川芎中阿魏酸超高压提取工艺的优化
2014-08-08侯丽丽陈洪海张守勤
侯丽丽+陈洪海+张守勤+
摘要:优化川芎(Ligusticum chuanxiong Hort.)中阿魏酸的常温超高压提取条件,应用高效液相色谱法测定提取液中的阿魏酸含量,以阿魏酸提取率为评价指标进行L9(34)正交试验。结果表明,常温超高压提取川芎中阿魏酸的最优工艺为乙醇体积分数70%,压力300 MPa,固液比1∶50(m∶V,g∶mL),时间3.0 min,提取1次。超高压提取技术作为一种新的提取方法,提取川芎中阿魏酸稳定、可行。
关键词:川芎(Ligusticum chuanxiong Hort.);阿魏酸;超高压;提取
中图分类号:R284.2;R282文献标识码:A文章编号:0439-8114(2014)09-2133-03
Optimizing Process of Extracting Ferulic Acid from Ligusticum chuanxiong Hort.
by Ultra-high Pressure
HOU Li-li1,CHEN Hong-hai2, ZHANG Shou-qin3
(1.Department of Food Engineering, Jilin Business and Technology College, Changchun 130062,China; 2. Changchun Institute of Equipment and Technology,Changchun 130012, China;3.Biological and Agricultural Engineering College, Jilin University, Changchun 130025,China)
Abstract: The optimal Ultra-high Pressure (UPE) process for extracting ferulic acid from Ligusticum chuanxiong Hort. was studied. The process was selected by L9(34) orthogonal design using the content of ferulic acid as index. The optimal extraction condition was extraction solvent with 70% ethanol, extraction pressure of 300 MPa, solid/liquid ratio of 1∶50(m∶V, g∶mL), extraction for 3.0 min and extracting for 1 times. UPE is the optimal extraction method for extracting ferulic acid from Ligusticum chuanxiong Hort.
Key words: Ligusticum chuanxiong Hort.; ferulic acid; ultra-high pressure; extraction
川芎(Ligusticum chuanxiong Hort.) 为伞形科植物,其干燥根茎为常用的活血化瘀中药,始载于《神农本草经》,味辛、微苦、性温,有活血化瘀、理气止痛、降压、扩张血管、抗血栓、镇静及解痉等作用。常用于头痛、肋痛、胀痛、风湿痹痛及心脑血管等疾病的治疗[1,2]。由于其独特的药用价值,引起了药学研究者的广泛关注,成为中草药研究的热点。对川芎化学成分的研究始于20世纪30年代[3]。随着现代分析手段的进步以及波谱学的发展,对川芎的化学成分有了较为完善的了解。川芎主要含有内酯、酚(酸)性成分及含氮化合物。
超高压常温提取技术是新兴的提取技术,具有高效、节能、保护提取物生物活性等优点。目前已经被应用于提取多种中药的有效成分,如人参[4,5]、西洋参[6]、荔枝皮[7]、龙眼皮[8]、蜂胶[9]、绿茶[10-12]等。本试验主要研究川芎中阿魏酸的超高压最优提取工艺,为川芎有效成分的研究提供一定的依据。
1材料与方法
1.1试验材料与仪器
川芎(吉林修正药业集团股份有限公司);阿魏酸标准品(江西本草天工科技有限责任公司);甲醇、冰乙酸均为色谱纯;其他试剂均为分析纯。
LC20型高效液相色谱仪[岛津国际贸易(上海)有限公司];DL700型超高压设备(上海大隆机器厂)。
1.2试验方法
1.2.1色谱条件色谱柱,C18(150 mm×4.6 mm);流动相,冰醋酸-甲醇-水(1∶65∶34);检测波长,313 nm;流速,0.4 mL/min;柱温,40 ℃。
1.2.2标准曲线的绘制精确称取阿魏酸标准品3.8 g置于100 mL容量瓶中,加甲醇定容至刻度,摇匀,即得阿魏酸标准溶液(0.038 mg/mL)。吸取该对照品溶液2、4、6、8、10 μL,分别注入高效液相色谱仪,测得峰面积,以对照品为横坐标,峰面积为纵坐标,绘制标准曲线(图1)。得到的回归方程为Y=752 185.3X-375 9,r2= 0.999 9。阿魏酸标准品液相色谱图见图2。
1.2.3超高压提取方法将处理好的原料与溶剂混合后,用塑料袋封好放入高压容器内,在常温、适当压力下保持一定时间后卸压取出,离心,取上清液备用。
1.2.4回流提取方法参照文献[13]精确称取川芎样品2.0 g,按1∶8(m∶V,g∶mL)的固液比加入70%乙醇,提取2次,每次1.5 h,提取液离心,取上清液备用。
1.2.5测定方法精确吸取待测液10 μL,注入高效液相色谱仪测定峰面积,由标准曲线计算其含量。
阿魏酸提取率(mg/g)=■×■
式中,S为峰面积;V为定容体积(mL);v为进样量(μL);w为样品质量(g)。
1.3单因素试验
通过试验分别确定常温超高压提取的溶媒乙醇体积分数、提取压力、溶剂用量、提取时间对川芎阿魏酸提取率的影响。①精确称取1.0 g样品粉末6份,按固液比1∶50,分别加入体积分数为20%、40%、60%、70%、80%、95%的乙醇溶液,在200 MPa压力下保压2.0 min,取出后离心,取上清液;②精确称取1.0 g样品粉末4份,按固液比1∶40加入体积分数60%的乙醇溶液,分别在100、200、300、400 MPa下保压2.0 min,取出后离心,取上清液;③精确称取1.0 g样品粉末4份,分别按固液比1∶20、1∶40、1∶60、1∶80加入体积分数60%的乙醇溶液,在200 MPa压力下保压2.0 min,取出后离心,取上清液;④精确称取1.0 g样品粉末4份,按固液比1∶40加入体积分数60%的乙醇溶液,在200 MPa下分别保压1.0、2.0、3.0、4.0 min,取出后离心,取上清液。
各试验根据提取液的不同,稀释到一定的体积,超滤膜过滤后测定阿魏酸提取率。
1.4正交试验
根据单因素试验结果,正交试验主要考察提取压力、乙醇体积分数、提取时间、固液比4个因素对超高压提取工艺的影响,每个因素取3个水平,以阿魏酸提取率为考察指标,采用L9(34)进行正交试验,筛选最佳工艺。正交试验因素和水平见表1。
2结果与分析
2.1单因素试验结果
2.1.1乙醇体积分数对川芎阿魏酸提取率的影响从图3可以看出,乙醇体积分数对川芎阿魏酸提取率的影响比较明显,随着乙醇体积分数的增加阿魏酸提取率增加,在乙醇体积分数为70%、80%时提取率较高,当乙醇体积分数高于80%时阿魏酸提取率下降。因此,选择乙醇体积分数为60%~80%作为阿魏酸的提取溶剂。
2.1.2提取压力对川芎阿魏酸提取率的影响从图4可以看出,在100~300 MPa下,随着提取压力的增大川芎阿魏酸提取率也随之升高,当提取压力超过300 MPa后,阿魏酸的提取率变化不明显。可能在300 MPa压力下川芎细胞壁已被破坏,溶剂在压力作用下已完全进入细胞内,并将有效成分基本溶出,所以加大压力提取率变化不大。因此,选择压力200~400 MPa为宜。
2.1.3固液比对川芎阿魏酸提取率的影响从图5可以看出,随着固液比的变化,川芎阿魏酸提取率逐渐升高,在固液比为1∶40后,阿魏酸提取率变化缓慢,基本影响不大,说明在40倍乙醇用量时,阿魏酸已经基本被溶解出来。因此,选择固液比为1∶40为最佳。
2.1.4提取时间对川芎阿魏酸提取率的影响通过试验发现,随着提取时间的延长,阿魏酸的提取率基本没有变化,提取时间对其基本无影响。高压提取过程中当压力升高,溶剂在压力下进入到细胞内部,溶解有效成分,当压力在瞬间消失后,在压力差的作用下细胞膨胀爆炸,有效成分被溶出,因此提取时间长短对阿魏酸提取率影响不大。
2.2正交试验结果
由表2可以看出,根据极差分析,影响川芎阿魏酸提取率的主次因素为B、A、D、C,乙醇体积分数对川芎阿魏酸提取率的影响最大,其次是提取压力和固液比,提取时间的影响最小,得到的最优组合为A2B2C3D2,即高压提取最优条件为提取压力300 MPa、体积分数70%乙醇溶液、提取时间3.0 min、固液比1∶50。
2.3验证试验
按正交试验最优工艺条件重复验证提取3 次,川芎阿魏酸的提取率依次为0.520、0.524、0.526 mg/g,平均为0.523 mg/g。说明最优工艺稳定、可行。
2.4与回流提取方法对比试验
取相同重量的川芎样品,分别按回流提取和超高压提取的最优工艺,得到2种提取液。通过测定2种提取方法所得到的阿魏酸含量基本相同,无显著差异(表4)。从表4可以看出,超高压提取与回流提取相比,具有提取时间短、提取次数少、不需要加热,节省能源并避免加热对成分的破坏。但是从溶剂用量上超高压提取方法较回流提取要多。
3小结
根据正交试验结果,结合节约能源等综合考虑,确定常温超高压提取川芎阿魏酸的最优工艺为提取溶剂体积分数70%乙醇溶液、提取压力300 MPa、固液比1∶50、提取时间3.0 min。在最优工艺下,通过测定阿魏酸提取率为0.523 mg/g。与回流提取方法相比较,超高压提取技术具有常温不加热、提取时间短、杂质少、稳定性高、节约能源等优点,作为一种新型的提取工艺,其应用前景广阔。
参考文献:
[1] 范宋玲,张建军,熊带水,等.川芎微波提取工艺优选[J].中国实验方剂学杂志,2011,17(18):46-48.
[2] 王玥,杜守颖,吴清,等.川芎中阿魏酸的闪式提取工艺研究[J]. 北京中医药大学学报,2012,35(8): 559-562.
[3] 余昕,朱烨,张春,等.不同干燥方法对川芎不同部位阿魏酸含量的影响[J].中国实验方剂学杂志,2012,18(6):100-103.
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[5] 陈瑞战,张守勤,王长征.常温超高压提取人参皂苷[J].化工学报,2005,56(5):911-914.
[6] 陈瑞战,张守勤,王长征,等.超高压提取西洋参皂苷工艺研究[J].农业工程学报,2005,21(5):150-154.
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[8] PRASAD K N, YANG E, YI C, et al. Effects of high pressure extraction on the extractiom yield, total phenolic content and antioxidant activity of longan fruit pericarp[J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies,2009,10(2):155-159.
[9] ZHANG S Q, XI J, WANG C Z. High hydrostatic pressure extraction of flavonoids from propolis[J]. J Chem Technol Biotechnol,2005,80(1):50-54.
[10] XI J.Caffeine extraction from green tea leaves assisted by high pressure processing[J].Journal of Food Engineering, 2009,94(1):105-109.
[11] XI J, SHEN D J,ZHAO S,et al. Characterization of polyphenols from green tea leaves using a high hydrostatic pressure extraction[J]. Inter J Pharm,2009,382(1-2):139-143.
[12] XI J, ZHAO S, LU B B, et al. Separation of major catechins from green tea by ultrahigh pressure extraction[J].Inter J Pharm,2010,386(1-2):229-231.
[13] 崔丽娟,刘玉明.正交试验法优选川芎中阿魏酸的提取工艺[J]. 齐鲁药事,2005,24(19):560-561.
2结果与分析
2.1单因素试验结果
2.1.1乙醇体积分数对川芎阿魏酸提取率的影响从图3可以看出,乙醇体积分数对川芎阿魏酸提取率的影响比较明显,随着乙醇体积分数的增加阿魏酸提取率增加,在乙醇体积分数为70%、80%时提取率较高,当乙醇体积分数高于80%时阿魏酸提取率下降。因此,选择乙醇体积分数为60%~80%作为阿魏酸的提取溶剂。
2.1.2提取压力对川芎阿魏酸提取率的影响从图4可以看出,在100~300 MPa下,随着提取压力的增大川芎阿魏酸提取率也随之升高,当提取压力超过300 MPa后,阿魏酸的提取率变化不明显。可能在300 MPa压力下川芎细胞壁已被破坏,溶剂在压力作用下已完全进入细胞内,并将有效成分基本溶出,所以加大压力提取率变化不大。因此,选择压力200~400 MPa为宜。
2.1.3固液比对川芎阿魏酸提取率的影响从图5可以看出,随着固液比的变化,川芎阿魏酸提取率逐渐升高,在固液比为1∶40后,阿魏酸提取率变化缓慢,基本影响不大,说明在40倍乙醇用量时,阿魏酸已经基本被溶解出来。因此,选择固液比为1∶40为最佳。
2.1.4提取时间对川芎阿魏酸提取率的影响通过试验发现,随着提取时间的延长,阿魏酸的提取率基本没有变化,提取时间对其基本无影响。高压提取过程中当压力升高,溶剂在压力下进入到细胞内部,溶解有效成分,当压力在瞬间消失后,在压力差的作用下细胞膨胀爆炸,有效成分被溶出,因此提取时间长短对阿魏酸提取率影响不大。
2.2正交试验结果
由表2可以看出,根据极差分析,影响川芎阿魏酸提取率的主次因素为B、A、D、C,乙醇体积分数对川芎阿魏酸提取率的影响最大,其次是提取压力和固液比,提取时间的影响最小,得到的最优组合为A2B2C3D2,即高压提取最优条件为提取压力300 MPa、体积分数70%乙醇溶液、提取时间3.0 min、固液比1∶50。
2.3验证试验
按正交试验最优工艺条件重复验证提取3 次,川芎阿魏酸的提取率依次为0.520、0.524、0.526 mg/g,平均为0.523 mg/g。说明最优工艺稳定、可行。
2.4与回流提取方法对比试验
取相同重量的川芎样品,分别按回流提取和超高压提取的最优工艺,得到2种提取液。通过测定2种提取方法所得到的阿魏酸含量基本相同,无显著差异(表4)。从表4可以看出,超高压提取与回流提取相比,具有提取时间短、提取次数少、不需要加热,节省能源并避免加热对成分的破坏。但是从溶剂用量上超高压提取方法较回流提取要多。
3小结
根据正交试验结果,结合节约能源等综合考虑,确定常温超高压提取川芎阿魏酸的最优工艺为提取溶剂体积分数70%乙醇溶液、提取压力300 MPa、固液比1∶50、提取时间3.0 min。在最优工艺下,通过测定阿魏酸提取率为0.523 mg/g。与回流提取方法相比较,超高压提取技术具有常温不加热、提取时间短、杂质少、稳定性高、节约能源等优点,作为一种新型的提取工艺,其应用前景广阔。
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2结果与分析
2.1单因素试验结果
2.1.1乙醇体积分数对川芎阿魏酸提取率的影响从图3可以看出,乙醇体积分数对川芎阿魏酸提取率的影响比较明显,随着乙醇体积分数的增加阿魏酸提取率增加,在乙醇体积分数为70%、80%时提取率较高,当乙醇体积分数高于80%时阿魏酸提取率下降。因此,选择乙醇体积分数为60%~80%作为阿魏酸的提取溶剂。
2.1.2提取压力对川芎阿魏酸提取率的影响从图4可以看出,在100~300 MPa下,随着提取压力的增大川芎阿魏酸提取率也随之升高,当提取压力超过300 MPa后,阿魏酸的提取率变化不明显。可能在300 MPa压力下川芎细胞壁已被破坏,溶剂在压力作用下已完全进入细胞内,并将有效成分基本溶出,所以加大压力提取率变化不大。因此,选择压力200~400 MPa为宜。
2.1.3固液比对川芎阿魏酸提取率的影响从图5可以看出,随着固液比的变化,川芎阿魏酸提取率逐渐升高,在固液比为1∶40后,阿魏酸提取率变化缓慢,基本影响不大,说明在40倍乙醇用量时,阿魏酸已经基本被溶解出来。因此,选择固液比为1∶40为最佳。
2.1.4提取时间对川芎阿魏酸提取率的影响通过试验发现,随着提取时间的延长,阿魏酸的提取率基本没有变化,提取时间对其基本无影响。高压提取过程中当压力升高,溶剂在压力下进入到细胞内部,溶解有效成分,当压力在瞬间消失后,在压力差的作用下细胞膨胀爆炸,有效成分被溶出,因此提取时间长短对阿魏酸提取率影响不大。
2.2正交试验结果
由表2可以看出,根据极差分析,影响川芎阿魏酸提取率的主次因素为B、A、D、C,乙醇体积分数对川芎阿魏酸提取率的影响最大,其次是提取压力和固液比,提取时间的影响最小,得到的最优组合为A2B2C3D2,即高压提取最优条件为提取压力300 MPa、体积分数70%乙醇溶液、提取时间3.0 min、固液比1∶50。
2.3验证试验
按正交试验最优工艺条件重复验证提取3 次,川芎阿魏酸的提取率依次为0.520、0.524、0.526 mg/g,平均为0.523 mg/g。说明最优工艺稳定、可行。
2.4与回流提取方法对比试验
取相同重量的川芎样品,分别按回流提取和超高压提取的最优工艺,得到2种提取液。通过测定2种提取方法所得到的阿魏酸含量基本相同,无显著差异(表4)。从表4可以看出,超高压提取与回流提取相比,具有提取时间短、提取次数少、不需要加热,节省能源并避免加热对成分的破坏。但是从溶剂用量上超高压提取方法较回流提取要多。
3小结
根据正交试验结果,结合节约能源等综合考虑,确定常温超高压提取川芎阿魏酸的最优工艺为提取溶剂体积分数70%乙醇溶液、提取压力300 MPa、固液比1∶50、提取时间3.0 min。在最优工艺下,通过测定阿魏酸提取率为0.523 mg/g。与回流提取方法相比较,超高压提取技术具有常温不加热、提取时间短、杂质少、稳定性高、节约能源等优点,作为一种新型的提取工艺,其应用前景广阔。
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