甘草酸脱色优化工艺研究

史高峰，周宝华，陈学福

(兰州理工大学石油化工学院，甘肃兰州730050)

甘草酸脱色优化工艺研究

史高峰，周宝华，陈学福

(兰州理工大学石油化工学院，甘肃兰州730050)

为甘草酸粉末(D101纯化后)寻求一种最佳脱色工艺。用粉末活性炭对甘草酸粉末的80%乙醇水溶液进行脱色实验，通过单因素及正交实验确定最佳脱色条件。以甘草酸为标准品，采用紫外分光光度法测定甘草酸含量，采用紫外分光光度法测定脱色率。结果显示，粉末活性炭脱色的影响因素依次为:溶液pH＞活性炭加入量＞脱色温度＞脱色时间。甘草酸溶液的最大吸收波长为252nm，在此波长下，通过正交实验确定了脱色的最佳工艺条件，即溶液的pH为6、粉末活性炭的用量为4.5g/100mL乙醇水溶液、温度为80℃、时间为60min。在此工艺条件下，测得成品甘草酸中甘草酸平均含量及平均脱色率分别为95.32%和62.13%。

甘草酸，脱色，粉末活性炭

甘草酸是从药用植物甘草根、茎中提取的一种有效活性成分，具有ACTA样生物活性。甘草酸及其盐类通称为甘草甜素(glycyrrhizin)，其甜度约为蔗糖的200～300倍。甘草酸约占甘草根茎的3%～6%，分子式为 C42H62H16，分子量822.92，熔点212～217℃，其结构式为五环三萜苷［1］。本课题组曾对甘草酸的提取及D101大孔树脂纯化工艺进行研究报道［2］。然而甘草经氨醇提、D101纯化后得到的甘草酸常呈淡黄色，不利于甘草酸成分的进一步鉴定和甘草酸产品的开发。为此本文对活性炭脱色工艺进行研究，以期找到适合工业化生产的脱色工艺。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

甘草 宁夏惠安甘草种植有限公司提供;甘草酸标准品 成都曼斯特生物制品有限公司，HPLC＞95%;D－101大孔树脂 沧州宝恩化工有限公司;活性炭 AR，烟台市双双化工有限公司;GF254薄层层析硅胶 青岛海洋化工厂;氨水、浓H2SO4AR，白银良友化学试剂有限公司;96%工业乙醇等。

U－2001紫外可见分光光度仪日本Hitachi;RE－3000旋转蒸发器 上海亚荣生化仪器厂;酒精计 冀州市耀华器械仪表厂;CR－2G高速冷冻离心分离机，密度计等。

1.2 实验方法

1.2.1 甘草酸的提取与精制 取甘草1000g，按固液比1∶8加入质量分数为10%的乙醇水溶液，0.5%(浓氨水的体积mL:10%乙醇水溶液的质量g)的氨水，在80℃下热回流提两次，每次2h。合并两次提取液，在旋转蒸发仪上浓缩至密度1.0100g/mL左右，向浓缩液中加入硫酸(浓硫酸∶水=1∶1)调pH=2.0。把酸沉物进行抽滤，并用蒸馏水洗涤，洗至洗涤液pH=4.5，抽滤干燥后即为甘草酸粗粉。取甘草酸粗粉，按固液比1∶20向其中加入质量分数为96%的工业乙醇，在50℃下热回流提2次，每次2h，合并两次提取液，浓缩干燥成粉末，加蒸馏水热溶至密度7mg/mL，同时滴加氨水调pH=6～7，过滤不溶物，把滤液上D101大孔树脂柱，用10%乙醇水溶液洗脱，然后把洗脱液浓缩干燥得甘草酸粉末，把甘草酸粉末用质量分数80%的乙醇水溶液热溶至完全，按4.5g/100mL溶液加入用盐酸调pH=6处理过的活性炭粉末，在80℃下热回流脱色60min，过滤脱色液，浓缩干燥得甘草酸成品。

1.2.2 甘草酸含量测定

1.2.2.1 检测方法 采用紫外分光光度法检测［3－4］。1.2.2.2 标准品溶液的配制 精密称取甘草酸标准品0.0230g，用50%的乙醇水溶液完全溶解，定容在100mL的容量瓶中，制得浓度约为0.23mg/mL的标准品溶液。

1.2.2.3 检测波长的确定 将甘草酸对照品用流动相做空白对照，于200～600nm波长处扫描，结果表明，在252nm处有最大吸收。

1.2.2.4 标准曲线的制备 分别精密量取0.2，0.4，0.6，0.8，1.0mL的甘草酸标准品溶液，用50%的乙醇溶液稀释至10mL，在最大吸收波长λmax=252nm处测其吸光度值，测定结果计算得线性回归方程，标准曲线见图1。以浓度为横坐标x，吸光度值为纵坐标y，进行线性回归，得线性回归方程:y=26.913x+0.1078，R=0.9999。线性范围:4.6～23μg/mL。

图1 甘草酸的标准品曲线

1.2.2.5 重复性实验 按绘制标准曲线的方法，分别精密量取0.6mL甘草酸标准品溶液5份，按上述操作进行，测定吸光度值，见表1。

表1 甘草酸标准品重复性实验

从结果可知，用紫外分光光度法测定甘草酸含量，实验结果重现性好，所得数据准确。

1.2.2.6 待测样品中甘草酸的检测 取待测样品按照1.2.2.2和1.2.2.4的步骤测定吸光度，根据已求得的线性回归方程算出待测样品中甘草酸的浓度，从而计算得出甘草酸含量。

1.2.3 脱色率的计算 为比较甘草酸粉末溶液脱色前后色泽的变化，把甘草酸粉末溶液在252nm检测波长下测定其吸光度，并按下式计算脱色率［5］。

1.2.4 数据处理 采用加权评分法［5］。评分标准为:将各项指标除以该列最大值再乘以100，为该项得分。根据甘草酸脱色率和甘草酸含量2项指标权衡，确定二者的权重系数均为0.5，对2项指标进行加权求和，通过公式z=0.5x+0.5y，得到综合评分(z)。

2 结果与讨论

2.1 不同脱色剂对甘草酸粗粉提取液脱色效果的比较

把经D101大孔树脂纯化后的甘草酸粉末用80%乙醇水溶液热溶后，用颗粒活性炭、粉末活性炭、硅藻土、凹凸棒、双氧水(30%)、NaClO、无水乙醇对其进行脱色比较实验，分别测定甘草酸含量及脱色率，以二者作为衡量脱色效率的指标，实验结果见表2。

表2 不同脱色剂的效果比较

从脱色前后的脱色率和甘草酸含量分析，硅藻土和无水乙醇的脱色效率都较差，NaClO法脱色时间短，操作条件要求低，但在加热条件下极易回色，且产品有刺激性气味;从脱色率上分析，双氧水的脱色效果优于活性炭;但从甘草酸含量上分析，活性炭明显优于双氧水;从脱色效率上分析，活性炭优于凹凸棒;粉末活性炭优于颗粒活性炭，虽然脱除颗粒活性炭容易得多，但考虑到精制需要，选择了粉末活性炭，并优化其脱色工艺。

2.2 粉末活性炭脱色的单因素实验

把经D101大孔树脂纯化后得到的6g甘草酸粉末，用80%的乙醇水溶液热溶，定容于1000 mL容量瓶中，作为甘草酸样品液。先固定粉末活性炭用量为3g/100mL甘草酸样品，分别改变脱色时间、脱色温度、脱色pH中的其中一个因素，对甘草酸溶液进行脱色实验，脱色液经离心后定容，于252nm波长处测定吸光度A(A值越低，色素去除越多)。

2.2.1 温度对脱色效果的影响 分别量取20mL 0.6%的甘草酸样品液于圆底烧瓶中，加粉末活性炭3g/100mL，在pH=7.0下反应60min，结果见图2。

由图2可知，吸光度随着温度的升高而升高，在80℃后，吸光度增大明显，说明粉末活性炭对甘草酸样品液中色素的吸附趋于平衡，所以，脱色温度应控制在80℃以内。

2.2.2 时间对脱色效果的影响 分别量取20mL 0.6%的甘草酸样品液于圆底烧瓶中，加粉末活性炭3g/100mL，80℃，反应不同时间，结果见图3。

由图3可知，60min后吸光度明显增大，所以脱色时间选在60min以内。

表4 正交实验表

图2 温度对脱色的影响

图3 时间对脱色的影响

2.2.3 pH对脱色效果的影响 分别量取20mL 0.6%的甘草酸样品液于圆底烧瓶中，加粉末活性炭3g/100mL，80℃于不同pH下反应60min，结果见图4。

图4 pH对脱色的影响

由图4可知，吸光度随着pH的升高而明显升高，说明活性炭在酸性条件下对甘草酸样品液中色素有较大吸附。所以脱色液pH应控制为5～7。

2.2.4 活性炭的加入量对脱色效果的影响 分别取20mL 0.6%的甘草酸样品液于圆底烧瓶中，调pH为6，加入不同量的活性炭于80℃下反应60min，加入不同量的粉末活性炭测定其吸光度值，结果见图5。

图5 活性炭的加入量对脱色效果的影响

由图5可知，吸光度值随着活性炭加入量增加而升高，在加入量达到4.5g/100mL后，吸光度值增大明显，所以活性炭用量应控制在4.5g/100mL以内。

2.3 粉末活性炭脱色的正交实验因素水平表的设计与实验

根据单因素实验结果，采用L9(34)正交表，因素水平设计见表3。

表3 因素水平表

取经D101纯化后的甘草酸粉乙醇水溶液的脱色率和甘草酸含量为指标，考察加热温度、加热时间、颗粒活性炭加入量和溶液pH四个因素对甘草酸粉末溶液的脱色效果影响，实验结果见表4。

从正交实验结果得出，影响甘草酸粉末色泽主次因素顺序为:溶液pH＞活性炭加入量＞脱色温度＞脱色时间。将脱色后水解液分别干燥成甘草酸粉末，经分析对比，并结合表4分析结果，得出最佳脱色条件为:脱色温度80℃、脱色时间60min、活性炭加入量为4.5g/100mL、溶液pH为6。

2.4 验证实验

称取3份经D101大孔树脂纯化得到的甘草酸粉末，每份5g按正交实验所得出的优化脱色条件进行脱色实验，测定甘草酸含量及脱色率分别为95.32%和62.13%。结果表明，实验所确定的工艺为最佳工艺条件。

3 结论

经D101大孔树脂纯化得到的甘草酸粉的脱色方法有活性炭法和双氧水法。后者虽有较好的脱色效果但具有较强的氧化性，易导致甘草酸结构的破坏;活性炭法条件温和，且粉末活性炭的脱色效果较好，故本文仅探讨了该法的优化工艺。

粉末活性炭为黑色、无臭、无味，具有无毒、脱色、无臭、效果良好的特点，可以反复使用，成本低，适于工业大规模生产。

［1］章玉华，倪元颖.甘草中甘草酸的提取、精制及其产品研制［D］.北京:中国农业大学，2004:2－3.

［2］韩学哲，史高峰.种植甘草中甘草酸及黄酮提取纯化工艺研究［D］.兰州:兰州理工大学，2009:24－56.

［3］汪河滨，李炳.甘草黄酮和甘草酸的联合提取及分离纯化工艺研究［D］.石河子:石河子大学，2005:32－33.

［4］鲁守平，孙群，王建华，等.甘草中有效成分甘草酸的提取和测定方法研究概况［J］.中国中药杂志，2006，31(5):359.

［5］孟江，周毅生，廖华卫.鱼腥草多糖活性炭脱色工艺研究［J］.食品与发酵工业，2009，35(2):113.

Optimization of decoloring technique of glycyrrhizic acid

SHI Gao－feng，ZHOU Bao－hua，CHEN Xue－fu

(College of Petro－Chemical Engineering Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China)

The study aimed to seek for an optimum technology for decoloring glycyrrhizic acid.The decoloration experiment was conducted on glycyrrhizic acid in 80%alcohol solution by powdered activated carbon and the optimum decoloration condition was confirmed through single factor and orthogonal experiments.With glycyrrhizic acid as standard，the glycyrrhizic acid was determined by anthrone colorimetry and thereducing was determined by UV－spectrophotometry.The results showed that the factors influencing decoloration by active carbon in order were decoloration pH＞active carbon dosage＞decoloration temperature＞time.The maximum absorption wavelength of coloured matters in extracts was 252nm，under which the optimum technological condition was confirmed through orthogonal experiment，i.e，solution with pH6.0，active carbon dosage of 4.5g/100mL alcohol solution，temperature of 80℃ and time of 60min.Under this technological condition，the determined average content and average decoloration rate of glycyrrhizic acid were 95.32%and 62.13%.

glycyrrhizic acid;decoloring;powdered activated carbon

TS201.2

B

1002－0306(2011)09－0319－04

2010－09－26

史高峰(1963－)，男，博士，教授，从事于天然产物研究与开发，天然产物活性成分分离与分析等。