取效率的影響

微波加熱功率過低，溶液升溫緩慢，而功率過大溫度又難以控制，因此需控制好微波加熱功率.實(shí)驗(yàn)時(shí)固定離子液體水溶液的濃度為1.0 mol/L，料液比為1∶30，pH值為7.0，提取溫度為70 ℃，提取時(shí)間為5.0 min，只改變微波功率，研究不同微波功率對提取率的影響，結(jié)果如表3所示.

表3 微波功率對黃酮類化合物提取率的影響Table 3 Effect of microwave power on the extraction rate of flavonoid compound

由表3可見，當(dāng)微波功率較低時(shí)，如采用400 W以下的功率進(jìn)行加熱，提取液的溫度升高緩慢，加熱5 min后，提取液的溫度還很難以達(dá)到70 ℃，因此提取率不高；而當(dāng)微波功率較高時(shí)，如600 W和700 W，溫度又升高過快，以至于提取液的溫度難以控制，極短時(shí)間內(nèi)就會超過設(shè)定的70 ℃，另一方面，溫度過高也容易導(dǎo)致部分黃酮類化合物的水解，不利于提取率的提高，因此微波提取功率設(shè)置為500 W是科學(xué)合理的.

2.4 pH值對提取效果的影響

控制離子液體水溶液的濃度為1.0 mol/L，料液比為1∶30，微波功率500 W，提取溫度為70 ℃，提取時(shí)間為5.0 min，只改變提取溶液的pH值，研究不同pH值對提取率的影響，結(jié)果如表4所示.

表4 pH值對黃酮類化合物提取率的影響Table 4 Effect of pH on the extraction rate of flavonoid compound

由表4可知，隨著pH值的逐漸升高，提取率也逐漸增加，當(dāng)pH為8.0左右時(shí)提取效果最好.這可能是黃酮類化合物一般為酸性物質(zhì)，易溶于弱堿性溶液.但堿性過強(qiáng)，黃酮類化合物又會水解，因此，微波輔助提取過程中控制離子液體水溶液的pH為8.0左右是適宜的.

2.5 提取溫度對提取效果的影響

一般地，提取溫度高，分子運(yùn)動(dòng)劇烈，有利于溶質(zhì)的擴(kuò)散，但溫度過高不但消耗能源，而且對天然活性物質(zhì)的穩(wěn)定性也不利.因此需對提取溫度進(jìn)行篩選.實(shí)驗(yàn)時(shí)，選擇離子液體的濃度為1.0 mol/L，料液比為1∶30，微波功率500 W，pH值為8.0，提取時(shí)間為5 min，只改變微波提取的溫度，探索不同溫度下臭牡丹中黃酮類化合物提取率的變化，結(jié)果如表5所示.

表5 提取溫度對黃酮類化合物提取率的影響Table 5 Effect of microwave temperature on the extraction rate of flavonoid compound

由表5可見，當(dāng)溫度從室溫到70 ℃變化時(shí)，隨著提取溫度的升高，提取率明顯增大，而當(dāng)溫度達(dá)到70 ℃時(shí)，提取率達(dá)到最大，之后進(jìn)一步提高溫度，提取率反而開始下降.究其原因，可能是由于溫度過高時(shí)，部分黃酮類化合物分解，因此，最佳提取溫度可選擇為70 ℃.

2.6 提取時(shí)間對提取效果的影響

實(shí)驗(yàn)時(shí)，固定離子液體水溶液的濃度為1.0 mol/L，料液比為1∶30，微波功率為500 W，pH值為8.0，提取溫度為70 ℃，只改變提取時(shí)間，探索不同時(shí)間對臭牡丹中黃酮類化合物提取率的影響，結(jié)果如表6所示.

表6 提取時(shí)間對黃酮類化合物提取率的影響Table 6 Effect of microwave time on the extraction rate of flavonoid compound

由表6可見，在一定時(shí)間范圍內(nèi)，隨著時(shí)間的延長，提取率會逐漸提高；但當(dāng)提取時(shí)間超過8 min后，提取率下降十分明顯.這可能是因?yàn)槲⒉訜釙r(shí)有段升溫過程，在 1～6 min以內(nèi)，黃酮類化合物的溶出速度主要是受熱的控制，因此溫度升高時(shí)，黃酮類化合物的溶出速度也加快，但當(dāng)時(shí)間達(dá)到 6 min后，大部分細(xì)胞膜已被破壞，黃酮類化合物的溶出速度主要受擴(kuò)散影響，因此，進(jìn)一步延長提取時(shí)間，對提高提取率貢獻(xiàn)不大，而且微波照射時(shí)間太長，由于微波的強(qiáng)熱效應(yīng)，對黃酮類化合物有分解作用，也會導(dǎo)致了提取率下降.因此，提取時(shí)間最控制為6.0 min為佳.

2.7 離子液體與傳統(tǒng)溶劑乙醇對臭牡丹黃酮類化合物提取率的比較

根據(jù)本課題組前期的研究工作，采用70%乙醇水溶液為提取劑提取臭牡丹中黃酮類化合物也取得了較好的提取效果[16]，為與本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較，在各自最優(yōu)條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：采用離子液體[bmim]Br水溶液為提取劑，借助微波加熱手段提取臭牡丹中的黃酮類化合物，所得提取率比用70%乙醇溶液為提取劑要高，前者為4.318%，后者為3.353%，說明本實(shí)驗(yàn)采用的離子液體微波輔助提取臭牡丹中黃酮類化合物，其提取效率要優(yōu)于70%的乙醇水溶液，而且該方法環(huán)保、省時(shí)、高效，具有良好的工業(yè)化應(yīng)用前景.

3 結(jié) 語

以離子液體[bmim]Br水溶液為提取劑，微波輔助加熱條件下提取臭牡丹中的黃酮類化合物，得到的最佳工藝提取提條件為：離子液體[bmim]Br水溶液的濃度為1.0 mol/L，料液比為1∶30，微波功率為500 W，pH值為8.0，微波提取溫度為70 ℃，微波提取時(shí)間為6.0 min，在此條件下，臭牡丹中黃酮類化合物的提取率為4.318%.該方法具有綠色環(huán)保、節(jié)能省時(shí)、提取效率高等優(yōu)點(diǎn)，顯示出一定的工業(yè)化應(yīng)用前景和推廣價(jià)值.

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【責(zé)任編輯：徐明忠】

Study on ionic liquid-microwave assisted extraction for flavonoid compound inClerodendrumbungei

FENG Jinan,FENG Siyu, DENG Bin*

(Department of Chemistry and Life Science, Xiangnan University, Chenzhou 423000, China)

A microwave-assisted extraction method for flavonoid compound inClerodendrumbungei. with [bmim]Br solution as extracting agent were investigated. The solution concentration, solid-liquid ratio, microwave power, pH, extraction temperature and time were researched, respectively. The results showed that the optimal extraction conditions for flavonoid compound inClerodendrumbungei. were that the concentration of [bmim]Br solution was 1.0 mol/L, the solid-liquid ratio(g:mL) was 1∶30, pH was 8.0, the microwave power was 500 W, the extraction temperature was 70℃，and microwave extraction time was 6.0 min. Under these optimum conditions, the extraction efficiency of flavonoid compound inClerodendrumbungei. reached as high as 4.318%. Compared with traditional ethanol extraction method, the advantages of this proposed method were rapid, efficient, low-solvent consumption, environmentally-friendly, high-yield, and so on.

ionic liquid;Clerodendrumbungei.; flavonoid compound; microwave-assisted extraction.

2014-09-19

湖南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(12JJ3019); 湖南省科技廳計(jì)劃項(xiàng)目(2010GK3123); 湖南省教育廳重點(diǎn)科研基金資助項(xiàng)目(10All3);湘南學(xué)院2012年度大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目

馮紀(jì)南(1958-), 男, 湖南湘潭人, 湘南學(xué)院副教授, 主要從事天然產(chǎn)物有效成分分離、提取及應(yīng)用的研究.

鄧斌(1972-), 男, 湖南永州人, 湘南學(xué)院教授，理學(xué)博士,博士后, 主要從事納米催化、有機(jī)合成、天然產(chǎn)物有效成分分離提取的研究.

R284.255

A

1672-3600(2015)03-0051-05