蘇學(xué)輝，劉玲，姚德坤,*，吳海龍

(1.大興安嶺科麗爾生物工程有限責(zé)任公司，黑龍江大興安嶺165012 ；

2. 大興安嶺林格貝寒帶生物股份有限公司，黑龍江大興安嶺165012)

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超高壓法提取蕁麻中3,4-二香草基四氫呋喃的工藝研究

蘇學(xué)輝1，劉玲1，姚德坤1,2*，吳海龍2

(1.大興安嶺科麗爾生物工程有限責(zé)任公司，黑龍江大興安嶺165012 ；

2. 大興安嶺林格貝寒帶生物股份有限公司，黑龍江大興安嶺165012)

摘要：對(duì)超高壓法提取蕁麻中的3,4-二香草基四氫呋喃的工藝進(jìn)行了研究，以3,4-二香草基四氫呋喃提取率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面法(Response Surface Methodology)對(duì)超高壓萃取的條件進(jìn)行優(yōu)化。響應(yīng)面法優(yōu)化超高壓提取的結(jié)果是在提取時(shí)間22min、提取壓力206MPa、料液比9∶1的條件下，3,4-二香草基四氫呋喃的提取率最佳，可達(dá)104.06%。

關(guān)鍵詞：蕁麻；3,4-二香草基四氫呋喃；超高壓提??；響應(yīng)面

蕁麻別名蜇人草、咬人草、蝎子草，防盜草、無(wú)情草、植物貓、咬人貓，為蕁麻科蕁麻屬多年生草本植物，葉對(duì)生，雌雄同株或異株，其莖葉上的蜇毛有毒性(過(guò)敏反應(yīng))，它的毒性使皮膚接觸后立刻引起刺激性皮炎。蕁麻全草可以入藥，其味苦、辛，性溫，有小毒。具有祛風(fēng)定驚、消食通便之功效。主治風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、產(chǎn)后抽風(fēng)、小兒驚風(fēng)、小兒麻痹后遺癥、高血壓、消化不良、大便不通；外用治蕁麻疹初起、蛇咬傷等。蕁麻全草含多種維生素、鞣質(zhì)。莖皮主要含蟻酸、丁酸及有刺激作用的酸性物質(zhì)等。

蕁麻科有47屬，約1300種，分布于兩半球熱帶與溫帶。我國(guó)有25屬，352種，26亞種，63變種， 3變型，產(chǎn)于全國(guó)各地，多數(shù)種類(lèi)喜好生于陰濕環(huán)境。本科許多種類(lèi)的莖皮富含纖維，如苧麻屬、水麻屬等都為重要的纖維植物。苧麻屬、蕁麻屬、蝎子草屬等的種子可榨油，供工業(yè)用。有些種類(lèi)可作藥用[1]。該科藥用植物中，除極少數(shù)作中藥外，多為民間用藥[2]。本科眾多的屬、種多數(shù)具有抗菌消炎、活血化瘀、抗蛇毒、抗風(fēng)濕的效果[3]。

3，4 二香草基四氫呋喃是一種對(duì)人類(lèi)健康有顯著保健作用的天然活性物質(zhì)，在國(guó)外用于精神科用藥，已引起國(guó)際社會(huì)的普遍關(guān)注。近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)天然植物蕁麻中含有大量的3，4 二香草基四氫呋喃，由于其原料蕁麻野生生長(zhǎng)范圍較廣，從中提取3，4 二香草基四氫呋喃并且取得了可喜進(jìn)展。目前所用的常規(guī)提取方法的分離效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如超高壓提取再進(jìn)行硅膠柱層析分離的效果，使得蕁麻當(dāng)中的各種活性成分的提取分離受到嚴(yán)重制約[4-6]。超高壓技術(shù)是在常溫及近常溫條件下對(duì)原料施加以壓力大于100流體靜壓力的一種處理方法，超高壓力可使溶劑進(jìn)入植物細(xì)胞內(nèi)部，泄壓后溶劑可帶著有效成分而溢出，實(shí)現(xiàn)植物有效成分的高提取效率。

1材料與方法

1.1主要試驗(yàn)材料

蕁麻：產(chǎn)自黑龍江省大興安嶺地區(qū)松嶺區(qū)小揚(yáng)氣鎮(zhèn)；3,4-二香草基四氫呋喃標(biāo)準(zhǔn)品：Sigma公司。

1.2主要儀器及設(shè)備

TD5A大容量低速離心機(jī)：金壇市城西春蘭實(shí)驗(yàn)儀器廠；YRE-201D旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；QE-300粉碎機(jī)：浙江屹立工貿(mào)有限公司；ACS-30電子案秤：青島海億達(dá)衡器有限公司；FA2004N電子天平：上海菁海儀器有限公司；DZF-6050真空干燥箱：鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；Agilent 1260高效液相色譜儀：安捷倫科技(中國(guó))有限公司；HPP.L3-500/0.8超高壓提取器：天津市華泰森淼超高壓設(shè)備有限公司。

1.3提取工藝路線

1.4有機(jī)溶劑的選擇

本研究比較了石油醚、乙酸乙酯、甲醇、乙醇/水(40/60)、乙醇/水(60/40)、乙醇/水(80/20)、乙醇/水(95/5)分別作為提取溶劑的效果。本實(shí)驗(yàn)方法：準(zhǔn)確稱(chēng)取一定質(zhì)量的蕁麻，粉碎后加入5L的提取溶劑于超高壓提取器中，提取20min，提取壓力為200MPa。

1.5超高壓提取工藝條件的優(yōu)化

超高壓提取過(guò)程中，選取萃取時(shí)間、萃取壓力和料液比3個(gè)主要因素分別進(jìn)行單因素試驗(yàn)，然后通過(guò)響應(yīng)面法對(duì)萃取工藝進(jìn)行優(yōu)化以獲得最佳萃取條件。

提取時(shí)間的單因素試驗(yàn)：準(zhǔn)確稱(chēng)取6份一定量的蕁麻，粉碎后分別轉(zhuǎn)入超高壓提取器中，加入物料重量5倍體積的提取溶劑，在200MPa的壓力下于超高壓提取裝置中分別萃取5、10、20、30、40、50min。提取壓力的單因素試驗(yàn)：準(zhǔn)確稱(chēng)取5份一定量的蕁麻，粉碎之后將其分別轉(zhuǎn)入超高壓提取器中，加入物料重量5倍體積的提取溶劑，分別在100、150、200、250、300MPa的壓力下提取20min。

料液比的單因素試驗(yàn)：準(zhǔn)確稱(chēng)取5份一定量的蕁麻，粉碎之后將其分別轉(zhuǎn)入超高壓提取器中，按提取溶劑與原料比(V/m)為4∶1、6∶1、8∶1、10∶1、12∶1的料液比加入提取溶劑，在200MPa的壓力下于超高壓提取裝置中提取20min。

2結(jié)果與分析

2.1有機(jī)溶劑的確定

采用不同的有機(jī)溶劑對(duì)3,4-二香草基四氫呋喃進(jìn)行提取，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　不同有機(jī)溶劑的效果

由表1可知，混合溶劑對(duì)3,4-二香草基四氫呋喃的提取的提取效果最好，因?yàn)榛旌先軇┑臉O性和3,4-二香草基四氫呋喃的極性相似；其中，乙醇/水(60/40)混合溶液的提取率最大，且這種溶劑無(wú)毒，因此在本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中確定乙醇/水(60/40)的混合液作為最佳萃取溶劑。

2.2單因素試驗(yàn)

經(jīng)單因素試驗(yàn)，得出當(dāng)超高壓提取時(shí)間達(dá)到20min，提取壓力達(dá)到200MPa，料液比為8∶1時(shí)為宜。2.3響應(yīng)面法優(yōu)化3,4-二香草基四氫呋喃的提取條件在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理，本試驗(yàn)以提取率Y為響應(yīng)值，利用Design Expert 8.0.6軟件設(shè)計(jì)了三因素三水平的響應(yīng)面法試驗(yàn)，共有17個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。因素水平見(jiàn)表2；試驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果見(jiàn)表3。

表2　因素水平表

表3　Box-Behnken 設(shè)計(jì)方案及響應(yīng)值結(jié)果

2.3.1方差分析。利用軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行二次多元回歸擬合，對(duì)表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析后得到模型的二次多項(xiàng)回歸方程為：

提取率=+102.76+4.50A+4.27B+2.98C-2.78AB-0.89AC-0.82BC-10.18A2-14.41B2-4.20C2

方差分析的結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可知，失擬項(xiàng)不顯著(P=0.3384>0.05),而模型的P值為<0.0001，小于0.05，表明模型顯著。從表4還可以看出因素一次項(xiàng)(A、B、C)、二次項(xiàng)(A2、B2、C2)、交互相AB對(duì)結(jié)果影響是顯著的(P<0.05)，而交互相BC和AC對(duì)結(jié)果影響是不顯著的(P>0.05)。

表4　方差分析

2.3.2回歸模型的優(yōu)化

表5　去掉交互項(xiàng)AC和BC后的優(yōu)化結(jié)果

由于交互相BC和AC對(duì)結(jié)果影響是不顯著的(P>0.05)，因此采用手動(dòng)優(yōu)化的方法對(duì)回歸模型進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化的結(jié)果見(jiàn)表5。

經(jīng)手動(dòng)優(yōu)化后的回歸方程為：

提取率=+102.76+4.50A+4.27B+2.98C-2.78AB -10.18A2-14.41B2-4.20C2

2.3.3響應(yīng)面曲面分析。經(jīng)對(duì)手動(dòng)優(yōu)化后的回歸方程中的AB交互項(xiàng)所做的響應(yīng)面曲面見(jiàn)圖1。

由圖1可知，當(dāng)液料比一定時(shí)，3,4-二香草基四氫呋喃提取率隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)和提取壓力的增加都是先增加后減??；圖1的響應(yīng)曲面圖呈鐘罩型，說(shuō)明提取時(shí)間和提取壓力的交互作用比較顯著，這和表5的結(jié)果一致(交互項(xiàng)中AB的P值最小)。

圖1提取時(shí)間A與提取壓力B對(duì)3,4-二香草基四氫呋喃提取率的影響

2.2.4最佳提取條件的預(yù)測(cè)和驗(yàn)證

通過(guò)Design Expert 8.0.6軟件經(jīng)手動(dòng)優(yōu)化后的回歸方程求解，在試驗(yàn)的因素水平范圍內(nèi)預(yù)測(cè)超高壓提取的最佳條件為：提取時(shí)間22.04min，提取壓力206.42MPa，液料比8.71∶1，在此條件下3,4-二香草基四氫呋喃提取率可達(dá)104.02%。由于試驗(yàn)操作的可行性，將超高壓提取的最佳條件修正為：提取時(shí)間22min、提取壓力206MPa、料液比9∶1，在此條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證性試驗(yàn)，測(cè)得的3,4-二香草基四氫呋喃的提取率的均值為104.06%，與理論預(yù)測(cè)值104.02%的相對(duì)誤差很小，說(shuō)明經(jīng)手動(dòng)優(yōu)化后的回歸方程對(duì)超高壓法提取3,4-二香草基四氫呋喃進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)非常可靠。

3結(jié)論

響應(yīng)面法預(yù)測(cè)超高壓提取的最佳條件為：提取時(shí)間22.04min，提取壓力206.42MPa，液料比8.71∶1，此時(shí)3,4-二香草基四氫呋喃提取率可達(dá)104.02%。修正后3,4-二香草基四氫呋喃的最佳提取條件為：提取時(shí)間22min、提取壓力206MPa、料液比9∶1，在此條件下3,4-二香草基四氫呋喃的提取率可達(dá)104.06%，與理論預(yù)測(cè)值104.02%的相對(duì)誤差很小。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)科學(xué)院中國(guó)植物志編輯委員會(huì).中國(guó)植物志(第23卷第二分冊(cè))[M].北京:科學(xué)技術(shù)出版社, 1995.

[2]岳俊三.我國(guó)蕁麻科的藥用植物資源[J].中草藥, 1987, 18(7):29- 32.

[3]李明生.漫話福建蕁麻科藥用植物[J].福建中醫(yī)藥, 1993, 24(3):42- 43.

[4]冀保全, 馮寶民, 史麗穎, 等. 蕁麻根中化學(xué)成分的研究[J]. 中國(guó)藥學(xué)雜志, 2009 (18): 1372-1374.

[5]閆興國(guó), 冀保全, 周淵, 等. 三角葉蕁麻根的化學(xué)成分[J]. 沈陽(yáng)藥科大學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 25(11): 880-882.

[6]王煒, 周淵, 唐玲, 等. 滇藏蕁麻根中化學(xué)成分的分離與鑒定[J]. 沈陽(yáng)藥科大學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 25(9): 711-713.

中圖分類(lèi)號(hào):S789.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

作者簡(jiǎn)介：蘇學(xué)輝( 1981-)，男，碩士，工程師，主要從事食品加工和天然植物有效成分提取技術(shù)研究，E-mail: sxh@lgberry.com；*通訊作者：姚德坤，E-mail: ydk2266@163.com 。

基金項(xiàng)目：國(guó)家林業(yè)局948項(xiàng)目(2013-4-21)

收稿日期 ：2016-01-15

DOI.:10.13268/j.cnki.fbsic.2016.02.002