微波与超声波提取绞股蓝总皂甙比较研究

易克传， 曾其良， 李 慧

(安徽科技学院工学院，安徽凤阳 233100)

微波与超声波提取绞股蓝总皂甙比较研究

易克传， 曾其良， 李 慧

(安徽科技学院工学院，安徽凤阳 233100)

以绞股蓝全草为原料，采用微波和超声波对绞股蓝总皂甙提取进行了对比研究，两种方法分别采用单因素实验及正交试验，探讨了优化提取条件和参数．结果表明:微波提取的优化工艺参数，料液比为1 g∶25 mL，微波处理时间为11 min，微波功率为400 W，总皂甙提取率为7.59%;超声波提取的优化工艺参数，料液比为1 g∶25 mL，提取温度为70℃，超声波处理时间为20 min，超声波功率为400 W，总皂甙提取率为8.01%．

绞股蓝;皂甙;微波提取;超声波提取

绞股蓝 (Gynostemma pentaphyllum(Thunb．)makino)又名七叶胆，为葫芦科绞股蓝属植物［1］，是一种常用中药，广泛分布于日本、朝鲜及我国长江以南各省和陕西南部．绞股蓝是一种食药两用植物，20世纪70年代以来，我国医药工作者和日本学者对绞股蓝的化学成分、营养、药理作用做过很多研究．绞股蓝属植物主要含有皂甙、黄酮、多糖、氨基酸、植物蛋白、色素、有机酸及微量元素等化学成分［2－3］．绞股蓝皂甙为绞股蓝的主要药效成分之一，具有抑制肿瘤、防止衰老、降低血脂、增强免疫、防治糖皮质激素不良反应、保护心脏和肝脏、降低血糖、镇静止痛及抗溃疡等药理作用［4－5］．近年来，绞股蓝皂甙被广泛应用于保健食品、医药及化妆品的生产中．

从天然产物中提取皂甙类物质的方法很多．传统方法有水提醇沉法、溶剂提取法、大孔树酯法等．这些方法主要存在工艺复杂，所需的时间较长，生产成本高等缺点．随着现代科技的发展，微波和超声波技术越来越多用于天然产物的提取上，微波和超声波以其反应灵敏、升温快速均匀、操作简单、工作效率高、有效成分提取率高等优点越来越受到人们的重视，已被运用于植物有效成分提取，植物中重金属的提取等［6－10］．

本研究用正交试验法考察了分别采用微波和超声波提取绞股蓝皂甙的工艺条件和提取率，为绞股蓝的开发和工业化生产提供依据．

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

绞股蓝，购于湖北省咸丰县绿缘富硒绞股蓝有限公司，经安徽农业大学岳鹏翔教授鉴定为葫芦科植物绞股蓝的全草，属甜味型绞股蓝;人参皂甙Rb1对照品，中国药品生物制品检定所;甲醇、高氯酸、冰醋酸、香草醛等均为分析纯．

JWFC－16型万能粉碎机，河南省荥阳宏乐机械厂;AEL－160型电子天平，日本岛津公司;R－201型旋转蒸发器，北京长安科学仪器厂;B－290型喷雾干燥机，瑞士Buchi公司;UV－265型分光光度计，日本岛津公司;J80－2B型离心分离机，上海安亭科技有限公司制造;DZC－403型真空干燥箱，天津天宇机电仪器有限公司;WD900SL23－2型微波炉，苏州三星电子有限公司;JCT－1200W型超声波提取机，山东省济宁市超声波电子仪器厂．

1.2 实验方法

1.2.1 提取方法

绞股蓝全草经干燥后粉碎成粗粉，称取10.00 g绞股蓝粗粉，置于三角烧瓶中，根据实验要求条件分别采用微波辅助浸提和超声波辅助浸提两种方法提取，将提取液进行离心处理得上清液，取上清液蒸发浓缩再经真空干燥或喷雾干燥得粗提取物样品．粗提取物提取率(W0)可计算得到．

1.2.2 粗提取物中总皂甙含量的测定

标准曲线的绘制按文献［11］的方法:精确称取人参皂甙Rb1标准品10 mg，加入5 mL容量瓶中，用醇溶解稀释至刻度，摇匀，得到质量浓度为2 mg/mL的标准溶液．精确吸取标准溶液100 μL置于10 mL具塞试管中．加入5%香草醛冰醋酸溶液0.4 mL，高氯酸1.6 mL，密封、摇匀，于60℃水浴中保温15 min后取出，立即放入水浴中冷却至室温．加入10 mL冰醋酸，摇匀，置于比色皿中，在波长400～600 nm扫描，发现在550 nm处有最大吸收，故确定检测波长为550 nm．精确吸取标准溶液0，50，100，150，200，250 μL 置于 6 个 10 mL 具塞试管中，在550 nm处分别测定吸收值，空白试剂(甲醇)为参照，测得数据如表1．

表1 人参皂甙Rb1标准品吸光度Tab．1 Absorbance of standard Ginsenoside Rb1

以溶液的吸光度值A和皂甙质量浓度Y(μg/mL)为最小二乘法作线性回归处理，得标准曲线方程:Y=80.249A－0.254(R=0.999 8)．

提取物中总皂甙的测定:精确称取所得样品适量M(mg)，制成60 mg/mL的甲醇溶液，摇匀．精确吸取以上溶液0.10 mL，加入15 mL具塞试管内．以下操作同标准曲线制法，在同一条件下测定吸光度，代入回归方程可求出皂甙质量浓度(mg/mL)，每个样品重复3次，取平均值，计算出提取物中总皂甙提取率 W1．

式(1)中，W1为总皂甙提取率，%;

C为皂甙质量浓度，mg/mL;

V为提取物试样制成的标准溶液体积，mL;

M为提取物样品质量，mg;

W0为提取物提取率，%．

2 结果与分析

2.1 单因素对绞股蓝皂甙提取率的影响

2.1.1 料液比对提取率的影响

称取绞股蓝粗粉10.00 g，分别在微波功率400 W，微波处理时间7 min，及超声波功率400 W，超声时间30 min，提取温度60℃条件下，考察不同料液比对绞股蓝皂甙提取得率的影响，料液比(g/mL)分别采用1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，1∶35．在微波及超声波两种方法下，不同料液比对绞股蓝皂甙提取的影响，结果见图1．

图1 不同料液比对提取率的影响Fig．1 Effect on extract yield of different ratio of Material to liquid

由图1可以看出，随着料液比的增加，皂甙提取率均呈增加趋势．但当料液比为1∶25后，提取率增加不明显;在同样料液比下，超声波提取率高于微波提取率．这可能是由于溶剂增加，导致提取温度降低的缘故．因此以下实验中，微波法和超声波法均以料液比为1∶25为较佳料液比条件．

2.1.2 提取功率对提取率的影响

称取绞股蓝粗粉10.00 g，加入200 mL水，分别在不同微波强度下处理7 min，及在不同超声强度下处理30 min，提取温度60℃条件下，考察不同提取功率对绞股蓝总皂甙提取率的影响．提取功率分别采用100，200，300，400，500，600 W．结果见图2．

由图2可知，随着提取功率的增大，绞股蓝皂甙提取率均随之提高，这主要是由于随着提取功率的增加，物料在单位时间内获得能量逐步增加，会加剧原料中组织细胞的破裂，使得皂甙类物质溶出，从而使提取量增加;但微波功率超过400 W后，绞股蓝皂甙提取率有所下降．因为当微波功率增加时，提取液温度在短时间内达到上限值，导致提取溶媒沸腾，使得皂甙类化合物损失，而超声波提取时避免了提取液沸腾的现象．因此，从图2中曲线可看出，超声波提取的总皂甙量较微波提取量大，且微波及超声波提取功率的最佳值均为400 W．因此以下实验中，提取功率均设定为400 W．

图2 不同功率强度对提取率的影响Fig．2 Effect on extract yield of different power

2.1.3 处理时间对提取率的影响

称取绞股蓝粗粉10.00 g，加入200 mL水，在微波功率400 W 条件下，分别处理 3，5，7，9，11，13 min;在超声波功率400 W条件下，分别处理5，10，15，20，25，30 min，考察不同提取时间对绞股蓝总皂甙提取率的影响．结果见图3．

由图3可知，随着处理时间的延长，两种方法中股蓝皂甙提取率均呈上升趋势，这主要是由于处理时间的增加，物料在单位时间内获得能量逐步增加，使有效成分进入溶剂量增加，从而使提取量增加．但当微波提取9 min，超声波提取20 min后，皂甙提取得率不再增加，其原因可能是随着微波和超声波作用时间的进一步加长，一些不溶物质进入水溶液，对过滤产生阻滞作用，从而影响提取得率．因此，优化的微波处理时间为9 min，优化的超声波处理时间为20 min．

图3 不同处理时间对提取率的影响Fig．3 Effect on extract yield of different processing time

2.2 正交试验结果与分析

2.2.1 微波提取正交试验

通过以上实验可知，影响微波提取绞股蓝皂甙的主要因素是料液比、微波处理时间、微波功率等，为了全面考察这3个因素的影响，设计了三因素三水平的正交试验．因素与水平见表2．

表2 因素水平表Tab．2 Factor and Level

试验结果见表3，由DPS数据处理系统软件按方差分析理论分析计算得方差分析结果，见表4．试验重复系数为3．

表3 L9(34)正交试验及结果Tab．3 L9(34)arrangment and results of orthogonal test

表4 方差分析结果Tab．4 Results of variance analysis

极差分析结果表明，用微波辅助法提取绞股蓝皂甙，各因素对提取率影响的主次为:A＞C＞B，即提取时间＞微波功率＞料液比;方差分析表明，微波处理时间和微波功率对绞股蓝皂甙提取率影响均较显著，料液比对其影响不显著．根据分析得出优化提取工艺条件为A3B2C2，即料液比为1 g∶25 mL，微波处理时间为11 min，微波功率为400 W．

按照优化的提取工艺条件进行实验，测得绞股蓝皂甙得率为7.59%，优于正交试验表中的任何一组．

2.2.2 超声波提取正交试验

通过实验可知，影响超声波提取绞股蓝皂甙的主要因素是料液比、提取温度、超声波处理时间、超声波功率等，为了全面考察这4个因素的影响，设计了四因素三水平的正交试验．因素与水平见表5．

表5 因素水平表Tab．5 Factor and Level

试验结果见表6，由DPS数据处理系统软件按方差分析理论，分析计算得方差分析结果，见表7．试验重复系数为3．

极差分析结果表明，用超声波法提取绞股蓝皂甙，各因素对提取率影响的主次为:A＞D＞B＞C，即料液比＞超声波功率＞提取温度＞超声波处理时间;方差分析结果表明，料液比、提取时间、超声波功率、提取温度四因素对绞股蓝皂甙提取率影响均较显著，对提取结果均有较大的影响．因此，在超声波提取时应进行综合考虑，根据以上分析得出优化提取工艺条件为A3B2C1D2，即料液比为1 g∶25 mL，提取温度70℃，超声波处理时间为20 min，超声波功率为400 W．

按照优化的提取工艺条件进行实验，测得绞股蓝皂甙得率为8.01%，优于正交试验表中的任何一组．

表6 L9(34)正交试验及结果Tab．6 L9(34)Arrangment and results of orthogonal test

表7 方差分析结果Tab．7 Results of variance analysis

3 讨论

以绞股蓝总皂甙提取率为考察指标，研究了微波和超声波法提取绞股蓝皂甙的工艺条件，对料液比、微波功率、超声波功率、提取时间和提取温度等因素进行了实验与分析．从绞股蓝皂甙提取率分析，超声波法高于微波法，可能是由于微波辅助提取时，易导致提取液温度过高，破坏提取物有效成分，影响了提取率;从提取时间上分析，超声波法比微波所用时间长，生产效率不如微波辅助提取，同时，超声波处理后的提取液中含杂质较多，后续的过滤与澄清过程比微波提取液费时．

［1］中国科学院中国植物志编辑委员会．中国植物志第七十三卷第一分册［M］．北京:科学出版社，1986:265-277．

［2］《全国中草药汇编》编写组．全国中草药汇编(下)［M］．北京:人民卫生出版社，1978:467．

［3］魏均娴，陈业高，徐兴伦，等．绞股蓝的化学成分研究Ⅰ．一种新的达玛烷——绞股蓝皂甙元Ⅱ的结构［J］．化学学报，1991，49(9):932-936．

［4］潘峰，刘迪，黄翠霞，等．绞股蓝皂甙的药理与临床研究［J］．现代中西医结合杂志，2006，15(5):674-676．

［5］方乍浦，曾宪仪．绞股蓝酮甙A的化学结构［J］．药学学报，1996，31(9):680-683．

［6］黎海彬，王邑，李俊芳，等．微波辅助提取技术在天然产物提取中的应用［J］．现代食品科技，2005，21(3):148-150．

［7］Pan X J，Niu G G，Liu H Z．Microwave assisted extraction of tea polyphenols and tea caffeine from green tea leaves［J］．Chemical Engineering and Processing，2003，42(1):129-133．

［8］王铮敏．超声波在植物有效成分提取中的应用［J］．三明高等专科学校学报，2002，19(4):45-53．

［9］林硕，岳琳娜，高学玲，等．超声波强化提取绞股蓝皂苷的工艺研究［J］．食品科学，2009，30(14):72-75．

［10］易克传，岳鹏翔，汪维云．超声波强化提取滁菊花有效成分的试验研究［J］．包装与食品机械，2005，23(6):5-8．

［11］寸永莉．绞股蓝总甙的含量测定［J］．中国新医药，2003，2(5):100-101．

(责任编辑:叶红波)

Comparison Study on Microwave and Ultrasonic Wave Extraction of Gypenosides from Gynostemma Pentaphyllum(Thunb．)Makino

YI Ke-chuan， ZENG Qi-liang， LI Hui
(College of Technology，Anhui Science and Technology University，Fengyang 233100，China)

The microwave and ultrasonic techniques were used to extract Gypenosides from Gynostemma pentaphyllum(Thunb．)makino．The optimum extraction conditions were investigated by the single facter and orthogonal design．The optimal conditions for the microwave extraction were the ratio of material to solvent of 1∶25(g/mL)，extracting time of 11 min，microwave power of 400W．Under the optimal conditions，the rate of Gypenosides was 7．59%．The optimal conditions for the ultrasonic extraction were as follows:the ratio of material to solvent of 1∶25(g/mL)，extracting temperature of 70℃，extracting time of 20 min，ultrasonic power of 400W．Under the optimal conditions，the rate of Gypenosides was up to 8.01%．

Gynostemma pentaphyllum(Thunb．)makino;Gypenosides;microwave extraction;ultrasonic extraction

TS202.3;TQ021.4;R284.2

A

1671-1513(2011)05-0036-05

2011-04-11

安徽高等学校省级自然科学重点研究项目(KJ2010A075);科技部星火计划重点项目(2010GA710009)．

易克传，男，副教授，主要从事农产品加工工艺与设备的教学与研究工作．