山藥皮提取物中功效成分的分離純化研究

張森旺，徐建國，顧 震，徐 剛

（江西省科學院食品工程創新中心，江西南昌 330096）

山藥皮提取物中功效成分的分離純化研究

張森旺，徐建國，顧 震，徐 剛

（江西省科學院食品工程創新中心，江西南昌 330096）

采用重結晶和柱分離法對山藥皮提取物中功效成分尿囊素和皂苷進行同步分離試驗，研究結果表明，選用AB-8型大孔樹脂為皂苷的吸附樹脂，吸附流速2 mL/min；吸附完成后用70%的乙醇進行洗脫，其洗脫率可達90%；收集洗脫液并對其進行真空濃縮后，再進行真空干燥，得淡黃色的皂苷產品，經法定機構檢測，其純度為71.5%，得率為0.17%；將含尿囊素的濃縮液進行結晶，溫度為0～4℃，時間為24 h。所得晶體再以水作為溶劑，在料液比為1∶3的情況下重結晶2次，干燥后得到純度為85.8%的尿囊素產品，得率為0.25%。

山藥皮提取物；功效成分；分離純化

0 引言

山藥，種名薯蕷（Dioscorea opposita），又名懷山藥、淮山藥、土薯、山薯、玉延，氣味（根）甘、溫、平、無毒［1］。《本草綱目》記載，薯蕷由于唐代宗叫李豫，為避諱而改為薯藥，又因為宋英宗叫趙曙，為避諱而改為山藥。

瑞昌山藥素有“江南人參”的美稱，據明隆慶年間《瑞昌縣志》的記載，山藥已是瑞昌重要物產和藥材之一，距今已有500年以上的栽培歷史，其塊莖富含氨基酸、淀粉、維生素、蛋白質和糖等多種營養成分，具有較強的健脾、養肺、益腎等功效，可作為藥、菜兩用的上等佳品。瑞昌山藥久煮不糊，風味獨特，具有較好的適用性、豐產性以及耐貯性。尿囊素（Allantoin），又稱1-脲基間二氮雜茂烷二酮-［2，4］或5-脲素乙內酰脲，是一種無味無嗅的白色結晶固體，熔點228～235℃，不溶于冷水、氯仿、乙醚及乙醇，可溶于熱水以及丙三醇，其飽和水溶液為弱酸性，pH值為6［2］。其在輕化工行業，尤其是化妝品行業是一種優質的添加劑；在農業生產上，可作為植物生長添加劑，能夠促進細胞組織的生長，加速傷口之愈合，對多種皮膚疾病具有較好的療效。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

山藥皮提取液，由江西省科學院食品工程中心提供。

大孔樹脂，型號為H103，HPD-400，NKA-Ⅱ，D141，X-5，D301，AB-8，上海勁凱樹脂有限公司產品。

NaOH，HCl，乙醇等化學試劑均為分析純。

1.2 試驗方法

1.2.1 分離純化工藝①②

山藥皮提取液→上柱→低濃度洗脫→高濃度洗脫→洗脫液→回收溶劑→真空干燥→皂苷產品

①泄漏液 →合并→真空濃縮→多效重結晶→②洗脫液

真空干燥→尿囊素產品。

1.2.2 樹脂的預處理方法

用去離子水分別對溶脹后的各種樹脂進行浮選，之后用質量濃度為1 mol/L氫氧化鈉溶液浸泡4 h，以去離子水洗至中性，再用濃度為0.5 mol/L的鹽酸浸泡24 h，用去離子水洗至中性。最末，以70%乙醇浸泡24 h，浸泡過程中不斷攪拌，再用去離子水進行清洗，直至無白色渾濁、無醇味，最后以去離子水浸泡、備用。

1.2.3 樹脂靜態吸附性能比較方法

選用H103，HPD-400，NKA-Ⅱ，D141，X-5，D301，AB-8，測定這7種樹脂的靜態吸附量、吸附率，然后進行篩選。稱取經過預處理的樹脂5 g，裝進200 mL的磨口三角瓶中，準確加入適當量的吸附原液，擰緊瓶塞，在25±0.5℃的恒溫水浴搖床上振搖24 h。經充分吸附后過濾，然后測定吸附液中皂苷的含量，吸附量A（mg/g）和吸附率M（%）的計算公式如下［3］：A，M=

式中：T0——原液中的皂苷質量濃度，mg/mL；

Te——吸附液中的皂苷質量濃度，mg/mL；

L——吸附液的體積，mL；

W——樹脂的質量，g。

1.2.4 不同吸附流速對泄漏率的影響

經過處理的樹脂裝柱，吸附柱直徑為2 cm× 50 cm，樹脂裝填高度為40 cm，然后取待處理液上柱吸附，將吸附流速控制在合適范圍，并收集好流出液。比較吸附流速為1，2，3，4，5 mL/min對泄漏率的影響，按照以下式子計算泄漏率：泄漏率=×100%.

1.2.5 不同體積分數洗脫劑對目標物質洗脫效果的影響

丙酮、乙醇、甲醇等均可作為皂苷的洗脫劑，但是在工業生產實際中，由于丙酮、甲醇對人體有較大的毒性，并且由于其揮發性太強，難以回收利用；而乙醇由于其對人體的毒性較小，回收利用比較方便，因而工業生產中多被使用。

取適量樹脂裝柱，加入一定量吸附原液進行吸附，吸附完全后依次采用10%，30%，50%，70%， 90%乙醇進行洗脫，分別收集洗脫液，測定洗脫液中皂苷濃度，按下式計算皂苷的回收率：回收率=×100%.

2 結果分析

2.1 皂苷的分離與純化

2.1.1 樹脂靜態吸附的性能比較

各種樹脂對皂苷和尿囊素的吸附量（t=24 h）見表1。

表1 各種樹脂對皂苷和尿囊素的吸附量（t=24 h）

由表1可知，吸附皂苷效果較好樹脂有的D141及AB-8系列，但是D141對尿囊素的吸附效果也較好，而AB-8對尿囊素的吸附效果較差。因此，選擇AB-8型樹脂對皂苷和尿囊素能較好地分離。所以，選用AB-8型樹脂進行吸附。

2.1.2 不同吸附流速下吸附效果的變化

溶質向樹脂表面的擴散效果受到吸附流速的影響，而其擴散效果影響吸附效果。若待處理液流速太快，大部分溶質分子將直接穿過吸附柱，不能及時地擴散到樹脂顆粒表面，由此會造成樣品的損失。

不同吸附流速下吸附效果的變化見圖1。

圖1 不同吸附流速下吸附效果的變化

由圖1可知，當吸附流速分別為1，2，3，4，5 mL/min時，與之對應的皂苷泄漏率分別為4.57%，6.56%，12.65%，21.36%，28.53%。試驗結果說明，待吸附流速越大，導致皂苷的泄漏就越嚴重；相反，過慢的吸附流速則會拉長生產周期，導致生產成本上升。綜合考慮試驗結果，吸附流速應控制在2 mL/min比較合適。

2.1.3 不同體積分數的洗脫劑對樣品回收率的影響

洗脫劑體積分數對樣品回收率的影響見圖2。

由圖2可知，當乙醇體積分數分別為10%，30%，50%，70%，90%時，皂苷的回收率分別為15.47%，44.38%，78.84%，89.53%，91.02%，由此可以反映出，樣品回收率是隨著洗脫劑體積分數的升高而升高的，然而當洗脫劑的體積分數在超過70%以后，皂苷已基本洗脫完全，體積分數再增大對回收率影響不大。考慮到生產實際，70%的乙醇是比較合適的洗脫劑。

圖2 洗脫劑體積分數對樣品回收率的影響

2.1.4 皂苷產品的獲得

收集洗脫液并對其進行真空濃縮后，再進行真空干燥，得到淡黃色的皂苷產品，經法定機構檢測，其純度為71.5%，得率為0.17%。

2.2 重結晶純化尿囊素的工藝參數研究

尿囊素在水中的結晶體為單棱柱體或無色結晶性粉末，在熱水、稀氫氧化鈉以及熱醇中具有較好的溶解性，在冷水、乙酸乙酯、氯仿等試劑中難溶。根據尿囊素的能溶于熱水而難溶于冷水的特性，采用重結晶技術對尿囊素進行純化，以得到純度較高的產品［4］。

2.2.1 溶劑的選擇

選擇溶劑的方法包括容積的沸點、揮發性以及毒性等不同的物理和化學特性。把準備好的晶體樣品放入試管中，分別加入甲醇、乙醇、水、乙酸乙酯、丙酮、乙醚等溶劑，一邊加熱一邊振搖，并觀察加熱以及冷卻過程中樣品溶解情況。當溶劑沸騰后，樣品不溶解，緩慢地滴入溶劑，并繼續加熱，在此過程中樣品仍然不溶解，則說明此溶劑對這個樣品不適用。若樣品溶解于沸騰溶劑中，慢慢冷卻溶液，同時觀察樣品晶體的析出情況。

不同溶劑中尿囊素的溶解性見表2。

表2 不同溶劑中尿囊素的溶解性

由表2可知，相同的條件下，尿囊素在乙酸乙酯、乙醚中幾乎不能溶解，在水中加熱能迅速溶解，在甲醇、乙醇、丙酮等極性溶劑中溶解度很大。從晶體數量來看，在水中收獲晶體最多，甲醇、乙醇、丙酮能獲得部分晶體。所以，水是尿囊素重結晶的最佳溶劑，且其來源簡單、價格低廉，適合于大工業生產。

2.2.2 溶劑用量對結晶純度和得率的影響

根據上述試驗選定溶劑，需對溶劑的合適用量做試驗。取結晶體分別按一定比例加入溶劑混合均勻后，進行重結晶，當料液比分別為1∶1，1∶2，1∶3，1∶4，1∶5時，分別對尿囊素一次重結晶體的純度和得率進行測定。

料液比對結晶體純度與得率的影響見圖3。

圖3 料液比對結晶體純度與得率的影響

由圖3可知，隨著溶劑用量的增加，尿囊素的純度呈逐漸上升的趨勢，并在1∶3時基本達到平衡；尿囊素的得率則先增后減，于1∶3時達到峰值。這是因為隨著料液比的增加，尿囊素和雜質逐漸溶于溶劑中，結晶體純度與得率是尿囊素和雜質在溶劑中隨溫度變化溶解及析出二者的協同效應。試驗證明，料液比取1∶3較為適宜。將重結晶產物進行干燥后，經法定檢測機構檢測其純度為85.8%，得率為0.25%。

3 結論

試驗結果表明，皂苷的吸附樹脂為AB-8型大孔樹脂，吸附流速2 mL/min；使用70%的乙醇作為洗脫劑，產品洗脫率在90%以上。

收集洗脫液并對其進行真空濃縮后，再進行真空干燥，得到淡黃色的皂苷產品，經法定機構檢測，其純度為71.5%，得率為0.17%。

使用大孔樹脂對山藥皮提取液進行有效成分的分離提取，對皂苷具有較好的選擇性，洗脫效果也較好，且易再生、成本低，適合工業化生產。

將含尿囊素的濃縮液進行結晶，溫度為0～4℃，時間為24 h。所得晶體再以水作為溶劑，在料液比為1∶3的情況下重結晶2次，干燥后得到純度為85.8%的尿囊素產品，得率為0.25%。

［1］鄭晗，龔千鋒，張的鳳.山藥 ［J］.食品與藥品，2007，11（9）：74-76.

［2］章茹，萬義玲.尿囊素的性質和作用 ［J］.南昌大學學報，1997，19（2）：81-85.

［3］朱翠萍，劉國慶，羅敏，等.大孔吸附樹脂對大豆皂苷的吸附研究 ［J］.離子交換與吸附，2003，19（4）：318-323.

［4］劉亞強.尿囊素的提純 ［J］.日用化工工業，1998（6）：57-58.◇

由表4可知，隨著超微粉碎時間的延長，與番薯粗粉相比，番薯微粉的持水力和持油力均呈逐漸降低的趨勢。隨著樣品粒徑減小，樣品內部的多孔網狀結構破壞，膳食纖維結構受到破壞，長鏈斷裂，其中的可溶性成分溶出，對水和油的滯留能力均降低。番薯微粉的粒徑減小，細胞被破碎時粉中的水溶性成分更易溶出，對水分的束縛和吸附能力降低，與番薯粗粉相比，吸濕性和溶脹度均降低。另外，隨著粒徑的細化，番薯微粉粉體與水的接觸面積相應增加，有利于水溶性成分充分溶解，番薯微粉溶解性高于番薯粗粉。

3 結論

（1）番薯粗粉經過超微粉碎處理5 min后，平均粒徑減小到28.58±2.84 μm，達到超微粉級別。隨著超微粉碎時間的延長，番薯微粉的平均粒徑進一步減小，比表面積增大，離散度減小，微粉顆粒大小更均勻，亮度更大，顏色更均勻。

（2）與番薯粗粉相比，番薯微粉的休止角和滑角均增大，粉體流動性減弱。番薯微粉堆積更為膨松，松裝密度和振實密度均小于粗粉。

（3）隨著超微粉碎時間的延長，番薯微粉的持水力、持油力、吸濕性和溶脹度逐漸降低，溶解性增加。超微粉碎處理可以顯著改善番薯全粉的顆粒均勻性、顏色均勻性、溶解性等物化特性。

參考文獻：

［1］伍軍.紅薯營養保健價值及綜合利用 ［J］.糧食與油脂，2004（1）：18-19.

［2］曾斌，李青峰，張力，等.多功能水果紅薯的綜合利用研究進展 ［J］.湖南農業科學，2013（23）：101-103.

［3］陳海軍，周桃英.紅安紅薯粉加工工藝參數的確定 ［J］.食品研究與開發，2015，36（2）：85-88.

［4］唐仁勇，郭秀蘭，王燕，等.真空干燥制備熟化紅薯全粉的研究 ［J］.食品科技，2013，38（6）：94-97.

［5］Martinz Bustos F，Lopez Soto M，SanMartin Martinez E，et al.Effects of high energy milling on some functional properties of Jicama starch and cassava starch［J］.Journal of Food Engineering，2007，78（4）：1 212-1 220.

［6］Zhao X Y，Yang A B，Gai G S，et al.Effect of superfine grinding on properties of ginger powder［J］.Journal of Food Engineering，2009，91（2）：217-222.

［7］Liu T Y，Ma Y，Yu S F，et al.The effect of ballmilling treatment on structure and porosity of maize starch granule［J］.Innovative Food&Emerging Technologies，2011，12（4）：586-593.

［8］高帥.超微粉碎技術在食品工業中的應用和發展前景 ［J］.廣州化工，2014，42（11）：35-37.

［9］郭武漢，關二旗，卞科.超微粉碎技術應用研究進展 ［J］.糧食與飼料工業，2015（5）：38-40.

［10］中國機械工業聯合會.GB/T 20316.2—2006普通磨料堆積密度的測定第2部分：微粉 ［S］.北京：中國標準出版社，2006.

［11］國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T 21354—2008振實密度測量通用方法 ［S］.北京：中國標準出版社，2008.

［12］李狀，朱德明，李積華，等.振動超微粉碎對毛竹筍干物化特性的影響 ［J］.農業工程學報，2014，30（3）：259-263.

［13］畢金峰，陳瑞娟，陳芹芹，等.不同干燥方式對胡蘿卜微粉品質的影響 ［J］.中國食品學報，2015，15（1）：135-141.

［14］王萍，陳芹芹，畢金峰，等.超微粉碎對菠蘿蜜超微全粉品質的影響 ［J］.食品工業科技，2015，36（1）：144-148.

［15］郭婷，孫寶國，汪麗萍，等.微粉化對豌豆粉理化性質的影響 ［J］.食品工業科技，2014，35（3）：67-70，75.

［16］范明月，吳昊，張宏斌，等.超微南瓜粉物化特性及抗氧化活性的研究 ［J］.中國食品學報，2014，14（2）：67-71.◇

Study on Separation and Purification of Functional Components in Chinese Yam Peel Extract

ZHANG Senwang，XU Jianguo，GU Zhen，XU Gang
（Food Engineering Enter，Jiangxi Academy of Sciences，Nanchang，Jiangxi 330096，China）

Using the recrystallization and column separation method for effect of Chinese yam peel extract components of allantoin and saponin sync separation.The results show that the selected AB-8 macroporous resin adsorption resin saponin，adsorption velocity is 2 mL/min；adsorption finished with 70%ethanol elution，eluting rate in more than 90%；washing liquid to collect and vacuum concentrating on its，then vacuum drying，light yellow saponin product，by legal institutions detection，its purity 71.5%，the yield is 0.17%；concentrate containing allantoin to crystallization，temperature is 0～4℃，time 24 h. The crystals with water as solvent，ratio of material to liquid is 1∶3 in case 2 times recrystallization，drying to obtain allantoin product purity of 85.8%，the yield is 0.25%.

Chinese yam peel extract；functional components；separation and purification

R284

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.01.004

2015-11-06

江西省科學院產學研項目（2013-04）。

張森旺（1980— ），男，碩士，助理研究員，研究方向為農產品加工及貯藏工程。