超高压法提取荨麻中3,4-二香草基四氢呋喃的工艺研究

苏学辉，刘玲，姚德坤,*，吴海龙

(1.大兴安岭科丽尔生物工程有限责任公司，黑龙江大兴安岭165012 ；

2. 大兴安岭林格贝寒带生物股份有限公司，黑龙江大兴安岭165012)



超高压法提取荨麻中3,4-二香草基四氢呋喃的工艺研究

苏学辉1，刘玲1，姚德坤1,2*，吴海龙2

(1.大兴安岭科丽尔生物工程有限责任公司，黑龙江大兴安岭165012 ；

2. 大兴安岭林格贝寒带生物股份有限公司，黑龙江大兴安岭165012)

摘要：对超高压法提取荨麻中的3,4-二香草基四氢呋喃的工艺进行了研究，以3,4-二香草基四氢呋喃提取率为评价指标，在单因素试验的基础上，利用响应面法(Response Surface Methodology)对超高压萃取的条件进行优化。响应面法优化超高压提取的结果是在提取时间22min、提取压力206MPa、料液比9∶1的条件下，3,4-二香草基四氢呋喃的提取率最佳，可达104.06%。

关键词：荨麻；3,4-二香草基四氢呋喃；超高压提取；响应面

荨麻别名蜇人草、咬人草、蝎子草，防盗草、无情草、植物猫、咬人猫，为荨麻科荨麻属多年生草本植物，叶对生，雌雄同株或异株，其茎叶上的蜇毛有毒性(过敏反应)，它的毒性使皮肤接触后立刻引起刺激性皮炎。荨麻全草可以入药，其味苦、辛，性温，有小毒。具有祛风定惊、消食通便之功效。主治风湿性关节炎、产后抽风、小儿惊风、小儿麻痹后遗症、高血压、消化不良、大便不通；外用治荨麻疹初起、蛇咬伤等。荨麻全草含多种维生素、鞣质。茎皮主要含蚁酸、丁酸及有刺激作用的酸性物质等。

荨麻科有47属，约1300种，分布于两半球热带与温带。我国有25属，352种，26亚种，63变种， 3变型，产于全国各地，多数种类喜好生于阴湿环境。本科许多种类的茎皮富含纤维，如苎麻属、水麻属等都为重要的纤维植物。苎麻属、荨麻属、蝎子草属等的种子可榨油，供工业用。有些种类可作药用[1]。该科药用植物中，除极少数作中药外，多为民间用药[2]。本科众多的属、种多数具有抗菌消炎、活血化瘀、抗蛇毒、抗风湿的效果[3]。

3，4 二香草基四氢呋喃是一种对人类健康有显著保健作用的天然活性物质，在国外用于精神科用药，已引起国际社会的普遍关注。近年来，人们发现天然植物荨麻中含有大量的3，4 二香草基四氢呋喃，由于其原料荨麻野生生长范围较广，从中提取3，4 二香草基四氢呋喃并且取得了可喜进展。目前所用的常规提取方法的分离效果远远不如超高压提取再进行硅胶柱层析分离的效果，使得荨麻当中的各种活性成分的提取分离受到严重制约[4-6]。超高压技术是在常温及近常温条件下对原料施加以压力大于100流体静压力的一种处理方法，超高压力可使溶剂进入植物细胞内部，泄压后溶剂可带着有效成分而溢出，实现植物有效成分的高提取效率。

1材料与方法

1.1主要试验材料

荨麻：产自黑龙江省大兴安岭地区松岭区小扬气镇；3,4-二香草基四氢呋喃标准品：Sigma公司。

1.2主要仪器及设备

TD5A大容量低速离心机：金坛市城西春兰实验仪器厂；YRE-201D旋转蒸发仪：巩义市予华仪器有限责任公司；QE-300粉碎机：浙江屹立工贸有限公司；ACS-30电子案秤：青岛海亿达衡器有限公司；FA2004N电子天平：上海菁海仪器有限公司；DZF-6050真空干燥箱：巩义市予华仪器有限责任公司；Agilent 1260高效液相色谱仪：安捷伦科技(中国)有限公司；HPP.L3-500/0.8超高压提取器：天津市华泰森淼超高压设备有限公司。

1.3提取工艺路线

1.4有机溶剂的选择

本研究比较了石油醚、乙酸乙酯、甲醇、乙醇/水(40/60)、乙醇/水(60/40)、乙醇/水(80/20)、乙醇/水(95/5)分别作为提取溶剂的效果。本实验方法：准确称取一定质量的荨麻，粉碎后加入5L的提取溶剂于超高压提取器中，提取20min，提取压力为200MPa。

1.5超高压提取工艺条件的优化

超高压提取过程中，选取萃取时间、萃取压力和料液比3个主要因素分别进行单因素试验，然后通过响应面法对萃取工艺进行优化以获得最佳萃取条件。

提取时间的单因素试验：准确称取6份一定量的荨麻，粉碎后分别转入超高压提取器中，加入物料重量5倍体积的提取溶剂，在200MPa的压力下于超高压提取装置中分别萃取5、10、20、30、40、50min。提取压力的单因素试验：准确称取5份一定量的荨麻，粉碎之后将其分别转入超高压提取器中，加入物料重量5倍体积的提取溶剂，分别在100、150、200、250、300MPa的压力下提取20min。

料液比的单因素试验：准确称取5份一定量的荨麻，粉碎之后将其分别转入超高压提取器中，按提取溶剂与原料比(V/m)为4∶1、6∶1、8∶1、10∶1、12∶1的料液比加入提取溶剂，在200MPa的压力下于超高压提取装置中提取20min。

2结果与分析

2.1有机溶剂的确定

采用不同的有机溶剂对3,4-二香草基四氢呋喃进行提取，结果见表1。

表1　不同有机溶剂的效果

由表1可知，混合溶剂对3,4-二香草基四氢呋喃的提取的提取效果最好，因为混合溶剂的极性和3,4-二香草基四氢呋喃的极性相似；其中，乙醇/水(60/40)混合溶液的提取率最大，且这种溶剂无毒，因此在本实验过程中确定乙醇/水(60/40)的混合液作为最佳萃取溶剂。

2.2单因素试验

经单因素试验，得出当超高压提取时间达到20min，提取压力达到200MPa，料液比为8∶1时为宜。2.3响应面法优化3,4-二香草基四氢呋喃的提取条件在单因素试验的基础上，根据Box-Behnken中心组合设计原理，本试验以提取率Y为响应值，利用Design Expert 8.0.6软件设计了三因素三水平的响应面法试验，共有17个试验点。因素水平见表2；试验设计和结果见表3。

表2　因素水平表

表3　Box-Behnken 设计方案及响应值结果

2.3.1方差分析。利用软件对实验结果进行二次多元回归拟合，对表3的数据进行方差分析后得到模型的二次多项回归方程为：

提取率=+102.76+4.50A+4.27B+2.98C-2.78AB-0.89AC-0.82BC-10.18A2-14.41B2-4.20C2

方差分析的结果见表4。

由表4可知，失拟项不显著(P=0.3384>0.05),而模型的P值为<0.0001，小于0.05，表明模型显著。从表4还可以看出因素一次项(A、B、C)、二次项(A2、B2、C2)、交互相AB对结果影响是显著的(P<0.05)，而交互相BC和AC对结果影响是不显著的(P>0.05)。

表4　方差分析

2.3.2回归模型的优化

表5　去掉交互项AC和BC后的优化结果

由于交互相BC和AC对结果影响是不显著的(P>0.05)，因此采用手动优化的方法对回归模型进行优化，优化的结果见表5。

经手动优化后的回归方程为：

提取率=+102.76+4.50A+4.27B+2.98C-2.78AB -10.18A2-14.41B2-4.20C2

2.3.3响应面曲面分析。经对手动优化后的回归方程中的AB交互项所做的响应面曲面见图1。

由图1可知，当液料比一定时，3,4-二香草基四氢呋喃提取率随着提取时间的延长和提取压力的增加都是先增加后减小；图1的响应曲面图呈钟罩型，说明提取时间和提取压力的交互作用比较显著，这和表5的结果一致(交互项中AB的P值最小)。

图1提取时间A与提取压力B对3,4-二香草基四氢呋喃提取率的影响

2.2.4最佳提取条件的预测和验证

通过Design Expert 8.0.6软件经手动优化后的回归方程求解，在试验的因素水平范围内预测超高压提取的最佳条件为：提取时间22.04min，提取压力206.42MPa，液料比8.71∶1，在此条件下3,4-二香草基四氢呋喃提取率可达104.02%。由于试验操作的可行性，将超高压提取的最佳条件修正为：提取时间22min、提取压力206MPa、料液比9∶1，在此条件下进行3次验证性试验，测得的3,4-二香草基四氢呋喃的提取率的均值为104.06%，与理论预测值104.02%的相对误差很小，说明经手动优化后的回归方程对超高压法提取3,4-二香草基四氢呋喃进行分析和预测非常可靠。

3结论

响应面法预测超高压提取的最佳条件为：提取时间22.04min，提取压力206.42MPa，液料比8.71∶1，此时3,4-二香草基四氢呋喃提取率可达104.02%。修正后3,4-二香草基四氢呋喃的最佳提取条件为：提取时间22min、提取压力206MPa、料液比9∶1，在此条件下3,4-二香草基四氢呋喃的提取率可达104.06%，与理论预测值104.02%的相对误差很小。

参考文献

[1]中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志(第23卷第二分册)[M].北京:科学技术出版社, 1995.

[2]岳俊三.我国荨麻科的药用植物资源[J].中草药, 1987, 18(7):29- 32.

[3]李明生.漫话福建荨麻科药用植物[J].福建中医药, 1993, 24(3):42- 43.

[4]冀保全, 冯宝民, 史丽颖, 等. 荨麻根中化学成分的研究[J]. 中国药学杂志, 2009 (18): 1372-1374.

[5]闫兴国, 冀保全, 周渊, 等. 三角叶荨麻根的化学成分[J]. 沈阳药科大学学报, 2008, 25(11): 880-882.

[6]王炜, 周渊, 唐玲, 等. 滇藏荨麻根中化学成分的分离与鉴定[J]. 沈阳药科大学学报, 2008, 25(9): 711-713.

中图分类号:S789.9

文献标识码:A

作者简介：苏学辉( 1981-)，男，硕士，工程师，主要从事食品加工和天然植物有效成分提取技术研究，E-mail: sxh@lgberry.com；*通讯作者：姚德坤，E-mail: ydk2266@163.com 。

基金项目：国家林业局948项目(2013-4-21)

收稿日期 ：2016-01-15

DOI.:10.13268/j.cnki.fbsic.2016.02.002