2种紫草中紫草素提取工艺优化及含量比较

潘桦丽，张镖*，丘利霞，付裕

中山大学新华学院药学院（广州 510520）

《中华人民共和国药典》（2015年版）收载的紫草（Arnebiae Radix）为紫草科（Boraginaceae）多年生草本植物的干燥根，分为新疆紫草（Arnebia euchroma（Royle）Johnst），或内蒙紫草（Arnebia guttataBunge）[1]。田佳鑫等[2]通过考证得出，历代《中华人民共和国药典》《中华本草》《中华药海》等书皆称新疆紫草为软紫草，紫草、滇紫草、内蒙紫草均属硬紫草。

据文献[3]报道，紫草中含有萘醌类、单萜苯酚及苯醌类、酚酸及其盐类、生物碱类、脂肪族及酯类化合物等多种化学成分，其中脂溶性萘醌类是主要生物活性成分，具有消炎抗癌、抗肿瘤、杀菌抗病毒、降血糖、保肝和免疫调节等药理作用。主要药效成分紫草素类具有抑菌、抗炎、抗氧化等功效。张帅等[4]通过试验对比水浴、超声、微波3种常用提取方法，得出微波提取法在快速提取方面有显著优势。试验主要对新疆软紫草和硬紫草中紫草素微波提取工艺进行优化，并对2种紫草的紫草素含量进行比较。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

软紫草（产地新疆，批号1801001，广州市岭南中药饮片有限公司）；硬紫草（产地广东，广州市清平药材批发市场）；乙醇（广州化学试剂厂）。

1.2 主要仪器

MARS6微波消解萃取仪（CEM）；UV-6000型紫外分光光度计（上海元析仪器有限公司）；FA2104分析电子天平（上海良平仪器仪表有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

紫草→前处理→称量→微波提取→抽滤→定容→测吸光度

1.3.2 紫草前处理

软紫草、硬紫草，经50℃烘干，粉碎，过3号筛，备用。

1.3.3 含量测定

精密称取2.0 g紫草粉末，加入一定量对应体积分数的乙醇溶液，置微波消解萃取仪中提取，冷却至室温后减压抽滤。取一定量滤液置25 mL容量瓶，加95%乙醇溶液定容，得供试品。在紫外分光光度计516 nm下，95%乙醇作空白对照，测定吸光度。根据朗伯-比尔定律推算比较2种紫草提取液中紫草素含量。

紫草素含量=色素质量（g）/紫草质量（g）×100%

1.3.4 单因素试验

根据单因素随机区组试验设计方法，分别精密称取2.0 g软紫草粉末、硬紫草粉末，分别改变提取温度（50，60，70，80和90℃），乙醇体积分数（50%，60%，70%，80%和90%），提取时间（5，7，9，11和13 min），料液比（1∶6，1∶9，1∶12，1∶15和1∶18 g/mL）的条件进行微波提取，优选各因素提取软紫草、硬紫草的工艺条件。

1.3.5 正交试验

根据单因素试验结果，分别选取提取温度、乙醇体积分数、提取时间、料液比的最佳工艺条件，对软、硬紫草分别建立L9(34)正交表，因素水平见表1和表2。比较2种紫草中紫草素含量，并根据色素含量优选提取工艺条件。

表1 软紫草色素正交试验因素水平表

表2 硬紫草色素正交试验因素水平表

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 提取温度对提取结果的影响

在500 W功率下，按料液比2∶25（g/mL）分别加入95%乙醇溶液，分别在不同温度下提取5 min，取滤液定容，以95%乙醇作参比液，在516 nm下测吸光度，根据朗伯-比尔定律计算紫草素含量。结果见图1。对于软紫草，提取温度50～70℃时，色素含量随着温度上升而增大，提取温度大于70℃时，色素含量随着温度上升而减小；对于硬紫草，色素含量随着温度上升而增大。因此选择软紫草的提取温度70℃、硬紫草90℃较适宜。

2.1.2 乙醇体积分数对提取结果的影响

在500 W功率下，分别用不同体积分数的乙醇溶液，按料液比2∶25（g/mL），在70℃下提取5 min，取滤液定容，以95%乙醇作参比液，在516 nm下测吸光度，根据朗伯-比尔定律计算色素含量。结果见图2。对于软紫草，色素含量随着乙醇体积分数增大而增大，乙醇体积分数90%时色素含量最大；对于硬紫草，乙醇体积分数低于60%时，色素含量随着乙醇体积分数增加而增大，乙醇体积分数高于60%时，色素含量随着乙醇体积分数增加而减小。因此选用90%乙醇溶液提取软紫草、60%乙醇溶液提取硬紫草较适宜。

图1 提取温度对提取结果的影响

图2 乙醇体积分数对提取结果的影响

2.1.3 提取时间对提取结果的影响

在500 W功率下，按料液比2∶25（g/mL）加入95%乙醇溶液，在70℃下分别提取不同时间，取滤液定容，以95%乙醇作参比液，在516 nm下测吸光度，根据朗伯-比尔定律计算色素含量。结果见图3。对于软紫草，提取时间5～8 min时，色素含量随时间增加而显著减小，提取时间大于8 min时，色素含量随时间增加无明显变化。对于硬紫草，提取时间小于9 min时，色素含量随着时间增加而增大，提取时间大于9 min时，色素含量随着时间增加而减小。因此选择软紫草提取5 min、硬紫草提取9 min较适宜。

2.1.4 料液比对提取结果的影响

在500 W功率下，按不同料液比加入95%乙醇溶液，在70℃下提取5 min，取滤液定容，以95%乙醇作参比液，在516 nm下测吸光度，根据朗伯-比尔定律计算得色素含量。结果见图4。对于软紫草，色素含量随着溶剂量增加而减小，但料液比达到1∶12（g/mL）之后，色素含量随着溶剂量增加而增大。料液比1∶18（g/mL）时提取率2.56%，是料液比1∶6（g/mL）时（提取率2.43%）的1.05倍，故微波提取软紫草色素的最佳料液比1∶18（g/mL）。对于硬紫草，色素含量随着料液比增大而减小，料液比达到1∶15（g/mL）后，色素含量变化不大，因此选择料液比1∶6（g/mL）较适宜。

图3 提取时间对提取结果的影响

图4 料液比对提取结果的影响

2.2 正交试验结果

根据单因素试验结果与分析，对提取软硬紫草的提取温度、乙醇体积分数、提取时间、料液比进行L9(34)试验，结果见表3和4。根据紫草素含量优选提取工艺条件。

由表3正交试验直观分析数据可知，RB＞RD＞RC＞RA，所以各因素对软紫草色素含量的影响程度关系为：乙醇体积分数＞提取时间＞料液比＞提取温度。微波提取软紫草色素最佳方案为B3D3C1A2，即：乙醇体积分数90%、提取时间9 min、料液比1∶12（g/mL）、提取温度80℃。由表4正交试验直观分析数据可知，RB＞RA＞RC＞RD，所以各因素对硬紫草色素含量的影响程度关系为：乙醇体积分数＞提取温度＞料液比＞提取时间。微波提取硬紫草最佳方案为B1A2C2D3，即：乙醇体积分数60%、提取温度80℃、料液比1∶9（g/mL）、提取时间13 min。在各组提取条件下，软紫草色素含量均高于硬紫草色素含量。在相应最佳提取工艺条件下，软紫草色素含量2.65%是硬紫草色素含量0.63%的4倍。

表3 软紫草正交试验结果

表4 硬紫草正交试验结果

2.3 验证试验

精密称取软紫草、硬紫草分别按B3D3C1A2、B1A2C2D3进行试验，平行操作3次，所得提取液紫草素含量均值分别为2.49%和0.61%，分别高于对应正交试验表中其余试验组的紫草素含量，与正交试验结果相吻合，因此微波提取软紫草、硬紫草色素的最佳工艺稳定可行。

3 结论

随着社会变迁、技术进步和对健康的关注，安全、绿色、无毒、来源广的天然色素掀起开发和应用高潮。紫草素是多种萘醌类色素总称，不仅可作为药物，也是一种天然色素，可用于食品、医药、化妆品和印染等领域，具有较大开发应用前景。微波技术提取天然色素，能强化浸提过程，具有高效率、高选择性、环保、耗时少、低能耗、成本低等优点，适用面更广。选取软、硬2种紫草进行紫草素的提取试验，在微波提取技术中含量最高的是软紫草，色素含量达到2.49%，适作为紫草素的提取原料，最佳提取工艺条件为：乙醇体积分数90%、提取时间9 min、料液比1∶12（g/mL）、提取温度80℃。该工艺稳定可行，重现性好、色素得率高。