葛根素提取工艺的对比研究

葛根素提取工艺的对比研究摘要：葛根素是葛根的主要活性成分，因其对许多疾病有良好的治疗作用而日益受到广泛的关注。如今提取葛根素的方法众多，本文主要介绍传统提取方法中的水浴回流法，现代提取方法中的微波辅助提取和超声波辅助提取技术，通过分析不同的萃取方法来为葛根素的提取提供理论依据。关键词：葛根素；水浴回流法；超声波；微波引言：葛根为豆科植物的块根，又叫甘葛，粉葛，黄葛根，葛麻茹。葛根的药用和食用历史悠久，作为一种常用中药，在我国现存最早的一部药学专著《神农本草经》中就有较详细的记载，列为中品。葛根味甘辛、性平，具有降低血管阻力，改善心、脑血液循环，减慢心率，降低心肌耗氧量等药理作用［1］。葛根素呈白色针状结晶，属于异黄酮类，微溶于水，其水溶液为无色或微黄色，溶于甲醇、乙醇、吡啶，易溶于热水，难溶于苯、氯仿、乙醚等，与醋酸镁反应显黄色，与酸铅反应呈黄色沉淀。具有提高免疫，增强心肌收缩力，保护心肌细胞，降低血压，具有抗血小板聚集等作用。葛根素的提取通常采用水提法和有机溶剂提取法。实验多以乙醇为溶剂,用紫外分光光度法或高效液相色谱分析葛根素的含量,比较水浴回流提取、微波辅助提取和超声波辅助提取3种提取方法,为确定葛根素的提取工艺提供理论依据。1水浴回流法水浴回流法与浸提法相似，只是多了一个回流装置。浸提法较为简单，是根据各种成分在溶剂中的溶解性不同，选用对活性成分溶解度大，对不需要溶出成分溶解度小的溶剂，而将有效成分从药材组织内溶解出来的方法。当溶剂加到原料中时，溶剂由于扩散、渗透作用逐渐通过细胞壁透人到细胞内，溶解了可溶性物质，而造成细胞内外的浓度差，于是细胞内的浓溶液不断向外扩散，溶剂又不断进人药材组织细胞中，如此多次往返，直至细胞内外溶液浓度达到动态平衡时，将此饱和溶液滤出，继续多次加入新溶剂，就可以把所需要的成分近于完全溶出或大部溶出。用于葛根素的提取和纯化的溶剂主要有乙醇、甲醇、丁醇等［2］。水浴回流法同样是以乙醇等易挥发的有机溶剂为提取溶媒，对浸出液加热蒸馏，其中，挥发性溶剂馏出后又被冷凝，重新回到浸出器中继续参与浸提过程，循环进行，直至有效成分浸提完全，此为回流浸提法。甘琳［3］等通过水浴回流法提取葛根总黄酮。选择提取时间，乙醇浓度，提取温度，固液比为单因素，采用梯度实验，对比实验，数量统计以及进一步正交实验，得到各因素对提取效果的影响由大到小依次为提取温度，提取时间，乙醇浓度，固液比。极差分析结果表明，水浴提取葛根总黄酮优化工艺为，提取时间120min,乙醇浓度80%，提取温度80℃，固液比1:20。张庭［4］等比较了不同方法对葛根中葛根素的提取率的影响，就提取方法而言，选取了水加热回流提取，醇加热回流提取，渗漉法提取和超临界CO2流体萃取法，根据实验所得结果表明，乙醇加热回流提取得到的葛根素质量、纯度、转移率、出膏率均比其他三组实验要高，并且该实验还比较了在不同的提取条件下，葛根素提取的最佳提取条件，最佳实验条件为：乙醇浓度60%，温度80℃，提取时间60min，料液比1:8，提取次数3次。陈训［5］等采用传统浸提法提取葛根全原粉中的葛根素，通过单因素试验和正交试验的方法，以葛根素提取率为指标，得到了合理的提取参数，通过试验得知单因素中影响葛根素提取率的大小顺序依次为乙醇浓度提取温度固液比提取时间，提取最佳工艺为：提取温度80℃，提取时间60min，乙醇浓度50%，固液比1:30g/ml。2超声波提取固液萃取在食品化工中被称为提取，一般采用热处理或机械搅拌来加强溶剂从物料中提取有效成分，而超声能显著强化此过程。超声提取法利用超声波产生的强烈空化作用产生的强大剪切力，对细胞壁进行破坏，帮助葛根黄体酮类化合物的释放与溶出，同时超声的微扰效应增大了溶剂进入提取物细胞的渗透性，加强了传质过程。有效的质量传递和细胞破裂能对葛根素的提取起到重要的作用。邢亚东［6］等选择超声提取法，通过改变葛根粉粒度，提取剂乙醇的浓度以及提取时间作为单因素考察葛根素的提取效果，通过正交实验设计，对数据进行综合分析，并用HPLC测定葛根素的含量。在选取的单因素中，乙醇浓度对葛根素提取的影响为极显著（P0.05）,葛根粉粒度和提取时间为次要因素。结果表明，超声法提取葛根素的最佳条件为，葛根粉粒度为100目，50%的乙醇，超声时间为30min。同时优化后的超声法提取葛根素简单，方便，效率高，可用于生产。陈雅维［7］等采用响应面试验设计优化超声辅助提取葛根总黄酮的工艺条件，以超声时间、固液比及超声温度为单因素，总黄酮得率为响应值，根Box-Behnken原理采用三因素三水平响应面试验设计进行优化，依据系数估计值及各因素P值，可知选定的因素对于葛根总黄酮得率的影响大小顺序依次为固液比，超声温度，超声时间。当固定料液比后，通过响应面图可以清晰地观察到总黄酮得率随着超声温度及超声时间变化的趋势，并且超声温度及时间的影响显著。随着超声时间的延长，总黄酮得率呈现先增大后减小的趋势。随着超声温度的升高，总黄酮得率呈现先快速增大后趋于平稳的变化趋势。结果表明超声辅助法提取葛根总黄酮的最佳工艺条件为，以蒸馏水作为超声提取溶剂，超声时间43min,固液比1:10，超声温度68℃，此条件下总黄酮得率为5.28%。陈帅［8］等根据星点试验设计原理,选取提取温度,乙醇浓度,超声时间和固液比作为自变量，葛根素提取率作为响应值进行试验设计，用高效液相色谱测定葛根素含量，通过显著性试验，重复性试验，响应面法等对结果进行分析。根据回归方程绘制响应曲面图和等高线图，可以看出对葛根素提取率影响比较大的因素为提取温度，其次为乙醇浓度和超声时间，液固比对响应值影响不大，提取温度和超声时间的交互作用对葛根素提取率影响显著。利用SAS软件RSREG语句对模型进行典型性分析，得到野葛根茎中葛根素提取的最佳工艺为，提取温度57℃，乙醇浓度69%，超声时间45min，固液比1:213微波提取微波提取是用高频电磁波穿透萃取媒质，到达被萃取物料的内部，微波能迅速转化为热能使细胞内部温度快速上升，当细胞内部压力超过细胞壁承受能力，细胞破裂，细胞内有效成分自由流出，在较低温度下溶解于萃取媒质再通过进一步过滤和分离，便获得萃取物料。微波提取具有穿透能力强、加热效率高、选择性高，而且由于其以水或乙醇为溶剂，所以还能降低提取成本或减少污染，是一种快速高效的分离技术。罗志强［9］等在微波条件下萃取其葛根素，探讨了微波平均辐射功率、辐射时间、液固比、溶剂浓度对葛根素萃取的影响。采用反向高效液相色谱法测定葛根粉中的葛根素含量，并以响应面法确立其最佳萃取工艺。得到最适提取葛根素条件为，微波辐射功率300W，辐射时间40s，固液比28:1，萃取过程中主要影响因素次序依次是液固比、微波功率、辐射时间。在微波条件下采用乙醇溶液萃取葛根中葛根素，同传统方法相比具有提取率高、时间短、能源消耗小等优点。江和源［10］等进行了超声波和微波辅助提取葛根素的研究，首先采用热醇提取法进行单因素试验，选择最佳的工艺条件，结果认为用40%和60%乙醇提取葛根素，提取时间3小时，固液比1:10,以此为基础，采用微波和超声对葛根进行辅助提取，结果显示，以微波开展辅助提取可提高提取效率和节省溶剂，而以超声辅助提取对提取效率变化不明显。最后结合热醇提取技术和微波辅助技术，得到提取葛根素的最佳条件为：乙醇浓度70%，固液比1:10，提取时间3小时，提取温度50℃到60℃，浸提次数3次，微波功率700W，微波时间每次90s,以微波液体沸腾为准。葛根素提取量可达1.7%以上。综上所述，葛根素的提取方法有很多，如何在现有基础上发展和改进提取纯化葛根素的工艺，提高葛根素的纯度，向绿色环保和降低成本的工艺技术发展，为工业化大生产提供指导，是目前研究葛根素提取纯化的发展方向。将微波辅助提取法与水浴回流提取法、超声波辅助提取法作了比较。就相关研究表明，相比水浴回流法,微波辅助法有提取速度快,提取率高的优点;相对于超声波辅助法来说,微波辅助法有节能、环保的优点。说明微波辅助提取法在保证相对较高提取率的同时还有节能、环保的优势,对于葛根总黄酮提取的工业生产有更高应用价值,在天然产物有效成分的提取方面有更广阔的应用前景。参考文献：［1］郭建平，孙其荣，周全.葛根总黄酮不同提取工艺的探索.中草药，1995，26(3)：163—165．［2］鄢贵龙.葛根素的提取及纯化技术.氨基酸和生物资源，2004,26(3):38-41.［3］甘琳,周芳,张越非,池汝安.葛根总黄酮提取工艺的比较.时珍国医国药,2010年第21卷第4期.［4］张庭，吴丽华，肖丹，田浩，刘莉，石瑶，李晚谊.不同提取方法对葛根中葛根素提取率的影响.云南中医中药杂质，2013年第34卷的5期.［5］陈训，段林东，赵良忠.葛根全原粉中葛根素的提取工艺研究.安徽农业科学，2014年第42卷36期.［6］邢亚东，杨鹏飞.超声法提取葛根素条件的优化.现代预防医学,2014年第41卷第15期.［7］陈雅维，张延萍，周冬菊，周惠云，陈丽娜，尹卫平.响应面法优化葛根总黄酮的超声辅助提取工艺.食品科学，2012年第33卷第14期.［8］陈帅，王慧竹，薛健飞，钟方丽.响应面法优化超声提取野葛茎中葛根素的工艺.广东农业科学，2015年第4期.［9］江和源，江用文，蒋迎.葛根异黄酮的提取技术研究.食品工业，2005年第1期.