微波辅助萃取超微冻干人参粉总皂苷的研究

吕平（天津职业大学生物与环境工程学院，天津300402）

微波辅助萃取超微冻干人参粉总皂苷的研究

吕平
（天津职业大学生物与环境工程学院，天津300402）

对人参冻干超微粉的总皂苷微波辅助萃取工艺进行优化。试验结果表明人参总皂苷微波萃取的最优条件是：乙醇浓度为85%；萃取时间为25 min；萃取温度为60℃；料液比为1∶12（g/mL），萃取次数为3次。在此条件下人参总皂苷含量可达12.69 mg/L。微波萃取相比回流萃取法、索式萃取法、浸渍法和渗漉法，其人参总皂苷含量提高29%～41%，表明微波萃取人参中总皂苷是一种高效可行的制备方法。

微波萃取；人参；总皂苷

人参是一种名贵中药材，其主要生物活性和药理成份是人参皂苷。从人参中提取总皂苷的方法一般有浸渍法［1］、渗漉法［2］、煎煮法［3］、回流法［3］、索氏提取法［4］、超临界CO2萃取法［5］、超高压法［6］等。但上述这些方法不同程度地存在得率低、提取时间长、能耗大，或不易实现产业化等问题。微波萃取技术是近十年来被广泛应用的一种新型萃取技术。微波萃取技术是利用高频电磁波穿透物料，使细胞内部温度快速上升，细胞膨压超过细胞壁所能承受压力，从而实现细胞破裂，有效成分自由流出，并在较低温度下溶解于萃取溶剂中。同时，微波所产生的电磁场可加速被萃取组分的分子由固体内部向固液界面扩散的速率，从而缩短萃取扩散时间，提高萃取效率。它同传统的人参总皂苷萃取方法相比，具有萃取速度快、效率高的特点；同CO2超临界萃取和超声波萃取等方法相比，具有投资少、萃取回收率高、易于实现工业化等优点。因此，课题组在人参冷冻干燥、超微粉碎基础上重点优化了人生总皂苷的微波萃取条件，以期为人参总皂苷高效率工业化制备提供参考资料。

1　材料与方法

1.1材料、试剂与仪器

人参：白山银岭特产贸易有限公司，取鲜人参，洗净、沥干、切片（厚度3 mm），制成试样。

乙醇、丙酮、正丁醇：天津市化学试剂一厂；人参皂苷Re标准品：上海极威生物科技有限公司；甲醇（色谱级）：天津康科德化工有限公司。

冻干机：西安比朗生物科技有限公司；KQM-X4 （/B）型行星式球磨机：咸阳金宏通用机械有限公司；MARS5微波萃取仪：美国CEM公司；LC-20A液相色谱仪：日本岛津。

1.2方法

1.2.1人参片的冷冻干燥

将人参片放入冻干机预冻4h后，板温已达-26.8℃、料温为-20.1℃、室温-18.5℃。此时开启后厢制冷，达到3.6 h后即板温-38℃、料温-33℃、室温-29℃时，开始抽真空。达到3.2 h后即板温-36℃、料温-32℃、室温-26.5℃，开启加热管加热，板温升高，精确控制加热速率，直到板温和料温基本接近时，判定冻干过程结束。停止加热，关真空泵，关制冷机，待料温下降至室温时，开启放气阀，迅速取出冻干人参片，进行后续粉碎。

1.2冻干人参片的超微粉碎

将冻干人参片放入行星式球磨机中，粉碎20 min得到人参微粉。行星式球磨机的公转速度为360 r/min，自转速度为600 r/min。粉碎选用聚胺脂磨罐，氧化铝磨介，物料和磨介比为1∶1。

1.3人参总皂苷微波萃取工艺研究

称取1 g冷干超微人参粉末放入微波萃取仪，按照设定条件进行提取、过滤、减压浓缩，浓缩液定容至10mL备用，测定总皂苷含量。为考察单因素对人参总皂苷提取的影响，以人参总皂苷含量为考察指标，分别设置不同类型萃取溶液、不同萃取溶剂浓度、萃取时间、萃取温度、萃取次数、萃取溶剂和料液比进行萃取试验。微波萃取试验的基础条件为：料液比1∶18（g/mL）、萃取时间10 min、萃取温度40℃、萃取次数2次。在单因素试验的基础上再设计正交试验，以全面考察微波萃取中各因素对总皂苷提取的影响。

1.4人参总皂苷的测定（HPLC法）

准确称取人参皂苷Re标准品0.00153g置于5mL量瓶中，先加人3 mL色谱纯甲醇溶解，超声振荡1 min，然后用甲醇定容，置4℃冰箱中密封保存备用。分别吸取标准品溶液配成标准品溶液系列，使标准品溶液的浓度为0.035 1、0.070 2、0.140 4、0.280 8、0.388 0 mg/mL。

采用液相色谱仪，Diamonsil-C18ODS色谱柱（5 μm，250mm×4.6mm），柱温：36℃，检测波长为210nm，进样体积5 μL，流动相由乙睛和水（0.05%磷酸）组成，流速1.0 mL/min，梯度洗脱程序为：0～15 min，乙睛的体积分数为20%～25%；15 min～35 min，乙睛的体积分数为25%～45%；35 min～45 min，乙睛的体积分数为45%～60%；45 min～60 min，乙睛的体积分数为60%～100%；60 min～65 min，乙睛的体积分数为100%。人参总皂苷Re的保留时间为26.68 min，标准曲线为：y=2.465× 10-7x-3.996×10-3（R2=0.998 91）。

2　结果与分析

2.1单因素对人参总皂苷微波萃取的影响

2.1.1萃取溶剂对人参总皂苷微波萃取的影响

在微波萃取人参总皂苷的单因素试验中，首先要合理选择萃取溶剂。为此试验中选取了60%乙醇水溶液、60%丙酮水溶液和正丁醇3种常用的萃取溶剂，进行对比试验。试验结果见表1。

表1　萃取溶剂对人参总皂苷提取效率的影响Table 1　Effect of extraction solvent on the extraction efficiency oftotal saponins

表1表明，60%丙酮溶剂萃取后总皂苷含量较高、60%乙醇溶剂次之，正丁醇溶剂最低，但3种萃取溶剂萃取后总皂苷含量差距不大于5%。虽然丙酮溶剂相对乙醇溶剂总皂苷含量稍高一点，但乙醇价格便宜，而且安全性高，在实际生产中已广泛应用。因此，在本试验中选取乙醇为微波萃取溶剂。

2.1.2乙醇浓度对人参总皂苷微波萃取的影响

在确定乙醇为萃取溶剂后，还要确定最佳的乙醇溶剂浓度，为此设置了40%、55%、70%、85%、100%乙醇浓度进行萃取试验。结果见表2。

表2　乙醇浓度对人参总皂苷提取效率的影响Table 2　Effect of ethanol concentration on the extraction efficiency of total saponins

表2表明，随着乙醇浓度的提高，人参总皂苷含量不断增加，但100%乙醇时，总皂苷的含量反而降低。乙醇浓度在70%和85%时总皂苷含量基本一致，从节约萃取试剂，降低生产成本角度考虑，选择70%乙醇溶液为最佳萃取溶剂。

2.1.3萃取时间对人参总皂苷微波萃取的影响

人参总皂苷萃取中，萃取时间是个很重要的参数，因为它对后续放大工艺中的生产时间和生产效率都有显著影响。为此，试验设置了5、10、15、20、25 min的萃取时间进行试验，试验结果见表3。

表3表明，随着萃取时间延长，人参总皂苷含量呈现先增加后降低的趋势，在20 min时，总皂苷的含量最高，达到11.08 mg/L。因此，最佳的微波萃取时间为20 min。

表3　萃取时间对人参总皂苷提取效率的影响Table 3　Effect of extraction time on the extraction efficiency of total saponins

2.1.4料液比对人参总皂苷微波萃取的影响

人参冻干超微粉（g）与70%乙醇（mL）溶液之比为本试验的料液比，料液比对人参总皂苷的提取效率有着重要的影响。为此，分别设计了1∶6、1∶12、1∶18、1∶24 和1∶30（g/mL）的料液比进行试验，结果见表4。

表4　料液比对人参总皂苷提取效率的影响Table 4　Effect of solid-liquid ratio on the extraction efficiency of total saponins

表4表明，随着料液比的减小，总皂苷含量不断升高。在一般情况下，料液比越小，萃取率越高，但料液比的减小会增加萃取溶剂的用量，给溶剂的回收带来困难，明显增加人参总皂苷的萃取成本。本试验中物料比在1∶24（g/mL）和1∶30（g/mL）的情况下，两者的总皂苷含量接近，因此人参皂苷微波萃取的最佳物料比应为1∶24（g/mL）。

2.1.5萃取温度对人参总皂苷微波萃取的影响

微波萃取中温度的控制是关键性因素之一，温度的提高一方面会增加萃取的效率，同时微波萃取会在瞬间释放大量热量，使部分人参总皂苷降解，从而降低人参总皂苷的含量。为此，试验分别设置了30、40、50、60、70℃进行对比试验，结果见表5。

表5　萃取温度对人参总皂苷提取效率的影响Table 5　Effect of extraction temperature on the extraction efficiency of total saponins

表5表明，随着温度提高，人参总皂苷含量变化呈现单峰曲线，最佳的温度为50℃，此时的总皂苷含量达10.66 mg/L。

2.1.6萃取次数对人参总皂苷微波萃取的影响

一般来说，一次萃取很难将中药材的药效成本提取完全。为此试验中考查了萃取次数对人参总皂苷微波提取的影响，结果见表6。

表6　萃取次数对人参总皂苷提取效率的影响Table 6　Effect of extraction times on the extraction efficiency of total saponins

表6表明，第2次萃取后人参总皂苷的含量较第1次萃取时有明显地增加，而第3次、第4次、第5次萃取后人参总皂苷的含量较第2次萃取基本没有提高，因此，总皂苷的最佳萃取次数应为2次。

2.2人参总皂苷微波萃取的正交优化

为进一步优化人参总皂苷微波萃取工艺条件，了解各个因素在微波萃取的相互作用，在上述单因素试验结果的基础上，选取了5个因素：乙醇浓度、萃取时间、萃取温度、料液比、萃取次数，采用正交设计表L16（45）进行优化试验，正交试验因素水平见表7，正交设计试验结果见表8，正交结果的方差分析见表9。

表7　正交试验因素水平表Table 7　Factors and levels of orthogonal experiments

从表8中可以看出，以人参总皂苷含量为指标，乙醇浓度最大K值是10.615，对应的最优水平是85%；萃取时间最大K值是10.395，对应最优水平是25 min；萃取温度最大K值是10.585，对应最优水平是60℃。料液比最大K值是10.602，对应最优水平是1∶12（g/mL）。萃取次数最大K值是10.080，对应的最优水平是3次。因此乙醇浓度、萃取时间、萃取温度、料液比、萃取次数5个因素的最优水平组合为A3B4C3D1E3，也是人参总皂苷萃取最优水平组合。同时比较各R值大小有如下关系：R（乙醇浓度）＞R（料液比）＞R（萃取温度）＞R（萃取时间）＞R（萃取次数）。因此，在人生总皂苷萃取中乙醇浓度、料液比对萃取效率影响较大，萃取温度和萃取时间次之，而萃取次数影响最小。同时从表8中可以看出，萃取效率最高组合是组合12，此时人参总皂苷含量可达12.69 mg/L。

从表9中可以看出，人生总皂苷萃取的方差分析结果与直观分析结果相一致。但各因素的F都不大，在P=0.05的水平上，均小于F临界值，说明这些因素对人参总皂苷萃取都有着重要的作用，存在明显的交互作用。与前面的单因素试验结果相比较，乙醇浓度、萃取时间、萃取温度、料液比、萃取次数5个因素的最优水平都发生了改变，而且最佳组合并未出现在正交试验中，为此在最佳萃取条件下，进行了5次验证试验，结果表明人参总皂苷的平均含量为12.962 mg/L，确实为人参总皂苷含量的最高值。

表8　人参总皂苷微波萃取正交试验结果及直观分析Table 8　Results and analysis of orthogonal experiments

表9　正交试验结果正交方差分析表（P=0.05）Table 9　Orthogonal analysis of variance（P=0.05）

2.3人参总皂苷几种提取方法的比较

由于常用萃取人参总皂苷的方法多样，不同提取方法又有不同的提取工艺和得率，为了进一步确证微波萃取是否真的具有优势和工业上应用的前景，采用同一批次冻干超微人参粉，分别用回流萃取法、索式萃取法、微波萃取法、浸渍法和渗漉法进行对比试验，试验结果见表10。

表10　不同方法对人参总皂苷提取的影响Table 10　Extraction of total saponins from panax ginseng by different methods

从表10中可以看出，微波萃取人参总皂苷含量明显高于传统的提取方法，可达12.74 mg/L，分别比回流萃取法、索式萃取法、浸渍法和渗漉法提取人参总皂苷含量提高29%、30%、37%和41%。因此，可以认为微波萃取人参中总皂苷是一种高效可行的提取方法。

3　结论

1）在人参冷冻干燥和超微粉碎后，对其粉末进行微波萃取条件优化。最优微波萃取工艺是：乙醇浓度是85%；萃取时间是25 min；萃取温度是60℃，料液比是1∶12（g/mL），萃取次数是3次。在此条件下，人参总皂苷含量可达12.69 mg/L。

2）微波萃取人参总皂苷含量明显高于传统的提取方法，分别比回流萃取法、索式萃取法、浸渍法和渗漉法提取的人参总皂苷含量提高29%～41%，可以认为是一种高效可行的提取方法。

［1］张春红，张崇禧，郑友兰，等.浸渍法提取人参皂苷最佳工艺的研究［J］.吉林农业大学学报，2003，25（1）：73-74

［2］周静，王彩琴，袁媛，等.人参皂甙Re提取方法的研究［J］.西北植物学报，2003，33（4）：667-670

［3］闫光军，张宝江，徐道娟.几种常用人参提取工艺研究比较［J］.山东医药工业，2002，21（4）：8

［4］张晶，陈全成，弓晓杰，等.不同提取方法对西洋参皂苷提取率的影响［J］.吉林农业大学学报，2003，25（1）：71-73

［5］宋启煌，白研，周家华，等.巴西西洋参提取皂苷的工艺研究［J］.广州化工，2000，28（4）：94-96

［6］陈瑞战，张守勤，王长征，等.超高压提取西洋参皂苷的工艺研究［J］.农业工程学报，2005，21（5）：150-154

Study on Microwave Assisted Extraction of Total Saponins from Ginseng Powder by Freeze Drying and Superfine Grinding

LÜ Ping
（Department of Biological and Environmental Engineering，Tianjin Professional College，Tianjin 300402，China）

The process of microwave assisted extraction was used to extract ginsenoside from Ginseng powder by Freeze drying and superfine grinding.The optimum process conditions were as follows：ethanol concentration was 85%；microwave assisted extraction time was 25 min；material-solution ratio was 1∶12（g/mL）；microwave assisted extraction temperature was 60℃；times of microwave assisted extraction was 3.The content of total ginsenoside was up to 12.69 mg/L under above process conditions.The ginseng total saponin content by microwave assisted extraction increased by 29%-41%，compared with the content by the reflux extraction，Soxhlet extraction，soaking method and percolation method，so total saponins from Ginseng powder could be effectively extracted by microwave.

microwaveassistedextraction；ginsengpowder；totalsaponins

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.15.024

吕平（1975—），男（汉），副教授，博士，研究方向：天然产物提取技术。

2016-04-12