黄姜总皂苷的提取及其水解条件

2010-09-26郭秀洁朱靖博费雅君朱林敏

大连工业大学学报 2010年3期

郭秀洁，朱靖博，郑敏，费雅君，朱林敏

（大连工业大学生物与食品工程学院，辽宁大连 116034）

0 引言

黄姜，学名盾叶薯蓣（DioscoreazingiberensisC.H.Wright）为薯蓣科薯蓣属多年生缠绕草质藤本植物，为我国特有野生植物资源［1］。其根茎中含有的薯蓣皂苷（dioscin）等多种甾体皂苷水解后大都能得到薯蓣皂苷元（diosgenin），它是合成多种甾体激素类和避孕类药物的重要原料，可以合成双烯醇酮醋酸酯、黄体酮、强的松、可的松系列以及催产素、性激素等数千种药物［2-4］。薯蓣皂苷元目前已实现工业化生产，但生产过程中大量使用酸水，造成了严重的环境污染和资源浪费，已成为皂素产业面临的亟待解决的问题。本文设计先用乙醇将黄姜总皂苷与淀粉和纤维素分离，然后将黄姜总皂苷酸水解获得薯蓣皂苷元。醇提取后的黄姜渣还可用于制备淀粉，从而减少了环境污染和资源浪费。同时，通过对黄姜总皂苷的提取和水解条件进行研究，也为黄姜的综合利用提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

黄姜，产于湖北枣阳市七方镇；薯蓣皂苷元对照品，由湘西华立制药有限公司提供，HPLC检测纯度≥95%；UltiMate 3000分析型高效液相色谱仪，美国DIONEX公司；旋转蒸发器，上海申生科技有限公司；电子天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司；甲醇为色谱纯；浓硫酸为分析纯；乙醇、石油醚为工业级。

1.2 方法

1.2.1 薯蓣皂苷元的高效液相色谱（HPLC）定量分析［5］

色谱条件：Hypersil ODS2色谱柱，250mm×4.6mm，5μm，大连依利特分析仪器有限公司；甲醇为流动相；体积流量为1.0mL／min；进样量为20μL；柱温为常温；检测波长208nm。

标准曲线的制作：准确称取125mg薯蓣皂苷元标准品，用甲醇超声溶解，配制成2.5mg／mL的标准溶液。分别吸取标准溶液0.20、0.40、0.80、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00mL，用甲醇定容到10mL容量瓶中。按照上述色谱条件进行测定，以峰面积为纵坐标，以苷元质量浓度为横坐标，绘制标准工作曲线。

1.2.2 样品溶液的制备与测定

准确称取10g粉碎至60目的黄姜干粉至圆底烧瓶中，加入乙醇溶液，于75℃下回流提取3次，合并提取液并浓缩至干。向该醇提物中加入硫酸溶液于沸水浴中回流水解一定时间，将水解物水洗至中性后于80℃干燥箱中烘干。烘干后的水解物研碎后放入圆底烧瓶中，加入100mL石油醚，在78℃水浴中回流提取3次，每次2h，合并3次提取液并回收溶剂至干，得薯蓣皂苷元粗提物，记录其质量。取一定量的粗提物用甲醇溶解，并定容到一定体积，制备成供试品溶液，用0.22μm有机滤膜过滤，滤液作为HPLC法的待测样品。记录样品的峰面积，换算成薯蓣皂苷元的含量。

1.2.3 黄姜总皂苷的提取工艺条件

采用乙醇溶液加热回流的方式提取黄姜总皂苷时，影响提取率的主要因素为乙醇体积分数、料液比以及回流提取的时间。因此，本文通过单因素试验分别考察这3个因素对黄姜总皂苷提取的影响。将黄姜总皂苷按照“1.2.2”制备成苷元粗提物，再按照“1.2.1”的分析方法，测定其中薯蓣皂苷元的含量，从而间接反映黄姜总皂苷的含量，对工艺参数进行分析研究。

1.2.4 黄姜总皂苷的水解工艺条件

鉴于皂苷在酸水解时常有副反应发生，采用硫酸水解时，对薯蓣皂苷元最终得率影响较大的因素包括水解时间、硫酸浓度以及硫酸用量。本文通过单因素试验分别考察这3个因素对薯蓣皂苷元得率的影响。将水解物按照“1.2.2”制备成苷元粗提物，再采用“1.2.1”的方法测定其中薯蓣皂苷元的含量，对工艺参数进行分析研究。

2 结果与讨论

2.1 薯蓣皂苷元标准工作曲线

按照“1.2.1”所述的方法，绘制的工作曲线如图1所示，求得的回归方程为Y=120.67X+1.311 7，r=0.999 4，线性范围0.05～2.0mg／mL。

图1 薯蓣皂苷元标准工作曲线Fig.1 Working curve of diosgenin standard solution

2.2 黄姜总皂苷的提取条件研究

通过单因素试验分别考察了乙醇体积分数、料液比以及回流时间对薯蓣皂苷元得率的影响。

2.2.1 乙醇体积分数对薯蓣皂苷元得率的影响

在料液比为1∶6、75℃水浴、乙醇回流提取3次、每次2h的条件下，考察乙醇体积分数对薯蓣皂苷元得率的影响，结果如图2所示。由图2可见，随着乙醇体积分数的增大，薯蓣皂苷元的得率增高。当乙醇体积分数增至70%时，薯蓣皂苷元的得率达到最大值；再增大乙醇体积分数时薯蓣皂苷元的得率开始下降。因此宜选择乙醇体积分数为70%。

图2 乙醇体积分数对薯蓣皂苷元得率的影响Fig.2 Effect of ethanol concentration on the yield of diosgenin

2.2.2 料液比对薯蓣皂苷元得率的影响

在乙醇体积分数为70%、75℃水浴、乙醇回流提取3次、每次2h的条件下，考察醇提过程中不同料液比对薯蓣皂苷元得率的影响，结果如图3所示。

图3 料液比对薯蓣皂苷元得率的影响Fig.3 Effect of ethanol quantity on the yield of diosgenin

由图3可见，随着液料比的增大，薯蓣皂苷元的得率在提高。当料液比为1∶8时薯蓣皂苷元得率达到最高；而液料比继续增加时，薯蓣皂苷元的得率开始下降。分析其原因可能是当乙醇用量过低时，薯蓣皂苷类成分没有充分溶出，导致苷元得率降低；而当乙醇用量过高时，醇提物中的杂质率增高，使得薯蓣皂苷类成分的水解过程受到干扰，最终导致薯蓣皂苷元得率的降低。因此宜选择料液比为1∶8。

2.2.3 回流时间对薯蓣皂苷元得率的影响

在乙醇体积分数为70%、料液比为1∶8、75℃水浴、回流提取3次的条件下，考察醇提回流时间对薯蓣皂苷元得率的影响，结果如图4所示。

图4 乙醇回流时间对薯蓣皂苷元得率的影响Fig.4 Effect of ethanol extraction time on the yield of diosgenin

由图4可见，随着回流时间的增长，薯蓣皂苷元的得率在提高。当回流时间为6h时，薯蓣皂苷元得率最高。因此宜选择回流时间为6h。

2.3 黄姜总皂苷的水解工艺条件研究

通过单因素试验分别考察了水解时间、硫酸浓度以及硫酸用量对黄姜总皂苷酸水解制备薯蓣皂苷元得率的影响。

2.3.1 水解时间对薯蓣皂苷元得率的影响

在硫酸用量为30mL、浓度为2mol／L、水解温度为100℃的条件下，考察不同水解时间对薯蓣皂苷元得率的影响，结果如图5所示。

图5 水解时间对薯蓣皂苷元得率的影响Fig.5 Effect of hydrolysis time on the yield of diosgenin

由图5可见，随着水解时间的加长，薯蓣皂苷元的得率在提高。当水解时间为4h时，薯蓣皂苷元的得率达到最大值。而随着水解时间的进一步加长，薯蓣皂苷元的得率开始下降。分析其原因，可能是当水解时间过短时，薯蓣皂苷类成分没有水解完全；而当水解时间过长时，薯蓣皂苷元在酸性环境中脱水，生成Δ3，5-去氧替告皂苷元（Δ3，5-deoxytigogenin）的反应加剧，导致薯蓣皂苷元的得率下降。

2.3.2 硫酸浓度对薯蓣皂苷元得率的影响

在硫酸用量为30mL、水解温度为100℃、水解时间为4h的条件下，考察硫酸浓度对薯蓣皂苷元得率的影响，结果如图6所示。

图6 硫酸浓度对薯蓣皂苷元得率的影响Fig.6 Effect of sulphuric acid concentration on the yield of diosgenin

由图6可见，随着硫酸浓度的增大，薯蓣皂苷元的得率在提高。当硫酸浓度为2.0mol／L时，薯蓣皂苷元的得率达到最大值；随着硫酸浓度的进一步增大，薯蓣皂苷元的得率开始下降。分析其原因，可能是当体系中H+＜4.0mol／L时，参加催化作用的H+的量太少，酸催化作用不明显，薯蓣皂苷类成分未水解完全；而当H+＞4.0mol／L时，在强酸性环境中，薯蓣皂苷元生成脱水产物的反应加剧，导致其得率下降。

2.3.3 硫酸用量对薯蓣皂苷元得率的影响

在硫酸浓度为2.0mol／L、水解温度为100℃、水解时间为4h的条件下，考察硫酸用量对薯蓣皂苷元得率的影响，结果如图7所示。由图7可见，随着硫酸用量的增加，薯蓣皂苷元的得率在增加。当硫酸用量为30mL时，薯蓣皂苷元的得率达到最大值；而继续增加硫酸用量时，薯蓣皂苷元的得率开始下降。分析其原因在于，当硫酸用量过少时，酸催化反应需要的H+量不足，薯蓣皂苷类成分水解不完全；当硫酸用量过多时，黄姜醇提物被稀释的程度加剧，致使副反应加剧，导致薯蓣皂苷元的得率下降。