楊 威，王 麗，王 瑋，車春波，李俊生，左金龍

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué) 環(huán)境工程系，黑龍江 哈爾濱150076；2.哈爾濱商業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)與環(huán)境科學(xué)研究中心，黑龍江 哈爾濱150076）

植物藥提取廢渣中再次提取有效成分的研究*

楊 威1,2，王 麗2，王 瑋2，車春波1，李俊生1，左金龍1

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué) 環(huán)境工程系，黑龍江 哈爾濱150076；2.哈爾濱商業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)與環(huán)境科學(xué)研究中心，黑龍江 哈爾濱150076）

利用微波萃取技術(shù)針對某中藥廠雙黃連制劑生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄黃芩提取藥渣進行了有效成分的再次提取并同傳統(tǒng)水提工藝進行了對比。以有效成分（黃芩苷）收率做為考察指標，用正交設(shè)計結(jié)合單因素分析方法考察微波提取黃芩苷的最佳提取條件，旨在探討植物藥提取廢渣的再利用價值、探尋植物藥提取廢渣資源化的有效途徑。結(jié)果表明：各因素對黃芩苷收率的影響依次為：乙醇濃度＞粒徑＞功率＞提取時間，其中乙醇濃度為顯著性影響因素，最佳工藝為：以30%乙醇作為提取溶劑，黃芩藥渣粒徑80目，微波功率選擇500W，微波提取2min。與水提工藝相比，在最佳工藝條件下，微波提取工藝能夠獲得較高收率的黃芩苷。

植物藥提取廢渣；有效成分；微波提?。徽粚嶒?/p>

前言

中藥廢渣主要源于各類中藥的生產(chǎn)過程，其中在中成藥的生產(chǎn)過程中所殘留的廢藥渣最多,約占藥渣總量的70%[1]。國內(nèi)90%以上的生產(chǎn)廠家將藥渣作為廢料垃圾，對藥渣采取堆放或焚燒，利用藥渣自身資源的實例鮮有報道。以北藥中的重點藥材黃芩為例，以黃芩為主要原料的制藥廠每年都會產(chǎn)生大量的黃芩提取廢渣，這些廢棄藥渣并未得到很好的處置和利用，仍然作為一種廢棄物而被遺棄。

有學(xué)者研究了用相同工藝提取黃芩及其提取殘渣中的活性成分-黃芩苷，其中70.3%的黃芩苷被遺留在了黃芩藥渣中[2]，溫度、時間、pH、粒度、結(jié)合態(tài)等因素對黃芩苷的提取率均有顯著的影響。可見，黃芩雖然經(jīng)過了提取，但其提取殘渣中還留存大量有效成分，因此黃芩藥渣極具開發(fā)利用價值。但是人們對黃芩藥渣潛在價值的認識目前還不充分。

微波提取技術(shù)是將微波和傳統(tǒng)的溶劑萃取法相結(jié)合后形成的一種新的萃取方法,該技術(shù)是目前公認的綠色樣品預(yù)處理技術(shù)之一[3],其在環(huán)境、生化、食品、工業(yè)以及天然產(chǎn)物和中藥等諸多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用[4]。近年來，應(yīng)用微波輔助萃取中草藥中有效成分的報道已有了一些[5，6]，同傳統(tǒng)萃取方法相比，微波法具有高效、簡便、省時、環(huán)保等諸多優(yōu)點。

為了探索黃芩植物藥廢渣的再利用價值，本文采用微波萃取技術(shù)對黃芩植物藥提取廢渣中的有效成分-黃芩苷進行了提取，并通過正交試驗優(yōu)化了微波萃取工藝條件，旨在為進一步開展黃芩藥渣的綜合利用提供參考依據(jù)。

1 儀器與試劑

1.1 實驗儀器

惠而浦家用微波爐（順德惠而浦蜆華微波制品有限公司），UV-2102型紫外分光光度計（尤尼柯上海儀器有限公司）。

1.2 實驗材料

黃芩廢藥渣（哈藥集團中藥二廠），黃芩苷標準品（中國藥品生物制品研究所），所用的其他試劑均為分析純。

2 實驗方法

2.1 黃芩藥渣的預(yù)處理

將黃芩藥渣置于烘箱中在105℃干燥5h，待冷卻后粉碎，過篩待用。

2.2 提取工藝

2.2.1 微波提取法

精確稱取處理后的黃芩藥渣細粉1.0g于微波爐專用容器中，加入一定量的溶劑，微波提取一定時間。提取結(jié)束后雙層濾紙抽濾，將濾液轉(zhuǎn)移到250mL燒杯中，加入6mol·L-1鹽酸，調(diào)pH值至1～2，將盛有濾液的燒杯放入80℃水浴鍋中加熱30min，待黃芩苷沉淀完全，將其轉(zhuǎn)移至離心管中，趁熱離心15min（3000r·min-1），棄上清液，沉淀用70%乙醇洗滌，在80℃水浴鍋中微熱溶解，然后將其轉(zhuǎn)移到50mL容量瓶中，再加入70%乙醇數(shù)次入容量瓶中，加至刻度，搖勻，即得樣品液。

2.2.2 水煮提取法

精確稱取3份1.0g藥粉置于三個100mL圓底燒瓶中，加入50mL水作溶劑，在電熱套上加熱，燒瓶上端接有冷凝管，回流1.5h。其他操作同2.2.1。

2.3 黃芩苷的含量測定方法

2.3.1 標準工作曲線的繪制

2.3.2 樣品液中黃芩苷含量的測定

精密量取樣品液0.2mL，置25mL容量瓶中，用0.2mol·L-1鹽酸定容至刻度，搖勻，在分光光度計上278nm處測定吸光度。根據(jù)回歸方程計算黃芩苷的含量。

2.3.3 藥渣中黃芩苷提取率計算公式

黃芩苷提取率=[C×25mL×50mL/0.2mL]/M× 106×100%

式中：C—樣品液的濃度（μg·mL-1）、M—稱取藥粉質(zhì)量（g）。

3 結(jié)果與討論

3.1 單因素分析

周岱翰曾治療過兩個同時查出肝癌的患者。其中一個到美國進行肝移植，另一個由他進行中藥調(diào)理。半年后，兩人在美國見面。肝移植的病人大哭不止，因為移植后他幾乎被完全監(jiān)護，開口怕吃錯，動手怕做錯，過得生不如死。而另一個病人在感覺癥狀減輕后便攜妻子周游世界。288天后，肝移植病人在痛苦中死去了。雖然另一人一年后也過世了，但在他生命最后的日子里，活得很滋潤，走得沒有遺憾。

3.1.1 藥渣粉碎粒徑對黃芩苷收率的影響

藥渣萃取過程中，為使有效成分溶出率增大，通常采用粉碎法對原料進行預(yù)處理[8]。本研究對不同粒度的黃芩藥渣進行了提取實驗。其他工藝條件相同：選擇30%的乙醇作溶劑，微波輸出功率500W，微波提取2min。按2.2.1操作，考察原料粒徑對黃芩苷提取率的影響情況，結(jié)果見圖1。由圖1可見，當(dāng)黃芩藥渣的直徑在0.18～0.4mm之間時，黃芩苷提取率較高；當(dāng)藥渣的直徑增大到0.4mm以后，黃芩苷提取率隨著藥渣粒徑的不斷增加而出現(xiàn)下降趨勢。分析其原因可能是吸附作用和擴散作用決定了黃芩苷溶出量的變化。當(dāng)粒徑大于最佳粉碎粒徑時，擴散作用對黃芩苷溶出量起主導(dǎo)作用。黃芩顆粒越大，從顆粒表面到中心的距離就越長，擴散過程所需要的時間也就越長。因此，顆粒越大，黃芩苷的溶出量越小。當(dāng)藥渣粒度小于最佳粉碎粒度范圍時，吸附作用對黃芩苷溶出量的影響起主導(dǎo)作用，表面能的影響使得小粒度下的黃芩難以過濾。

在最佳粒徑范圍內(nèi)，顆粒的比表面積相對較大，同時其與水的接觸面積較大，因此顆粒表面及其附近的黃芩苷就會很快地進入到溶液中。對于顆粒內(nèi)部的黃芩苷分子，由于顆粒表面到其中心的距離較短，溶劑水向黃芩顆粒內(nèi)部滲透的過程所需的時間較短，顆粒內(nèi)部的黃芩苷分子進到溶液中所需的時間就短，因此其就可以較快地進入到溶液中。

當(dāng)吸附作用與擴散作用對黃芩苷溶出量的影響達到平衡狀態(tài)時，兩種作用影響程度相當(dāng)，均不起主導(dǎo)作用。二者對黃芩苷溶出量的影響幾乎可以相互抵消，在最佳粉碎粒徑范圍內(nèi)，黃芩苷的溶出量變化不大。因此這個粒徑范圍即黃芩提取的最佳粉碎粒徑范圍[8]。

圖1 藥渣粒度對黃芩苷提取率的影響Fig.1 Influence of granularity on extraction efficiency of baicalin

3.1.2 微波輸出功率的影響

為了探討微波的輸出功率對黃芩苷的提取收率的影響，選取藥渣粒度0.25mm，其它工藝參數(shù)不變（同上），按2.2.1操作，通過改變微波的輸出功率來進行輻照提取，結(jié)果見圖2。

圖2 微波輸出功率對黃芩苷提取率的影響Fig.2 Influence of microwave power on extraction efficiency of baicalin

由圖2可知，隨著微波的輸出功率不斷增大，黃芩苷的提取率也隨之提高，當(dāng)輸出功率達到500W時，提取率達到最大，之后隨微波輸出功率的不斷提高，黃芩苷提取率并沒有顯著增加的趨勢。分析其原因可能是在輸出功率較低時，電場強度較小，分子運動較緩慢，達到預(yù)設(shè)的溫度所需時間較長，恒溫提取時間較短，同時對細胞膜的破碎作用較小，導(dǎo)致提取率不高；隨著輸出功率的不斷增大，電場強度隨之增強，分子運動加劇，升溫速度較快，恒溫提取時間有所延長，細胞膜的破碎程度不斷加大，因此黃芩苷的提取率隨著輸出功率的增強而升高。但當(dāng)功率過大時，升溫速度過快，在很短的時間內(nèi)就達到了預(yù)設(shè)的溫度，恒溫時間內(nèi)絕大部分的時間微波已經(jīng)停止了輻射，只是提取時間在起作用；然而微波對細胞膜的破碎是有一定限度的，隨著輸出功率的增大，微波對細胞內(nèi)物質(zhì)選擇性加熱的性能差異減小，一些可溶性雜質(zhì)不斷溶出且含量增多，吸附了有效成分，最終導(dǎo)致黃芩苷的提取率下降[9]。

3.1.3 微波提取時間的影響

參照3.1.2的工藝參數(shù)，微波功率500W時，通過改變輻照時間進行微波提取實驗，操作見2.2.1。目的是探討微波輻照時間對黃芩苷得率的影響，結(jié)果見圖3。由圖3可以看出，隨著提取時間的延長，3min之前黃芩苷提取率不斷提高并在3min時達到最大。3mim以后，隨提取時間的延長提取率并沒有進一步明顯增加的趨勢，反而略有下降的趨勢。分析原因其一可能是微波爐升壓到預(yù)設(shè)的溫度需要一定的時間，而對于黃芩苷的萃取在這段時間內(nèi)已達到完全;其二可能是微波作用的時間過長，使酶的活性有所提高，進而加速了黃芩苷的水解過程[10]。

圖3 微波輻射時間對黃芩苷提取率的影響Fig.3 Influence of microwave irradiation time on extraction efficiency of baicalin

3.1.4 溶劑濃度的影響

圖4 乙醇濃度對黃芩苷提取率的影響Fig.4 Influence of ethanol concentration on extraction efficiency of baicalin

參照3.1.2項工藝參數(shù)，為探討溶劑的濃度對黃芩苷提取率的影響，改變?nèi)軇舛冗M行微波提取實驗研究，結(jié)果見圖4。由圖4可知，隨著乙醇的濃度不斷升高，起初一段時間黃芩苷的提取率也隨之升高，當(dāng)乙醇濃度達到30%時黃芩苷提取率達到最大，當(dāng)乙醇的濃度超過30%時，隨著乙醇的濃度繼續(xù)增加，黃芩苷的提取率變化則不顯著。分析其原因這可能與黃芩苷的結(jié)構(gòu)有關(guān)，因為它是一種黃酮衍生物，具有一定的脂溶性[11]，這樣黃芩苷在30%的乙醇水溶液中就會有較高的溶解度，所以黃芩苷的提取率較高。

3.2 正交實驗設(shè)計與結(jié)果

3.2.1 正交實驗設(shè)計

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選取粒徑A、輸出功率B、提取時間C、乙醇溶液濃度D四因素3水平，建立L9（34）正交表，提取實驗因素水平見表1。

表1提取實驗因素及水平Table 1 The factors and levels of the extraction experiments

3.2.2 正交實驗結(jié)果與分析

表2 正交實驗結(jié)果及分析Table 2 The result and analysis of orthogonal experiment

按L9（34）正交表2安排實驗，實驗結(jié)果見表2。正交實驗結(jié)果顯示，RD＞RA＞RB＞RC,四個因素對得率影響的主次順序依次為乙醇濃度、粒徑、輸出功率、提取時間。乙醇濃度是決定黃芩苷得率的最主要因素,其次是粒徑和輸出功率,影響最小的是提取時間。因此，正交實驗優(yōu)化的最佳工藝為：D3A3B2C3，即以50%乙醇為溶劑，藥渣粒徑為80目（0.18mm），輸出功率500W，微波提取3min?？紤]到經(jīng)濟節(jié)能以及主次因素對實驗結(jié)果的影響程度，最佳工藝合理化改進為D2A3B2C2，即選取30%乙醇作溶劑，藥渣粒徑為80目（0.18mm），輸出功率500W，微波提取2min。

3.3 驗證實驗

精確稱取80目（0.18mm）黃芩藥渣1.0g，加入50mL 30%乙醇溶液，500W功率條件下微波提取2min，其他操作同2.2。結(jié)果見表3。平均提取率為9.03%。

表3 驗證實驗結(jié)果Table 3 The results of validation experiment

重復(fù)性實驗的目的是為了檢查測定的精密度，有利于減少隨機誤差。從重復(fù)性實驗的結(jié)果來看，測定結(jié)果十分接近，離群值較少，實驗的精密度較高。

3.4 水提法提取黃芩苷實驗

按照2.2.2的操作進行實驗，進行三次平行實驗。結(jié)果見表4。

表4 水提法實驗結(jié)果Table 4 The results of aqueous extraction

從實驗結(jié)果可以看出，水提法用時1.5h，黃芩苷提取率為2.60%。而上述微波法在最佳工藝條件下，黃芩苷提取率為9.03%，用時僅2min?？梢?，微波法不但用時少，而且提取率明顯高于水提法。

4 結(jié)論

（1）單因素實驗表明；乙醇濃度、藥渣粒徑、微波功率及微波提取時間是影響有效成分-黃芩苷提取率的重要因素。進一步通過正交實驗確定了乙醇濃度是決定黃芩苷得率的最主要因素,其次是粒徑和輸出功率,影響最小的是提取時間，并優(yōu)選出微波提取最佳藝條件:選取30%乙醇作溶劑，黃芩藥渣粒徑80目（0.18mm）,微波輸出功率500W，微波提取2min。

（2）同傳統(tǒng)工藝-水提提取法相比，水煮提取法存在提取時間長，收率低的局限性。而微波提取法具有明顯的工藝優(yōu)勢。不僅僅處理時間短,而且提取率高,平行性好。具有省時、高效、節(jié)能、環(huán)保等諸多優(yōu)點。

（3）微波提取最佳工藝條件下，廢棄的黃芩提取藥渣中黃芩苷得率可達9%，說明黃芩提取藥渣中仍含有豐富的藥用有效成分-黃芩苷，這部分藥用有效成分經(jīng)過提取加工之后，再利用價值較高，會為中藥生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造一定的經(jīng)濟效益。這一結(jié)果，不僅提供了一種合理處置中藥制藥企業(yè)中大量的廢棄藥渣的新方法，并且在充分利用藥用植物資源、探尋廢棄藥渣再資源化途徑方面具有一定的參考價值。

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Extracting Active Component from Extractive Residue of Chinese Herbal Medicine

YANG Wei1,2,WANG Li2,WANG Wei1,CHE Chun－bo1,LI Jun－sheng1and ZUO Jin－long1
（1.Department of Environmental Engineering,Harbin University of Commerce,Harbin 150076,China;2.Center of Research and Development on Life Sciences and Environmental Sciences,Harbin University of Commerce,Harbin 150076,China）

Extracting active component from Chinese herbal medicine extractive residue which came from a traditional Chinese medicine plant was carried out by means of microwave－assisted extraction and the technique was compared with the traditional one（aqueous extraction）.In order to discuss the recycle value of extracting from the extracted Chinese herbal residue,and to seek for the efficient path for recycling of Chinese herbal residue,the process for extracting baicalin was optimized with using yield of baicalin as the investigation index by means of single factor analysis and orthogonal experiments.The results showed influence factors on baicalin yield as follows（form great to less）:ethanol concentration＞granularity of extractive residue＞microwave power＞duration of microwave irradiation.And the ethanol concentration was the significant influencing factor.The optimal parameters were obtained as follows:30%ethanol was chosen as the extraction solvent;the microwave power was 500W;the granularity of the extraction residue was 80 meshes;the duration of microwave irradiation was 2min.The higher yield of baicalin could be achieved by microwave－assisted extraction.

Extractive residue of Chinese herbal medicine;active components;microwave－assisted extraction;orthogonal experiment

X787

A

1001-0017（2014）03-0162-05

2014-03-03 *基金項目：黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究資助項目（編號：11531071）

楊威（1964～），女，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，研究領(lǐng)域：環(huán)境化學(xué)與水處理技術(shù)。