水蒸气蒸馏-盐析法提取金银花挥发油工艺研究

顾 珂，王 兴，胡鹏宇，李海刚，王海燕，王 雪

(临沂大学，山东 临沂 276000)

金银花味甘、性寒，具有清热解毒、凉散风热的功能，主治痈肿疔疮、喉痹、丹毒、热毒血痢、风热感冒、温病发热[1]。金银花所含有的挥发油是其药理活性的重要组成部分，具有清咽、解热、化痰、平喘等功效[2]，已广泛应用于医药、食品、化妆、香料等领域[3]，目前上市的中药制剂中，金银花露[4]及金银花合剂系通过水蒸气蒸馏法制得，主要为金银花中的挥发油类成分，临床上用于暑热口渴，热疖疮毒。金银花挥发油的提取方法主要有水蒸气蒸馏法[5]及超临界流体萃取法[6]，超临界流体萃取法单次处理量较小，且对设备要求高，水蒸气蒸馏法更为适合工业化生产，但是金银花挥发油含量低，水蒸气蒸馏过程中，部分挥发性成分溶解于水中，导致金银花挥发油提取率更低，为此，本文采用盐析法降低金银花挥发性成分在水中的浓度，结合水蒸气蒸馏法提取金银花挥发油，进一步采用效应面优化法对水蒸气蒸馏盐析法提取金银花挥发油的工艺参数进行优化，为工业化提取金银花挥发油提供参考。

1 仪器与材料

1.1 仪器

高速中药粉碎机(潍坊星悦清城机械有限公司)；挥发油测定器(泰兴市铭泰科教仪器设备有限公司)；数显恒温油浴锅(江苏金坛市金城国胜实验仪器厂)；电子天平(上海精密科学仪器有限公司)；

1.2 材料

金银花(临沂市平邑县)；乙醚为分析纯。

2 方法与结果

2.1 金银花挥发油提取流程

参照挥发油测定法甲法(2015版药典)提取挥发油并进行改进，具体方法如下：称取金银花置烧瓶中，加适量水振摇混合后，连接挥发油测定器与回流冷凝管，自冷凝管上端加水使充满挥发油测定器的刻度部分，并溢流入烧瓶时为止。置油浴锅缓缓加热至沸，提取过程始终保持微沸状态，提取结束，停止加热，放置，冷却，自挥发油测定器上端加入适量乙醚溶解挥发油，分取乙醚层置已知重量的蒸发皿中，自然挥干乙醚，称取挥发油重量，计算挥发油提取率。

2.2 单因素考察

2.2.1 金银花粉碎程度对挥发油提取率的影响 分别取未粉碎金银花、切段金银花、30～40目金银花细粉、20～30目金银花细粉各100 g，分别加15倍量纯化水浸泡1 h，按照“2.1”项下方法提取挥发油，提取时间7 h，计算挥发油提取率。不同粉碎程度对挥发油提取率的影响如图1所示。

图1 粉碎度对挥发油提取率的影响

由图1可见，随金银花粒度的减小，挥发油提取率有降低的趋势，本实验选用未粉碎金银花进行挥发油提取。

2.2.2 加水量对挥发油提取率的影响 取金银花100 g，分别加入10倍、15倍、20倍、25倍纯化水浸泡1 h，按照“2.1”项下方法提取挥发油，提取时间7 h，计算挥发油提取率。加水量对挥发油提取率的影响如图2所示。

图2 加水量对挥发油提取率的影响

由图2可见，随加水量的增加，挥发油提取率显著增加，加水量达到15倍后，继续增加用水量，挥发油提取率增加不明显。

2.2.3 提取时间对挥发油提取率的影响 取金银花100 g，加入15倍量纯化水浸泡1 h，按照“2.1”项下方法提取挥发油，分别提取1 h、3 h、5 h、7 h、9 h、11 h、13 h、15 h，计算挥发油提取率。提取时间对挥发油提取率的影响如图3所示。

图3 提取时间对挥发油提取率的影响

由图3可见，随提取时间的延长，挥发油提取率明显增加，提取时间增加到7 h后，随提取时间延长，挥发油提取率变化不明显。

2.2.4 浸泡时间对挥发油提取率的影响 取金银花100 g，分别加入15倍量纯化水浸泡0 h、1 h、2 h、3 h、4 h、5 h，按照“2.1”项下方法提取挥发油，计算挥发油提取率。浸泡时间对挥发油提取率的影响如图4所示。

图4 浸泡时间对挥发油提取率的影响

由图4可见，浸泡时间对挥发油提取率影响不大，浸泡1 h后随浸泡时间的延长，挥发油提取率基本保持不变。本实验选择浸泡时间为1 h。

2.2.5 氯化钠浓度对挥发油提取率的影响 称取金银花5份，每份100 g，分别用纯化水，3%、5%、7%、10%氯化钠溶液1 500 mL浸泡1 h，连接挥发油测定器与回流冷凝管，自冷凝管上端分别加入纯化水，1%、3%、5%、7%、10%的氯化钠溶液，充满至挥发油测定器的1/2刻度部分为止。缓缓加热至沸，提取过程始终保持微沸状态，当挥发油测定器中液面上升至满量程刻度部分时，开启活塞使液面上端下降至挥发油测定器刻度0线上面5 mm 处为止，再从冷凝管上端通过导管分别缓缓加入水或不同浓度的氯化钠溶液至液面上升至挥发油测定器的1/2刻度部分为止，如此反复直至提取结束，提取时间7 h。提取结束后，停止加热，放置，冷却，自挥发油测定器上端加入适量乙醚溶解挥发油，分取乙醚层，置已知重量的蒸发皿中，自然挥干乙醚，称取挥发油重量，计算挥发油提取率。盐析液浓度对挥发油提取率的影响见图5。

由图5可见，随氯化钠浓度的升高，挥发油提取率显著增加，氯化钠浓度达到3%时，随氯化钠浓度的增加，挥发油提取率增加趋于缓慢。

2.3 响应面法优化[7-8]金银花挥发油提取工艺

2.3.1 响应面试验设计及结果 在单因素试验的基础

图5 氯化钠浓度对挥发油提取率的影响

上，选择对挥发油提取率影响较大的3个因素：加水量(A)、提取时间(B)及氯化钠浓度(C)为考察因素，每个因素选择3个水平，采用3因素3水平Box-Behnken试验设计，按照“2.2.5”项下方法，以挥发油提取率作为考察指标开展实验。因素水平见表1，响应面试验方案及结果见表2。

2.3.2 模型评价 利用Design-Expert 软件对表2试验数据进行二次多项式逐步回归拟合，得到的数学模型为：y=1.43-0.005 75A+0.020B+0.10C+0.013AB+0.001 5AC+0.003 25BC-0.013A2+0.031B2-0.087C2；R2=0.968 4。模型方差分析结果和各项系数显著性检验结果列于表3，变异系数见表4。

表1 响应面试验因素及水平表

表2 响应面试验方案及结果

表3 二次多项模型方差分析

表4 变异系数

由表3及表4可知：失拟项P值为0.115 4>0.05，表明该模型拟合中，非正常误差所占比例小，拟合度高；回归模型的F=28.83，P=0.000 2<0.05，表明实验所采用的二次模型是显著的，在统计学上是有意义的，决定系数R2=0.968 4，说明该模型能解释96.84%响应值变化，表明该回归方程可很好对响应值的变化进行拟合，拟合度好。

因素C(氯化钠浓度)的P值<0.000 1，说明因素C对提取率的影响是极显著的。因素B2的P值=0.036 2<0.05，因素C2的P值=0.000 2<0.05，说明因素B2、C2对提取率具有显著影响。因素A、B、AB、AC、BC、A2的P值均大于0.05，说明以上因素对提取率没有显著影响。

2.3.3 响应面分析 由图6 可以看出，在固定加水量和提取时间时，挥发油提取率随氯化钠浓度的增加显著增大，表明氯化钠浓度对挥发油提取率影响显著。当固定氯化钠浓度时，提取率受加水量及提取时间的影响较小，挥发油提取率随提取时间延长增加缓慢，随加水量的增多，提取率呈凸型曲面变化，说明加水量过多对挥发油提取不利。

通过最优化分析，最佳的提取条件为加水量21.59倍、浸泡1 h、提取时间11 h、氯化钠浓度8.67%，预测提取率为1.518 99‰。根据实际情况，将加水量调整为20倍，浸泡时间为1 h，提取时间7 h，氯化钠浓度8.5%。

图6 三因素对挥发油提取率的效应面及等高线：A(提取时间和加水量)；B(氯化钠浓度和加水量)；C(提取时间和氯化钠浓度)

2.4 验证实验

称取金银花100 g，加8.5%氯化钠溶液2 000 mL浸泡1 h，连接挥发油测定器与回流冷凝管，自冷凝管上端加入8.5%的氯化钠溶液，充满至挥发油测定器的1/2刻度部分为止。置油浴锅缓缓加热至沸，提取过程始终保持微沸状态，当挥发油测定器中液面上升至满量程刻度部分时，开启活塞使液面上端下降至挥发油测定器刻度0线上面5 mm处为止，再从冷凝管上端通过导管缓缓加入8.5%的氯化钠溶液至液面上升至挥发油测定器的1/2刻度部分为止，如此反复直至提取结束。提取结束后，停止加热，放置，冷却，自挥发油测定器上端加入适量乙醚溶解挥发油，分取乙醚层置已知重量的蒸发皿中，自然挥干乙醚，称取挥发油重量，计算挥发油提取率。结果三批挥发油提取率分别为1.497 3‰、1.501 6‰、1.500 7‰，平均提取率为1.499 8‰。

3 讨论

金银花中挥发油含量较低，而水蒸气蒸馏法提取金银花挥发油时，部分挥发性物质溶于水中，致使挥发油提取率更低。中国药典2015版采用加入氯化钠的方法降低金银花挥发性物质在金银花露中的溶解度[4]，进一步通过水蒸气蒸馏的方法提取金银花露中的挥发性物质进行质量控制。本文将此方法用于金银花挥发油的提取，探索水蒸气蒸馏盐析法各工艺参数与挥发油提取率的关系，优选工艺参数。

以金银花挥发油提取率为指标，在单因素试验的基础上，采用响应面优化法探索金银花挥发油提取工艺参数，经方差分析表明拟合度较好，模型优选的最佳提取工艺为加

水量为21.59倍、浸泡1 h、提取时间11 h、氯化钠浓度8.67%，预测提取率为1.518 99‰，考虑实际提取时，各参数难以控制到模型优选的精密度，同时考虑耗能情况，将工艺参数调整为加水量20倍、浸泡时间1 h，提取时间7 h、氯化钠浓度8.5%。在此条件下挥发油平均提取率为1.499 8‰。