超声波-双水相萃取印楝素工艺的研究

王佳静，王曼，栾龙，孙润广

超声波-双水相萃取印楝素工艺的研究

王佳静1，王曼1，栾龙2，孙润广1

(1. 陕西师范大学物理学与信息技术学院，陕西西安710062；2. 南京大渊生物技术工程有限责任公司，江苏南京211800)

采用超声波耦合乙醇-硫酸钠双水相提取印楝素，将超声功率密度，超声时间，超声辐射方式作为其影响因素，并分别进行单因素实验和正交实验对其进行研究，最终确定了超声波双水相提取印楝素的最佳工艺。最佳工艺条件为：功率密度为2.4 w/cm2，时间为30 min，辐射方式为7s/10s。并且影响印楝素超声提取率的主次因素为功率密度>辐射方式>超声时间，最优条件下印楝素的提取率为0.3200%。

超声波；印楝素；双水相

0 引言

当前，人们更加重视从天然植物资源中提取植物源农药[1,2]。该农药在自然生态环境中广泛存在，资源丰富，绝大多数植物源农药具有低毒性，不会破坏生态环境，而且残留少，选择性强，对天敌影响小。虫害和病菌对该农药难以产生抗药性，使用寿命长[3]。有的植物源农药把害虫或病菌杀死后，其遗体残骸上的病菌还可以再浸染拓展到同类靶标生物上，增加害虫或病菌死亡的数量和区域，降低使用成本[4]。由此，使用植物源农药具有十分重要的现实意义。

印楝素作为一种高效的生物农药，几乎对所有植物害虫都具有驱杀效果，是对人类安全性极高的天然农药。目前，超声波提取印楝素的方法已有很多报道[5-7]，但大多都局限在超声波总功率的层面上，这样印楝素提取率就受容器大小的影响比较大，为工业生产带来很大的麻烦。本文从超声功率密度的角度出发，避免了超声容器的大小对印楝素提取的影响。

双水相是由一种或两种高分子化合物与一种盐类在水中所形成的的互不相溶的两相体系，根据被分离物在两相中的分配不同，从而实现分离。本文采用乙醇与盐形成双水相进行萃取[8]，与传统的油-水溶剂萃取相比，双水相萃取具有活性损失小、分离步骤少、操作条件温和，不存在有机溶剂残留问题等优点，避免了使用有毒、易燃的有机溶剂的问题。本文将超声的提取与双水相萃取相结合，从超声功率密度、超声时间、超声辐射方式三个因素进行研究，分别进行了单因素实验和正交实验，最终确定最佳超声参数，为今后印楝素的工业生产奠定了技术支撑。

1 实验材料和方法

1.1 材料和仪器

材料：印楝素种仁(南京九康生物科技发展有限公司提供)，石油醚，乙醇，硫酸钠，乙腈(分析纯级)。

仪器：FZ102型植物用粉碎机(天津泰斯特有限公司)，JY98-Ⅲ超声波细胞粉碎机(宁波新芝生物科技有限公司)，Huihong-3118A超声波功率(声强)测量仪(富阳市辉煌超声设备有限公司)，RE-52AA旋转蒸发器(上海亚荣生化仪器厂)，FD-IA冷冻干燥机(北京博医康实验仪器公司)，Waters1525高效液相色谱仪，2487紫外检测器。

1.2 试验方法

将印楝种仁粉碎，然后用石油醚按1:5进行脱脂三次，获得印楝饼，用75%乙醇按料液比1:3进行超声提取三次，整个提取过程处于冰水浴中，防止超声时溶液温度过高导致印楝素分解。将提取液进行双水相分相，取醇相进行浓缩后冷冻干燥，获得印楝素粗品，高效液相检测其含量。

1.3 双水相的配置

本实验采用乙醇-硫酸钠双水相，其中水溶性有机溶剂为乙醇，成相的盐为硫酸钠，硫酸钠溶液按盐:水=60:100进行配置，用乙醇提取液和硫酸钠溶液按1:1进行混合获得双水相。

1.4 检测方法

运用高效液相进行检测[9,10]，检测条件为色谱柱：C18，ODS—35 um 250×4.6 mm；流动相：乙腈：水=40:60；流速：1 ml/min；检测波长：218 nm；进样量：20 ul；柱温：25℃。

1.5 超声波提取印楝素单因素实验

1.5.1 超声功率密度单因素实验

分别取脱脂后的印楝饼20 g，超声波频率为25 kHz，料液比为1:3，超声时间30 min，辐射方式为6 s/10 s，超声功率密度大小分别为1.8、2.0、2.2、2.4、2.6、2.8 W/cm2，进行超声提取，计算提取率，确定最佳超声功率密度。

1.5.2 超声时间的单因素实验

分别取脱脂后的印楝饼20 g，超声波频率为25 kHz，料液比为1:3，超声功率密度为2.4 W/cm2，辐射方式为6 s/10 s，超声时间分别为15、30、45、60、90、120 min，进行超声提取，计算提取率，确定最佳超声时间。

1.5.3 超声辐射方式单因素实验

分别取脱脂后的印楝饼20 g，超声波频率为25 kHz，料液比为1:3，超声功率密度为2.4 W/cm2，超声时间为30 min，辐射方式分别为5 s/10 s，6 s/10 s，7 s/10 s，8 s/10 s，9 s/10 s，10 s/10 s，进行超声提取，计算提取率，确定最佳超声辐射方式。

1.6 超声提取印楝素正交实验设计

根据单因素试验，对影响印楝素超声提取的主要因素：超声功率密度、超声时间、超声辐射方式，按照正交表进行正交实验设计，正交试验因素水平见表1，确定最佳超声提取工艺。

表1 超声提取印楝素的正交试验因素

1.7 传统搅拌对比试验

传统搅拌提取方法为：分别取脱脂后的印楝饼20 g，用75%乙醇按料液比1:3进行搅拌辅助提取三次，提取时间分别为30、45、60、75、90、105、120 min进行搅拌提取。检测提取率，确定搅拌提取最佳时间。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 超声功率密度对印楝素提取的影响

由图1可知，超声功率密度为2.4 W/cm2时，印楝素的提取率明显高于其他功率密度下的提取率，当超声功率密度小于2.4 W/cm2时，提取率随着超声功率密度的增加而升高，当超过2.4 W/cm2时，提取率开始下降，因此超声功率密度不宜过大，最佳的超声功率密度为2.4 W/cm2。

2.1.2 超声时间对印楝素提取率的影响

由图2可知，当超声时间在30 min时，印楝素的提取率最高，在30 min之前随着超声时间的延长提取率逐渐升高，但在30 min后随着时间的延续提取率逐渐降低，可能是超声时间过长，溶液局部温度上升使得部分印楝素分解，因此最佳的超声提取时间为30 min。

2.1.3 超声辐射方式对印楝素提取率的影响

由图3可知，当超声波辐射方式为7 s/10 s的时候，提取率最高，在辐射方式为7 s/10 s之前随着辐射方式的改变提取率逐渐升高，在7 s/10 s之后随着辐射方式的改变提取率逐渐降低，因此最佳的超声辐射方式为7 s/10 s。

2.2 超声正交实验结果与分析

表2 超声提取印楝素结果与分析

2.3 传统搅拌提取实验结果

由图4可知，当搅拌时间为90 min时提取率达到最大，提取率为0.230%。

3 结论

采用超声波双水相提取印楝素，能够有效地提高印楝素的提取率，本文从超声功率密度以及其他单因素试验出发进行实验，最终得到了最佳的超声波提取工艺，即超声功率密度为2.4 W/cm2，超声时间为30 min，超声辐射方式为7 s/10 s，印楝素的最大提取率为0.3200%，比传统的搅拌提取节约了时间，提高了产率，并且双水相的使用，避免了在使用有机溶剂进行萃取的过程所造成的污染。更重要的是本文采用超声功率密度，不再使用传统的超声功率这一笼统的因素，避免了超声容器带来的影响，为今后的工业生产带来了更大的便利。

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The study of ultrasound-aqueous two-phase extraction process of azadirachtin

WANG Jia-jing1, WANG Man1, LUAN Long2, SUN Run-guang1.

(1.College of Physics and Information Technology, Shaanxi Normal University, Xi'an 710062, Shaanxi, China;2.Nanjing Potomac Bio-Technology Co,Ltd,Nanjing211800, Jiangsu, China)

In this paper，the method of ultrasonic assisted double water phase is used to extract azadirachtin. In order to obtain the best technology of extracting azadirachtin, many influence factors are studied, such as ultrasonic power density,action time and the way of radiation method. Meanwhile, the single factor and orthogonal experiments are performed separately to investigate the extraction of azadirachtin. Finally, the optimum conditions of extracting azadirachtin is gained when the ultrasonic power density, action time and radiation mode are 2.4w/cm2, 30min and 7s/10s respectively. The influence degrees from strong to weak are in order caused by ultrasonic power density,radiation mode and ultrasonic action time. The extracted yield of azadiraehtin reaches 0.3200% under optimal conditions.

ultrasonic; azadirachtin; aqueous two-phase

Q62

A

1000-3630(2015)-01-0043-04

10.16300/j.cnki.1000-3630.2015.01.008

2013-11-15;

2014-03-02

国家自然科学基金资助项目(10874108)、陕西省自然科学基础研究计划(SJ08A16)资助项目。

王佳静(1988－), 男, 陕西省咸阳市人, 硕士研究生, 研究方向为超声提取天然产物化学。

孙润广, E-mail: sunrunguang@snnu.edu.cn