艾葉揮發油·總黃酮和鞣酸加壓協同萃取研究

李華生， 周振華， 駱 航， 李玉婷， 蔣 媛

(永州職業技術學院藥學系，湖南永州 425100)

?

艾葉揮發油·總黃酮和鞣酸加壓協同萃取研究

李華生， 周振華， 駱 航， 李玉婷， 蔣 媛

(永州職業技術學院藥學系，湖南永州 425100)

[目的]考察加壓協同萃取艾葉中揮發油、總黃酮和鞣酸的最佳工藝條件。[方法]采用加壓輔助溶劑萃取，從艾葉中同步提取揮發油、總黃酮和鞣酸，通過單因素試驗和正交試驗優化工藝條件。[結果]加壓對艾葉化學成分的提取率影響顯著；確定加壓溶劑萃取艾葉中揮發油、總黃酮和鞣酸的最佳工藝條件為溶劑濃度70%、固液比1∶30(g/mL)、萃取壓力0.9 MPa、萃取時間40 min、萃取溫度90 ℃，在此試驗條件下，揮發油、總黃酮和鞣酸的提取率分別為0.852%、4.660%、6.790%。[結論]與提取艾葉化學成分的其他方法相比，加壓溶劑萃取可實現艾葉中揮發油、總黃酮和鞣酸的同步提取。該工藝條件穩定，提取時間短，溶劑利用率高，艾葉中3種成分的提取效果較理想。

艾葉；加壓；協同萃取；提取率；工藝優化

艾葉化學成分的研究始于近代，已明確的化學成分有揮發油、黃酮類、多糖、三萜類、微量元素及鞣質等化合物[1]。艾葉揮發油、黃酮和鞣酸具有抗氧化、抗衰老、抗癌變、增強免疫力、降血脂和膽固醇、抗動脈硬化及保鮮抑菌等多種生理功能[2]，是醫藥、食品、保健品及日化用品等優質安全的基料或功能性添加劑[3-5]，應用前景廣闊。艾葉化學成分的提取方法主要有溶劑萃取法、超臨界流體萃取、水蒸氣蒸餾、微波和超聲波輔助萃取工藝，此外，半仿生提取技術、酶提取法及荷電提取法等[6]有少量文獻報道。在這些提取方法中，溶劑萃取法、超臨界流體萃取、水蒸氣蒸餾側重于艾葉揮發油的提取。采用超臨界CO2流體萃取法與水蒸氣蒸餾法提取艾葉揮發油時，2種方法提取的揮發油組分與含量相差較大，前者主要提取出極性較低的組分，小分子量的成分相對較多[7]。而微波、超聲波輔助萃取主要側重于艾葉總黃酮和鞣酸的提取。

加壓溶劑法提取是近些年在國內外應用較多的一種提取技術，采用常規溶劑對固體或半固體樣品進行萃取的樣品前處理技術。原理是在封閉容器內，通過高溫高壓升高提取溶劑的沸點，并保持提取溶劑仍保持液體狀態，避免了提取溶劑的揮發，從而提高了提取速率。加壓溶劑萃取法與其他提取技術相比，具有自動化程度高、萃取時間短、萃取溶劑用量少、萃取過程密閉、對人體危害小、環境勿擾少等優點[8-9]，目前在食品、藥品領域等應用較廣。該研究嘗試應用加壓溶劑萃取技術，同步提取艾葉中揮發油、黃酮和鞣酸3種主要活性成分，對加壓溶劑萃取的一些影響因素進行考察，確定加壓溶劑萃取艾葉中3種活性成分的優化工藝，并進行工藝穩定性驗證試驗。

1　材料與方法

1.1試材艾葉樣品，產自湖南永州，永州職業技術學院藥學系孫興力副教授(生藥學)對品種進行鑒定和確認，艾葉經粉碎機充分粉碎成艾絨備用。

1.2儀器和試劑GSH高溫高壓反應釜(威海朝陽化工機械有限公司)，FWl77型中草藥粉碎機(天津市泰斯特儀器有限公司)，臺式離心機(上海安亭科學儀器廠)，UV2400紫外可見分光光度計(上海舜宇恒平科學儀器有限公司)，DZL-5分子蒸餾裝置(上海德大天壹化工設備有限公司)，RE-201D-2L旋轉蒸發儀(上海達豐玻璃儀器廠)。蘆丁對照品(中國藥品生物制品檢定所)，0.02 mol/L Zn2+標準溶液，0.02 mol/L EDTA標準溶液。

1.3方法

1.3.1提取工藝流程。艾葉中揮發油、總黃酮和鞣酸的提取工藝流程見圖1。通過加壓溶劑提取艾葉中活性成分，得到提取混合液。混合液經分子蒸餾分離提取，冷藏析出得到揮發油；蒸餾后的殘渣采用90%乙醇熱溶液溶解，過濾，收集濾液，采用微濾超濾膜對濾液分離和提純，分別得到粗總黃酮和鞣酸。

圖1　艾葉揮發油、總黃酮和鞣酸的提取工藝流程Fig. 1　Extraction technology of volatile oil, total flavonoids and tannic acid from A. argyi

1.3.2單因素試驗。

1.3.2.1提取溶劑濃度的考察。稱取艾葉試驗材料50.0 g，置于加壓溶劑提取裝置內，分別加入50%、60%、70%、80%、90%乙醇各1 500 mL，在萃取溫度90 ℃、萃取壓力0.9 MPa的條件下，提取40 min后取出，考察不同提取溶劑濃度對加壓同步提取艾葉揮發油、總黃酮和鞣酸的影響。每一種溶劑濃度平行試驗3次。

1.3.2.2提取固液比的考察。稱取艾葉試驗材料50.0 g，置于加壓溶劑提取裝置內，分別在固液比為1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50(g/mL)時加入70%乙醇，在萃取溫度90 ℃、萃取壓力0.9 MPa的條件下，提取40 min后取出，考察不同提取固液比對加壓同步提取艾葉揮發油、總黃酮和鞣酸的影響。不同條件下平行試驗3次。

1.3.2.3萃取溫度的考察。稱取艾葉試驗材料50.0 g，置于加壓溶劑提取裝置內，分別設定萃取溫度為60、75、90、105、120 ℃時，按固液比為1∶30加入70%乙醇1 500 mL，萃取壓力為0.9 MPa的條件下，提取40 min后取出，考察不同萃取溫度對加壓同步提取艾葉揮發油、總黃酮和鞣酸的影響。不同條件下平行試驗3次。

1.3.2.4萃取時間的考察。稱取艾葉試驗材料50.0 g，置于加壓溶劑提取裝置內，固液比為1∶30時加入70%乙醇1 500 mL，在萃取溫度90 ℃、萃取壓力0.9 MPa的條件下，分別提取20、30、40、50、60 min后取出，考察不同萃取時間對加壓同步提取艾葉揮發油、總黃酮和鞣酸的影響。不同條件下平行試驗3次。

1.3.2.5萃取壓力的考察。稱取艾葉試驗材料50.0 g，置于加壓溶劑提取裝置內，在固液比為1∶30時加入70%乙醇1 500 mL，在萃取溫度為90 ℃，萃取壓力分別為0.1、0.5、0.9、1.3、1.7 MPa的條件下，提取40 min后取出，考察不同萃取壓力對加壓同步提取艾葉揮發油、總黃酮和鞣酸的影響。不同條件下平行試驗3次。

1.3.3正交試驗。在單因素分析的基礎上，選用L18(37)正交表進行正交試驗(表1)，以揮發油、總黃酮和鞣酸的提取率作為評價指標，由正交試驗確定各因素的影響程度和試驗范圍內的較優條件。

表1　正交試驗因素水平

1.3.4樣品含量測定。艾葉揮發油的測定采用文獻[10]的方法，艾葉中總黃酮含量的測定采用文獻[11]的方法，鞣酸的檢測參照文獻[12]進行。各提取成分的提取率按下式計算：提取率=(提取成分的質量/艾葉干末質量)×100%。

2　結果與分析

2.1單因素試驗

2.1.1提取溶劑濃度的考察。由圖2可知，隨著含醇量的增加，揮發油、總黃酮和鞣酸的提取率呈先升后降趨勢，總黃酮的提取率在60%乙醇中最高，而揮發油和鞣酸在60%～70%乙醇中的提取率較高。根據“相似相溶”原理，溶劑的極性與目標化合物相近，目標化合物會更容易萃取出來。綜合來看，溶劑濃度為65%時較合適。

圖2　提取溶劑濃度對揮發油、總黃酮和鞣酸提取率的影響Fig. 2　Effects of solvent concentration on extraction rates of volatile oil, total flavonoids and tannic acid

2.1.2提取固液比的考察。由圖3可知，固液比對總黃酮提取率影響不大，而對揮發油和鞣酸的提取率影響顯著。隨著固液比的增大，活性成分提取率呈先升后降的趨勢，揮發油、總黃酮和鞣酸分別在固液比為1∶30、1∶20和1∶40時達到最佳。當提取固液比增大到某個值時，提取有效成分的溶劑體積變大，活性成分提取率變化不大，反而給溶劑回收帶來麻煩，造成浪費。綜合考慮，選擇較佳的固液比為1∶30。

圖3　固液比對揮發油、總黃酮和鞣酸提取率的影響Fig. 3　Effects of solid-liquid ratio on extraction rates of volatile oil, total flavonoids and tannic acid

2.1.3萃取溫度的考察。由圖4可知，當萃取溫度在90 ℃以下時，隨著溫度的升高，揮發油、總黃酮和鞣酸的提取率呈較快的上升趨勢。這是因為隨著溫度的升高，分子間動能增加，促進分子運動與物質交換，同時還可降低溶劑的黏度和表面張力，提高溶劑的滲透性和浸潤能力；溫度升高可以降低溶劑的介電常數，溶劑極性變小，增加溶劑對活性成分的溶解性，從而提高這3種成分的提取率。但當萃取溫度超過100 ℃后，3種成分的提取率變化不大，還略呈下降趨勢。這是因為溫度過高，艾葉活性成分出現部分分解狀況，使提取率下降。綜合考慮，加壓溶劑提取艾葉活性成分的萃取溫度選取100 ℃為宜。

圖4　萃取溫度對揮發油、總黃酮和鞣酸提取率的影響Fig. 4　Effects of extraction temperature on extraction rates of volatile oil, total flavonoids and tannic acid

2.1.4萃取時間的考察。由圖5可知，在20～40 min萃取時間內，隨著提取時間的延長，揮發油、總黃酮和鞣酸的提取率逐漸提高；40 min以后隨著時間的延長，3種成分的提取率基本不變，還略呈下降趨勢。提取開始階段隨時間的延長，溶劑浸入物料的量逐漸增多，3種成分的萃取率也相應增大。隨著提取時間延長，一方面長時間處于高溫高壓狀態，會使艾葉有效成分出現分解，同時其他雜質也會被溶出，影響揮發油、總黃酮和鞣酸的提取率。因此，該試驗選取加壓溶劑提取時間為40 min。

圖5　萃取時間對揮發油、總黃酮和鞣酸提取率的影響Fig. 5　Effects of extraction time on extraction rates of volatile oil, total flavonoids and tannic acid

2.1.5萃取壓力的考察。由圖6可知，萃取壓力對艾葉活性成分的提取率影響顯著。當壓力在0.9 MPa以下時，隨著壓力的升高，3種成分的提取率呈快速上升趨勢；總黃酮提取率高于0.9 MPa后，提取率的變化幅度緩慢，略有下降。一方面，加壓使溶劑在沸點溫度下仍能保持液體狀態，改變溶劑的溶解性和選擇性；另一方面通過增大提取體系的壓力，可使艾葉內部的某些細胞壁被破壞，有利于溶劑的擴散，加速艾葉的浸潤過程，毛細孔內可以迅速充滿液體溶劑，提高揮發油、總黃酮和鞣酸的浸出速度，從而提取率明顯升高。但當萃取壓力增大到一定值時，過高的壓力也會使艾葉緊密壓縮在一起，影響溶劑的滲透浸潤作用，導致提取率略有下降。綜合考慮，該試驗選取萃取壓力為0.9 MPa。

圖6　萃取壓力對揮發油、總黃酮和鞣酸提取率的影響Fig. 6　Effects of extraction pressure on extraction rates of volatile oil, total flavonoids and tannic acid

2.2正交試驗由正交試驗數據直觀分析(表2)可得，影響艾葉揮發油提取率的主次順序依次為萃取壓力、固液比、萃取溫度、溶劑濃度、萃取時間，提取揮發油以A2B2C1D2(D3)E2組合最佳；影響艾葉總黃酮提取率的主次順序依次為萃取壓力、固液比、萃取時間、溶劑濃度、萃取溫度，提取總黃酮以A2B2C2D2E2組合最佳；影響艾葉鞣酸提取率的主次順序依次為萃取壓力、固液比、溶劑濃度、萃取溫度、萃取時間，提取鞣酸以A2B2C2D3E2組合最佳；影響3種成分總提取率的主次順序依次為萃取壓力、固液比、溶劑濃度、萃取溫度、萃取時間，總提取率以A2B2C2D2E2組合最佳。方差分析發現，萃取壓力對艾葉揮發油、總黃酮和鞣酸的總提取率影響顯著。

從4種最佳組合來看，溶劑濃度、固液比和萃取壓力相同，即乙醇濃度為70%，固液比為1∶30，萃取壓力為0.9 MPa。對于萃取溫度和時間，因二者對3種成分的提取率影響不顯著，結合總黃酮、總提取率以及成本方面進行考慮，萃取溫度確定為90 ℃較為合適，萃取時間以40 min為宜。從正交試驗的結果來看，基本上與單因素的分析一致，綜合單因素的試驗結果考慮，艾葉揮發油、總黃酮和鞣酸的最佳提取條件為溶劑濃度70%、固液比1∶30、萃取溫度90 ℃、萃取時間40 min、萃取壓力0.9 MPa。

2.3驗證性試驗為驗證加壓提取工藝的穩定性，在正交試驗得到的最佳工藝條件下，對艾葉平行加壓萃取3次，發現揮發油、總黃酮和鞣酸的提取率分別為0.852%、4.660%、6.790%，表明加壓同步提取艾葉揮發油、總黃酮和鞣酸的工藝具有較好的穩定性，平行提取3次，3種成分的提取率相對平均偏差均小于1%。

表2　正交試驗結果

3　結論

該研究通過單因素試驗和正交試驗，對加壓溶劑萃取艾葉揮發油、總黃酮和鞣酸進行了影響因素的研究。結果表明，加壓對艾葉化學成分的提取率影響顯著；確定加壓溶劑萃取艾葉中揮發油、總黃酮和鞣酸的最佳工藝條件為溶劑濃度70%、固液比1∶30、萃取壓力0.9 MPa、萃取時間40 min、萃取溫度90 ℃。在此試驗條件下，揮發油、總黃酮和鞣酸的提取率分別為0.852%、4.660%、6.790%。由此可見，加壓同步提取艾葉揮發油、總黃酮和鞣酸的工藝是可行的。相比其他提取方法，萃取時間短，可保證萃取物熱降解減少；溶劑用量少，同步萃取效率高，顯著降低了單個樣品的提取成本。

[1] 王惠君,王文泉,盧誠,等.艾葉研究進展概述[J].江蘇農業科學,2015,43(8):15-19,44.

[2] 胡林峰,崔乘幸,吳玉博,等.艾蒿化學成分及其生物活性研究進展[J].河南科技學院學報,2010,38(4):75-78.

[3] 程紅黨.傳統發酵面制品中腐敗微生物及其天然抑菌劑研究[D].保定:河北農業大學,2014:11.

[4] 喬俊巍,胡亞麗.艾葉制劑開發及其利用[J].中國醫學,2013,12(1):100.

[5] 張鵬,謝培鎮,楊卓鴻,等.艾葉油作為天然抗菌劑的研究進展[J].廣東化工,2015(8):29-32.

[6] 孫玉亮,池建淮,萬毅,等.艾葉揮發油提取工藝的研究進展[J].淮海醫藥，2012,30(4):374-375.

[7] 石琳,陽元娥,姚勇芳.不同提取方法對艾葉揮發油成分的影響[J].安徽農業科學, 2011,39(35):21641-21643.

[8] 尹立影.加壓溶劑法提取紅三葉草異黃酮及其單體分離研究[D].哈爾濱:東北農業大學,2013:5.

[9] 楊磊,李彤,張琳,等.加壓溶劑法提取雷公藤甲素及其條件優化[J].化工進展,2010,29(2):323-327.

[10] 趙志鴻,袁耿楠,黃勇勇.艾葉揮發油提取工藝的優化[J].中國醫藥導報,2014,11(35):66-69.

[11] 段蓉.艾葉化學成分的提取、分離與含量測定研究[D].天津:天津醫科大學,2011:6.

[12] 易筠.蘄艾鞣酸的提取分離、藥理研究和結構鑒定[D].武漢:中南民族大學,2011:15.

Pressurized Synchronously Extraction of Volatile Oil, Total Flavonoids and Tannic Acid fromArtemisiaargyi

LI Hua-sheng, ZHOU Zhen-hua, LUO Hang et al

(Department of Pharmacy,Yongzhou Vocational Technical College, Yongzhou, Hunan 425100)

[Objective] To investigate the optimal technological condition for pressurized synchronously extraction of volatile oil, total flavonoids and tannic acid fromArtemisiaargyi. [Method] By using pressurized extraction, the volatile oil, total flavonoids and tannic acid were extracted synchronously fromA.argyi. The extraction technology was optimized by single factor test and orthogonal test. [Result] Pressurization had significant effects on the extraction rate of chemical composition inA.argyi. The optimal extraction technology for volatile oil, total flavonoids and tannic acid from Artemisia argyi was as follows: 70% ethanol concentration, 1∶30 (g/mL) solid-liquid ratio, 40 min extraction time, 90 ℃ extraction temperature, and 1.0 MPa extraction pressure. Under these conditions, the extraction rate of volatile oil, total flavonoids and tannic acid were 0.852%, 4.66% and 6.79%, respectively. [Conclusion] Compared with other extraction methods of chemical components fromA.argyi, pressurized extraction can realize simultaneously extraction of volatile oil, total flavonoids and tannic acid fromA.argyi. This technological condition is stable, the extraction time is short and solvent utilization is high. Extraction effects of the three components inA.argyileaves were relatively ideal.

Artemisiaargyi; Pressurization; Synchronously extraction; Extraction rate; Technology optimization

永州市2015年度第二批指導性科技計劃項目[永科發(2015)10號]。

李華生(1972- )，男，湖南祁東人，講師，碩士，從事天然藥用植物化學成分的提取、分離和分析。

2016-06-12

S 567；R 284.2

A

0517-6611(2016)21-091-04