超聲波輔助提取歐李仁中苦杏仁苷的工藝優化

張 鑫 李瑞玲 孫學茹 吳 瓊 吳曉彤

ZHANG Xin LI Rui-ling SUN Xue-ru WU Qiong WU Xiao-tong

(內蒙古大學生命科學學院，內蒙古 呼和浩特 010070)

(College of Life Science, Inner Mongolia University, Hohhot, Inner Mongolia 010070, China)

歐李(prunus humilis)因鈣含量高又稱作鈣果，屬于薔薇科櫻桃屬落葉小灌木，原產中國三北地區，現在主要分布于中國北方的山西、內蒙古、遼寧等地[1]，是果藥兼用的野生樹種，其莖、葉、根皮和果實部位都具有較高的藥用和經濟利用價值。歐李果肉中富含維生素、礦物質、人體必需氨基酸等[2]。目前歐李果實及其系列產品歐李果脯、果汁、醋、紅色素、芳香物質等均有研究開發[3-5]，歐李果實的工業生產日漸發展，果實加工后會產生大量的歐李仁，仁中的主要成分包括苦杏仁苷、歐李仁油和歐李仁蛋白[6]，三者都有較高的開發利用價值。近年來，關于歐李仁油和歐李仁蛋白提取分離工藝不斷優化完善[7-9]，但對歐李仁中苦杏仁苷的研究有限，還未有完備的優化工藝體系。

苦杏仁苷(amygdalin)是中國醫書中記載的一種常用藥，具有明確的生理、藥理活性，臨床上常用于止咳祛痰、鎮咳平喘、降血糖、抗凝血等，還可用于治療急慢性呼吸道感染、慢性氣管炎和膿皰病[10]。它可合用其他藥物治療皮膚癌[11]，抑制肺癌和前列腺癌細胞體外增殖[12-13]，促進血T淋巴細胞分裂增殖[14]，且大量研究[15-17]表明苦杏仁苷在腫瘤、改善微循環、免疫抑制、動脈粥樣硬化、細胞纖維化等疾病方面的治療都起到了一定的輔助作用?？嘈尤受站哂锌捎^的臨床藥用價值，近年來，除杏仁外，其他原料如楊梅核仁、桃仁、枇杷核等也被作為提取苦杏仁苷的新來源。

苦杏仁苷的提取方法有很多，其中水提取、有機溶劑提取和超臨界CO2萃取法等較為常用。超臨界萃取法分離效果良好，但提取成本高，應用到生產中有一定局限性；水和有機溶劑浸提法成本低，但耗時長、產率低。超聲波作用下原料細胞壁被破壞，有利于溶劑滲透到細胞中，從而提高提取率和縮短提取時間[18]，被廣泛用于提取分離植物中天然產物。本試驗擬以歐李種仁為原料，在以往傳統有機溶劑浸提法[19]的基礎上采用超聲輔助聯合提取苦杏仁苷，通過二水平試驗和響應曲面法結合進行工藝參數優化，旨在為歐李的開發與利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

歐李種仁：安徽毫州徽濟堂；

苦杏仁苷標準品：98%， 南京澤朗醫藥科技集團有限公司；

乙醇、石油醚：分析純，市售；

甲醇、乙腈：色譜純，市售。

1.1.2 主要儀器設備

高效液相色譜儀：Agilent1260型，配有可變波長紫外檢測器和色譜工作站，安捷倫科技(中國)科技有限公司；

超聲波細胞破碎儀：Biosafer900-91型，賽飛中國有限公司；

水浴鍋：HH-6型，金壇市科興儀器廠；

中藥粉碎機：QE-500g型，浙江屹立工貿有限公司；

分析天平：BSA224S-CW型，賽多利斯科學儀器有限公司；

微波爐：G80F23CN1L_SD型，格蘭仕微波爐電器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 原料準備 將歐李仁除雜后于烘箱中80 ℃干燥4 h除去水分，并于微波爐內80火力滅酶4 min[20]，用高速中藥粉碎機粉碎3 min，過20目篩，粉末于-4 ℃儲存備用。

1.2.2 標曲制作 準確稱取0.02 g苦杏仁苷標準品充分溶解后置于10 mL 棕色容量瓶中，甲醇定容至刻度。 用移液槍依次準確量取200，400，600，800，1 000 μL定容后溶液置于EP管中， 再分別加入相應體積的甲醇補足至1 mL，得到終濃度分別為 400，800，1 200，1 600，2 000 μg/mL 的系列標準品溶液。用高效液相色譜法測定不同濃度標準溶液相應的峰面積。將標準溶液的濃度為橫坐標，色譜峰面積為縱坐標，制作苦杏仁苷標準曲線。

檢測條件：色譜柱 C18柱(150 mm × 4.6 mm，5 μm)；流動相為體積比20∶80的甲醇—水混合液；柱溫 30 ℃；檢測波長217 nm；流速1 mL/min；進樣量20 μL，檢測時間15 min；進樣次數2次。

1.2.3 提取苦杏仁苷

(1) 精確稱取2.5 g細粉末，加入25 mL石油醚在80 ℃水浴條件下回流萃取2 h，后真空抽濾除去油脂，石油醚(60～90 ℃沸程)通過旋蒸進行回收，濾渣置于通風櫥中2 h揮去殘留的石油醚后，得到脫脂粉末置于三角瓶中封口備用。

(2) 將2.5 g脫脂粉末，按液料比加入相應體積的乙醇以保鮮膜封口，超聲細胞破碎儀破碎，結束后補足損失乙醇體積，置于水浴鍋中回流提取，過濾后得到粗提液。

(3) 檢查濾液體積，若回流過程中損失，補足損失乙醇體積，濾液于棕色試劑瓶中密封保存。

(4) 取1 mL過濾液于10 mL棕色容量瓶中，用甲醇定容至刻度，取部分用0.45 μm濾器過濾后，即得待測樣液。

(5) 試驗重復2次，利用高效液相色譜儀進行測定，根據標準曲線計算含量。

1.2.4 提取率計算 苦杏仁苷得率按式(1)計算：

(1)

式中：

S——苦杏仁苷得率，%；

C——提取液中苦杏仁苷的濃度，mg/mL；

V——提取溶劑的體積，mL；

M——核仁質量，g。

1.3 單因素試驗

(1) 固定乙醇濃度75%、提取溫度80 ℃、超聲時間15 min、超聲功率200 W，分別在液料比為4∶1，8∶1，12∶1，16∶1，20∶1 (mL/g)時提取苦杏仁苷，考察液料比對苦杏苷得率的影響。

(2) 固定液料比16∶1 (mL/g)、提取溫度80 ℃、超聲時間15 min、超聲功率200 W，分別在乙醇濃度為40%，50%，60%，70%，80%，90%，100%時提取苦杏仁苷，考察乙醇濃度對苦杏苷得率的影響。

(3) 固定液料比16∶1 (mL/g)、乙醇濃度75%、超聲時間15 min、超聲功率200 W，分別在提取溫度為30，40，50，60，70，80，90，100 ℃時提取苦杏仁苷，考察提取溫度對苦杏苷得率的影響。

(4) 固定液料比16∶1 (mL/g)、乙醇濃度75%、提取溫度80 ℃、超聲功率200 W，分別在超聲時間為10，20，30，40，50，60 min 時提取苦杏仁苷，考察超聲時間對苦杏苷得率的影響。

(5) 固定液料比16∶1 (mL/g)、乙醇濃度75%、提取溫度80 ℃、超聲時間15 min，分別在超聲功率為100，150，200，250，300，350 W時提取苦杏仁苷，考察超聲功率對苦杏苷得率的影響。

1.4 二水平試驗

根據單因素試驗結果，對料液比、乙醇濃度、提取溫度、超聲時間、超聲功率5個因素設置最高和最低2個水平，以苦杏仁苷得率為響應值，進行五因素二水平分析試驗。

1.5 響應面試驗

通過對二水平試驗的數據分析，選擇對苦杏仁苷得率影響最顯著的因素以苦杏仁苷提取率為響應值，建立三因素模型，使用Design-Expert 8.0軟件基于Box-Behnken試驗設計原理，進行響應面優化試驗設計，試驗后對響應面結果進行二次回歸方程方差分析，從而得到最佳提取條件。

2 結果與分析

2.1 標準曲線

如圖1所示，標準曲線方程為y=6.941x-780.13，相關系數為0.999 3。

2.2 單因素試驗

2.2.1 液料比對苦杏仁苷得率的影響 由圖2可知，苦杏仁苷得率與液料比呈正相關，但當液料比>12∶1 (mL/g)后，得率增長趨勢不再明顯，考慮到實際加工生產中節約原料以及液料比過大不利于后期濃縮提純，所以選取4∶1，16∶1(mL/g) 進行二水平試驗。

圖1 苦杏仁苷標準曲線

圖2 液料比對得率的影響

2.2.2 乙醇濃度對苦杏仁苷得率的影響 由圖3可知，苦杏仁苷得率隨乙醇濃度的增加先上升后下降，在乙醇濃度為80%時苦杏仁苷得率最高，為4.24%，濃度>80%時提取率減小，可能是隨著乙醇體積分數的增大，歐李仁中其他醇溶性雜質溶出使提取溶液黏度增大，不利于乙醇溶液向細胞內滲透，從而影響了苦杏仁苷的溶出，降低了苦杏仁苷的提取量[21]。綜上選用40%和80%進行二水平試驗。

2.2.3 提取溫度對苦杏仁苷得率的影響 由圖4可知，隨著提取溫度升高，提取率逐漸增大，升至80 ℃時得率最高，高于80 ℃時略有減少，可能是溫度低時苦杏仁苷溶出速率被降低，而過高溫會破壞苦杏仁苷的結構[22]，溶劑易揮發，使產率降低，故選擇30，80 ℃進行二水平試驗。

2.2.4 超聲時間對苦杏仁苷得率的影響 由圖5可知，超聲時間>40 min以后，提取率隨著超聲時間延長而增加的趨勢不再明顯，原因是40 min左右的超聲處理已經使大部分細胞破碎，再延長超聲時間也無法增加提取液中苦杏仁苷的含量?？紤]到實際生產中的效率問題，故選擇10，40 min進行二水平試驗。

圖3 乙醇濃度對得率的影響

圖4 提取溫度對得率的影響

圖5 超聲時間對得率的影響

2.2.5 超聲功率對苦杏仁苷得率的影響 由圖6可知，隨著超聲功率的增大，苦杏仁苷得率逐漸升高，在超聲功率為200 W 時提取率最高，超聲波功率>200 W后又緩慢下降，功率過大和過小都不利于苦杏仁苷的提取，可能是超聲波功率過大時，過度破碎使細胞壁碎片以及大量不溶物等混入提取液中，使溶液中雜質增多，不利于苦杏仁苷的浸出[23]。故選擇100，200 W進行二水平試驗。

圖6 超聲功率對得率的影響

2.3 二水平試驗

為進一步考察液料比、乙醇濃度、提取溫度、超聲時間和超聲功率對苦杏仁苷得率的影響，根據單因素變量試驗結果，分別選取每個因素里最高響應值和最低響應值所對應的因素水平見表1，進行五因素二水平優化試驗，結果見表2。

以苦杏仁苷得率為響應值，利用SPSS 16.0軟件對表2數據進行分析(表3)。由表3中F值可知，5個因素的改變對歐李種仁中苦杏仁苷得率的影響顯著性大小順序為A>B>E>D>C，即液料比>乙醇濃度>超聲功率>超聲時間>提取溫度，液料比的改變對苦杏仁苷得率的影響最為顯著，提取溫度的影響最不明顯。5個因素中，液料比、乙醇濃度、超聲功率和超聲時間所對應的P值均<0.05，置信度>95%，提取溫度的P值>0.05，置信度<95%，但整體看來，A、B、E 3因素對得率的影響較大，所以選取液料比，乙醇濃度和超聲功率進行響應面法優化試驗。

2.4 響應面優化試驗

響應面試驗因素及水平值見表4，對于提取溫度和時間兩項條件，從參考單因素試驗中的變化趨勢以及實際生產中的提高效率和節約能源出發，在接下來的試驗中，提取溫度取為70 ℃，超聲時間為40 min。

運用Design-Expert 8.0軟件進行設計及分析，表5為響應面試驗設計及結果，以苦杏仁苷得率為響應因子，分析得到的回歸方程為：

表1 二水平試驗因素水平表

表2二水平試驗設計及結果

Table2 Scheme and experimental results of two-level, five-factor experimental design

試驗編號ABCDE得率/% 1-1-11-111.212-1-1-1110.783-1111-11.05411-1-115.775111114.3461-11-1-12.3371-1-11-11.978-11-1-1-11.87

表3 主體間效應的檢驗?

?R2=0.996，調整R2=0.985。

R1=5.98+0.54A-0.45B-0.20C-0.26AB-0.40AC+0.10BC-1.20A2-2.55B2-1.83C2。

(2)

表4 響應面三因素模型

表5 響應面優化試驗設計及結果

表6 響應面試驗方差分析結果?

? *表示差異顯著，P<0.05；**表示差異極顯著，P<0.01。

由F值可知3因素對苦杏仁苷得率的影響大小順序為A>B>C，與二水平試驗分析結果吻合。A、A2、B2、C2影響極顯著，一次項B、C，交互項AB、AC均為顯著，交互項BC不顯著，顯然各因素對得率的影響并不是簡單的一次關系，二次項也有顯著影響。

從圖7可以看出，當超聲波功率為200 W時，乙醇濃度與液料比之間交互作用顯著。當提取液料比一定時，隨著乙醇濃度的增加苦杏仁苷得率呈先增后減的趨勢，乙醇濃度在75%～80%時苦杏仁苷得率較大；當乙醇濃度一定時，苦杏仁苷得率隨液料比的增加而增加，當液料比達到 13∶1 (mL/g)后，得率上升不明顯。

由圖8可知，當液料比為 12∶1 (mL/g) 時，乙醇濃度和超聲功率的交互作用對苦杏仁苷得率存在較顯著影響，苦杏仁苷得率隨著乙醇濃度及超聲功率的增加均呈先增大后減小的趨勢。

由圖9可知，當乙醇濃度為80% 時，液料比和超聲波功率的交互作用顯著影響苦杏仁苷得率。當提取液料比一定時，隨超聲波功率的增加，苦杏仁苷得率呈先增加后減少的趨勢。

圖7 乙醇濃度與液料比的交互作用

圖8 乙醇濃度與超聲功率的交互作用

圖9 液料比與超聲功率的交互作用

總體看，響應面的陡峭程度隨液料比、乙醇濃度和超聲功率的變化起伏較大，等高線沿軸向變化相對密集，說明各因素對苦杏仁苷得率影響顯著。液料比與乙醇濃度、液料比與超聲功率的等高線圖呈明顯橢圓形，表明交互項AB、AC作用較強。以上結論與表6中方差分析一致。

2.5 優化工藝條件及實驗驗證

通過二次回歸模型優化確定歐李仁中苦杏仁苷最優提取工藝條件為液料比13.01∶1 (mL/g)、乙醇濃度78.98%、超聲功率191.51 W，在此條件下，苦杏仁苷得率模型預測可達6.08%，考慮到實際應用，將工藝條件修正為液料比13∶1 (mL/g)、乙醇濃度79%、超聲功率192 W進行驗證實驗，實際操作測得得率為6.01%，與預測值相對誤差約為0.12%，相差較小，說明預測精度較高，回歸方程能較準確地反映各因素對歐李仁中苦杏仁苷得率的影響。

3 結論

本試驗在單因素試驗和二水平試驗的基礎上，通過響應面試驗建立了超聲輔助歐李種仁中苦杏仁苷得率與液料比，乙醇濃度和超聲功率3因素之間的多元回歸模型，該模型具有良好的擬合性，試驗誤差較小，可用于歐李仁中苦杏仁苷得率的分析預測，最終確定了超聲輔助提取歐李仁中苦杏仁苷的最優工藝條件為液料比13∶1 (mL/g)，乙醇濃度79%，提取溫度70 ℃，超聲時間40 min，超聲功率192 W，最終得率可達6.01%，高于常規非超聲輔助時歐李仁中苦杏仁苷的[19]，且略高于現有工藝中楊梅果核，桃核和枇杷核中苦杏仁苷含量[18,23-24]，但遠低于杏仁中苦杏仁苷含量[25]。試驗中所涉及技術成熟，設備需求簡單常見，所使用有機溶劑可反復回收利用，在實際生產中具有較高可行性和經濟性，對后續工業化開發有一定參考價值。不足之處是超聲破碎時處于室溫，未作恒溫處理，可能存在誤差；本試驗所得的苦杏仁苷提取溶液還需要后續進一步純化，提高純度。