表面活性劑輔助提取金毛狗脊總黃酮的工藝研究

韓 偉 蔣一帥 潘佳偉 閆 雨

（華東理工大學(xué)藥學(xué)院中藥現(xiàn)代化工程中心，上海200237）

0 引言

金毛狗脊（Cibotium Barometz）是蚌殼蕨科植物金毛狗的根莖，是我國(guó)的傳統(tǒng)中藥。臨床實(shí)驗(yàn)表明，狗脊有保肝益腎、抗氧化衰老[1]、活血利尿[2]及抑制血小板凝聚[3-4]等多種藥理活性作用，可以用來(lái)治療風(fēng)濕腰痛[5]、骨質(zhì)疏松[6]和小便異常等癥狀。現(xiàn)代藥理研究表明，狗脊中含有山奈素[7]、山奈酚[8]和金粉蕨素[8-9]等豐富的黃酮類化合物。

中藥提取是藥物有效成分傳遞至提取溶劑的過程。本文采用表面活性劑輔助、去離子水輔助提取金毛狗脊中的總黃酮，考察藥材粒徑、表面活性劑種類及濃度、料液比、提取時(shí)間、提取溫度等因素對(duì)提取得率的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要材料

金毛狗脊，產(chǎn)地安徽，上海雷允上藥品有限公司；蘆丁對(duì)照品，純度＞98%，中國(guó)藥品生物制品檢定所；十二烷基硫酸鈉，化學(xué)純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；NaNO2，分析純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；Al（NO3）3，分析純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；NaOH，分析純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司。

1.2 主要設(shè)備

JA31002型電子天平，上海天平儀器廠；紫外-可見分光光度計(jì)UV1900PC，上海亞研電子科技有限公司；數(shù)顯智能恒溫水浴鍋，功率300W，鞏義市英峪儀器廠。

1.3 提取方法

稱取金毛狗脊4.00 g置入三口燒瓶中，按實(shí)驗(yàn)設(shè)定的料液比加入去離子水，將水浴提取裝置升溫，到達(dá)設(shè)定溫度后放入攪拌子，并添加一定濃度的表面活性劑，進(jìn)行狗脊黃酮的提取。提取完畢后對(duì)料液進(jìn)行抽濾，濾液為狗脊黃酮提取液。

1.4 分析方法

根據(jù)《中國(guó)藥典》記載的方法[10]，本文以蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品為對(duì)照，采用NaNO2-Al（NO3）3-NaOH比色法測(cè)定溶液中黃酮類物質(zhì)的含量。選取500 nm作為檢測(cè)吸收波長(zhǎng)，以蘆丁為對(duì)照品建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為A=7.791C+0.032 41（相關(guān)系數(shù)r2=0.999）。

1.5 考察指標(biāo)

提取效果的考察指標(biāo)為黃酮得率，提取得率D的計(jì)算式如下：

式中D——黃酮提取得率，質(zhì)量百分比；

C——樣品中黃酮的濃度，mg/m L；

V——溶劑量，m L；

m——金毛狗脊的質(zhì)量，g；

n——溶液稀釋倍數(shù)；

1 000——單位換算，將mg換成g。

2 結(jié)果與分析

2.1 狗脊粒徑的考察

將研磨粉碎的狗脊藥材分別過20目、40目、60目篩，考察粒徑對(duì)提取效果的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 狗脊粒徑對(duì)黃酮提取得率的影響

從圖1可以看出，減小藥材粒徑有利于藥物有效成分的提取。藥材粒徑大小決定其比表面積，減小藥材粒徑會(huì)增大藥材與溶劑的相對(duì)接觸面積，對(duì)有效成分傳質(zhì)的溶解、內(nèi)擴(kuò)散、外擴(kuò)散都有積極的影響。從提取角度出發(fā)，藥材粒徑越小越有利。但是，小顆粒的藥材會(huì)使預(yù)處理工序成本提高，在連續(xù)化提取實(shí)驗(yàn)中，藥材顆粒過小還會(huì)堵塞管路，并使提取罐中的壓降加大。因此，這里藥材粒徑選用60目。

2.2 表面活性劑種類的考察

不同種類的表面活性劑，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)亦不同。圖2為對(duì)不同表面活性劑進(jìn)行考察的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖 2 表面活性劑種類對(duì)黃酮提取得率的影響

從圖2中可以看出，乙醇溶劑實(shí)驗(yàn)組的提取得率要優(yōu)于其他實(shí)驗(yàn)組。但是，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，使用乙醇會(huì)產(chǎn)生許多問題，如生產(chǎn)危險(xiǎn)系數(shù)大、成本高。因此，本文改用可以提高黃酮溶解度的表面活性劑進(jìn)行輔助提取。相比作為空白組的去離子水溶劑，加入司班60、吐溫20、吐溫60表面活性劑的溶劑，其提取得率基本沒有變化，說(shuō)明這3種表面活性劑對(duì)金毛狗脊提取體系的增溶作用不大。SDS和吐溫80增溶作用較好，得率分別提高了23.25%和21.62%。SDS提取得率最優(yōu)，并且是一種常用于醫(yī)藥、食品行業(yè)的安全添加劑。在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，選擇SDS為表面活性劑。

2.3 表面活性劑濃度的考察

本文考察了5組表面活性劑濃度以及1組空白水溶液組對(duì)得率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 SDS濃度對(duì)狗脊黃酮得率的影響

從圖3中可以看出，隨著SDS濃度的提高，得率呈上升趨勢(shì)。當(dāng)濃度達(dá)到3 g/L后，得率趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)楸砻婊钚詣┩ㄟ^形成膠束，以減小溶液的表面張力，促使水溶液滲透進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，溶解細(xì)胞內(nèi)的總黃酮，發(fā)揮潤(rùn)濕作用和增溶作用。但是，每種表面活性劑有其臨界膠束濃度（CMC），當(dāng)表面活性劑濃度達(dá)到CMC時(shí)，就開始大量形成膠束，此時(shí)降低表面張力的能力達(dá)到最大。因此，實(shí)驗(yàn)中以3 g/L的SDS濃度為宜。

2.4 提取時(shí)間的考察

提取時(shí)間對(duì)得率的影響如圖4所示。

圖4 提取時(shí)間對(duì)狗脊黃酮得率的影響

從圖4中可以看出，得率隨提取時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，但整體變化率不大。當(dāng)提取時(shí)間達(dá)到90m in后，得率基本保持穩(wěn)定，為3.140%左右。表明在90m in內(nèi)基本完成了狗脊藥材黃酮的質(zhì)量傳遞，90m in后黃酮含量和溶液主體黃酮含量基本相同，傳質(zhì)推動(dòng)力已變得很小，高溫下提取時(shí)間過長(zhǎng)還會(huì)導(dǎo)致黃酮的分解。為保證提取效率同時(shí)節(jié)省能源，時(shí)間控制在90～100m in為宜。

2.5 料液比的考察

提取過程的傳質(zhì)推動(dòng)力是藥材中的溶質(zhì)和溶液主體中溶質(zhì)的濃度差。實(shí)驗(yàn)中通過改變料液比，即狗脊顆粒質(zhì)量與溶劑用量的比例來(lái)改變提取過程的推動(dòng)力，分別選取1:15、1:20、1:25、1:30、1:35、1:40和1:45（g/m L）7組不同料液比實(shí)驗(yàn)組考察，結(jié)果如圖5所示。

圖5 料液比對(duì)狗脊黃酮得率的影響

從圖5中可以發(fā)現(xiàn)，隨著料液比增大，得率總體呈上升趨勢(shì)。當(dāng)藥材用量一定時(shí)，如果溶劑用量增大，則溶液中的黃酮濃度降低，固液兩相間濃度差增大，傳質(zhì)推動(dòng)力增加，有利于外擴(kuò)散。當(dāng)料液比達(dá)到1:25（g/m L）后，溶劑用量繼續(xù)增大，水浴裝置熱負(fù)荷增加，溶質(zhì)分子擴(kuò)散速率基本保持穩(wěn)定，外擴(kuò)散作用影響將減小，提取得率的提高變得不再顯著。這里選取料液比為1:25（g/m L）。

2.6 加熱溫度的考察

隨著提取溫度的提高，分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)速率加快，提升溫度有利于提高總黃酮的得率。但是，過高的溫度可能導(dǎo)致藥物成分受熱變性，對(duì)提取過程造成不利的影響。圖6為不同提取溫度下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖6 提取溫度對(duì)狗脊總黃酮得率的影響

從圖6中可以看出，隨著提取溫度的增加，得率不斷增大，并且在75～80℃之間，得率上升速度較快。當(dāng)加熱溫度達(dá)到80℃后，得率基本保持在3.25%，甚至還略有下降。這說(shuō)明部分黃酮在亞沸溫度下可能發(fā)生了分解。同時(shí)，過高的溫度還會(huì)增加能源的消耗。對(duì)連續(xù)化提取實(shí)驗(yàn)而言，高溫對(duì)循環(huán)提取裝置及分離裝置也不利，需要在這些操作單元對(duì)料液進(jìn)行局部冷卻。因此提取溫度選取為80℃。

2.7 最佳工藝條件的驗(yàn)證

綜合單因素實(shí)驗(yàn)，得到最優(yōu)工藝參數(shù)為：狗脊粒徑為60目、表面活性劑選取SDS、濃度3 g/L、料液比1:25、提取時(shí)間90m in、提取溫度80℃。在此條件下進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)，并與50%乙醇為溶劑的醇提進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1所示。

平行結(jié)果顯示，在優(yōu)化的工藝條件下，提取得率為3.281%，略低于傳統(tǒng)的乙醇提取法（得率為3.583%）。而在實(shí)際生產(chǎn)過程中，使用乙醇為溶劑會(huì)產(chǎn)生許多問題，如生產(chǎn)危險(xiǎn)系數(shù)大、成本高等。本文選取可以提高黃酮水溶性的表面活性劑進(jìn)行輔助提取，既能提高生產(chǎn)的安全性，又可以降低生產(chǎn)成本。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)表面活性劑輔助提取過程的工藝參數(shù)（藥材的粒徑、表面活性劑種類和濃度、料液比、提取時(shí)間、提取溫度等）進(jìn)行了考察，得到了優(yōu)化的工藝條件：狗脊粒徑取60目、選用SDS為表面活性劑、濃度3 g/L、料液比1:25、提取時(shí)間90min、提取溫度80℃，總黃酮的平均提取得率為3.281%。與乙醇提取法相比，其可大大降低危險(xiǎn)系數(shù)和生產(chǎn)成本。

表1 實(shí)驗(yàn)重復(fù)性驗(yàn)證結(jié)果

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