超声辅助萃取川芎中阿魏酸工艺的优化
2016-05-14卢欢唐晓丹李博
卢欢 唐晓丹 李博
摘要：采用超声辅助萃取川芎（Lizusticumchuanxiong）中阿魏酸，优化其最佳提取工艺。结果表明，阿魏酸提取的最佳工艺条件为1.0mol/L的[BMIM]BF4为萃取溶液，按料液比1：6（g：mL）在70℃条件下超声提取50min，提取1次，阿魏酸提取率为0.0733%。相同条件下，离子液体对阿魏酸的提取能力优于传统溶剂，此工艺稳定可行。
关键词：川芎（Ligusticumchuanxiong）；阿魏酸；离子液体；萃取
中图分类号：R282 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）09-2335-04
川芎（Lieusticumchuanxiong）是中国最常用的中药材之一。阿魏酸是川芎中主要的药效成分，国际公认的天然抗氧化剂，也是近几年来认知度较高的防癌物质，阿魏酸具有抗氧化、降血脂、防癌和防冠心病等生理功能。已被广泛应用于医药、化妆品、保健品和食品添加剂等领域。目前。阿魏酸的提取工艺主要有碱法提取法，酶法一碱法协同提取，超声辅助碱醇提取法等。离子液体是近年来兴起的一种极具应用前景的绿色溶剂，以其特有的优良溶解性、强极性、不挥发等特点，在电化学、萃取分离、材料制备等诸多领域得到广泛应用。尽管离子液体萃取技术已在多种分离过程中得到应用，但以天然活性物质为分离对象的离子液体萃取研究目前在国内外尚属起步阶段。本试验以离子液体为萃取溶剂，采用超声波辅助萃取川芎中阿魏酸，优化其提取工艺，以期为川芎中阿魏酸的提取工艺发展提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料、试剂与仪器
川芎药材（安徽亳州常富药业有限公司）：阿魏酸对照品（HPLC纯度≥98%，阿拉丁试剂有限公司）；甲醇（色谱纯，Fisher试剂）、氯化-1-丁基-3-甲基咪唑（[BMIM]C1）、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[BMIM]BF4）、1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[HMIM]BF4）、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（[BMIM]PF6）、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（[HMIM]PF6）（上海成捷化学试剂有限公司）；其余试剂均为分析纯。LC-10ATVP型高效液相色谱仪、SPD-10A型紫外检测器（日本岛津公司）：N2000型色谱数据工作站（浙江大学智达信息工程有限公司）：SB2200型超声器（上海申波超声公司）。
1.2 试验方法
1.2.1 检测条件 HPLC色谱条件Agilent色谱柱（C18，150min×4，6mmi.d.，5μm）；流动相甲醇1%的冰醋酸水溶液（30：70）：流速0.8mL/min：检测波长320nm：柱温25℃。
精确称取阿魏酸对照品1，250mg，流动相稀释至25mL，浓度为50μg/mL，配制阿魏酸标准系列浓度，得到阿魏酸在1～35μg/mL范围内线性关系良好，回归方程为A=80003C-45455，R2=0.9996。
1.2.2 阿魏酸的提取 超声波辅助萃取：精确称取川芎粉末0.5g于圆底烧瓶中，加入0.75mol/L[BMIM]BF4离子液体浸润30min后，按照1：10（g：mL，下同）的料液比超声提取30min，提取温度60℃，冷却至室温。过滤。传统有机溶剂提取：精确称取4份0.5g川芎粉末于圆底烧瓶中，分别加入60%甲醇、60%乙醇、氯仿和乙酸乙酯各5mL，在其他萃取条件与离子液体超声萃取相同的情况下，萃取阿魏酸。滤液经0.45μm滤膜过滤后进行HPLC检测（图1），按照以下公式计算提取率：
式中，Y为阿魏酸提取率（%）：C为阿魏酸浓度（μg/mL）；V为体积（mL）；N为稀释倍数；m为原料质量（g）。
1.2.3 单因素试验
1）不同萃取溶剂对阿魏酸提取率的影响。采用[BMIM]Cl、[BMIM]BF4、[HMIM]BF4、[BMIM]PF6和[HMIM]PF6五种离子液体溶液为萃取溶剂，料液比1：10。60℃提取30rain。前三种为亲水性离子液体，用水稀释至5mL，后两种为疏水性离子液体。用乙醇稀释至5mL。
2）不同离子液体浓度对阿魏酸提取率的影响。分别加入浓度为0.25、0.50、0.75、1.00、1.25mol/L的[BMIM]BF4，按1：10的比例加入去离子水5mL，60℃超声提取30min。
3）不同料液比对阿魏酸提取率的影响。以料液比1：4、1：6、1：8、1：10、1：12、1：14，0.75mol/L的[BMIM]BF4为萃取溶剂，60℃超声提取30min。
4）不同超声时间对阿魏酸提取率的影响。超声时间分别为10、20、30、40、50、60rain，按1：6的比例加入0.75mol的[BMIM]BF4，60℃超声提取。
5）不同提取温度对阿魏酸提取率的影响。0，75moL/L的[BMIM]BF4为萃取溶剂，分别在40、50、60、70、80、90℃，按1：6的料液比超声提取50min。
6）不同提取次数对阿魏酸提取率的影响。以料液比1：6，0.75mol/L的[BMIM]BF4为萃取溶剂，在80℃时超声提取50min，共提取两次。
1.2.4 正交试验 在单因素试验基础上，以阿魏酸提取率为考察指标，离子液体浓度、超声时间、超声温度、料液比为试验因素，进行，L9（34）正交试验（表1），确定川芎中阿魏酸提取的最佳工艺。
2 结果与分析
2.1 离子液体与传统有机溶剂的对比
采用传统溶剂与0.75mol/L[BMIM]BF4离子液体进行超声萃取川芎中阿魏酸，得到0.75mol/L[BMIM]BF4、60%甲醇、60%乙醇、氯仿和乙酸乙酯阿魏酸提取率分别为0.0402%、0.0367%、0.0327%、0.0308%、0.0267%，采用[BMIM]BF4进行萃取，川芎中阿魏酸提取率明显高于其他传统溶剂。
2.2 单因素试验结果
2.2.1 不同萃取溶剂对阿魏酸提取率的影响不同萃取溶剂对川芎中阿魏酸提取率的影响如图2所示。采用[BMIM]BF4进行萃取，所得川芎中阿魏酸提取率最高，提取效果明显优于其他4种离子液体。阴离子分别为BF4-、Cl-与PF6-的3种离子液体。阿魏酸萃取效率随着这3种阴离子的亲水性降低而逐渐降低。离子液体阴离子同是[BF4]-时，对阿魏酸的萃取效率[BMIM]BF4>[HMIM]BF4，其原因可能是离子液体是由阳离子咪唑环上2-C的H原子与阴离子[BF4]-中氟原子的氢键作用缔合形成，若离子液体咪唑环上与2-C相邻的烷基链延长，当阿魏酸与离子液体作用时，空间位阻效应阻碍了阿魏酸与离子液体中氟原子的相互作用，从而导致其萃取效率随咪唑环上烷基链的增长而降低。
2.2.2 不同离子液体浓度对阿魏酸提取率的影响不同离子液体浓度对川芎中阿魏酸提取率的影响如图3所示。浓度为0.75mol/L[BMIM]BF4对阿魏酸的溶解度最好，当离子液体浓度大于0.75mol/L时，阿魏酸提取率下降。这可能是当浓度增加到一定值时，溶液的黏度较大、扩散能力变差，[BMIM]BF4较难渗透到样品内部，造成溶出物溶解性减小。
2.2.3 不同料液比对阿魏酸提取率的影响 不同料液比对川芎中阿魏酸提取率的影响如图4所示。料液比为1：6时，川芎中阿魏酸全部溶出。提取率达到最大。即使再增加溶剂的量，提取率也不再增加，是因为溶剂已将有效物质充分浸出。
2.2.4 不同超声时间对阿魏酸提取率的影响 不同超声时间对川芎中阿魏酸提取率的影响如图5所示。超声10-50min，川芎中阿魏酸提取率缓慢上升，50min时阿魏酸提取率达到最大。这可能是由于阿魏酸的溶出过程是固体溶质向溶剂主体传递的过程。在阿魏酸与[BMIM]BF4未达到扩散平衡前，提取时间越长被提取物与提取溶剂相互作用时间越长，阿魏酸提取率越高。当扩散达到平衡时，即使再延长时间，提取率也不会增加。
2.2.5 不同提取温度对阿魏酸提取率的影响
由图6可知，川芎中阿魏酸的提取率随温度升高而增大，80℃时提取率为0.0575%，达到最大值。原因是温度升高。分子运动速度加快，加速植物细胞壁的破裂，使细胞内的阿魏酸容易浸出，提取率升高：高于80℃时，提取率下降，可能是升高温度会使多糖及其他杂质溶出量增多而使阿魏酸提取率下降。
2.2.6 不同提取次数对阿魏酸提取率的影响 提取第一次后过滤得到滤液，滤渣加入离子液体溶液相同条件下提取第二次。第一次川芎中阿魏酸提取率为0.0682%，第二次提取率为0.0104%。因此。提取1次就可以将阿魏酸最大程度提取出来。
2.3 正交试验结果
在单因素试验基础上，以阿魏酸提取率为考察指标，选用L9（34）进行正交试验，结果见表2。由极差分析可知，对川芎中阿魏酸提取率影响的大小顺序为超声时间、离子液体浓度、超声温度、料液比。各因素的最优水平组合为A3B3C2D2，即阿魏酸最佳提取工艺条件为每克阿魏酸粉末加入1.0mol/L[BMIM]BF4，按1：6的比例加入去离子水，浸润90min后，在70℃条件下超声提取50min，提取1次。验证试验表明，阿魏酸平均提取率为0.0733%，RSD为0.79%。
3 小结
本试验研究超声辅助萃取川芎中阿魏酸的最佳工艺条件为每克阿魏酸粉末加入1.0mol/L[BMIM]BF4，按1：6的比例加入去离子水，浸润90min后，在70℃条件下超声提取50min，提取1次。在最佳工艺条件下，阿魏酸平均提取率为0.0733%。相同条件下，[BMIM]BF4离子液体对阿魏酸的萃取效果优于传统溶剂。试验通过优化方法找到了一条较为简单、合理的提取阿魏酸的工艺路线，为川芎资源的合理利用提供参考依据。
