野生藥用植物喀什小檗色素提取工藝的研究

王 燕，楊 玲

(塔里木大學(xué)新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木盆地生物資源保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆阿拉爾843300)

野生藥用植物喀什小檗色素提取工藝的研究

王 燕，楊 玲*

(塔里木大學(xué)新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木盆地生物資源保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆阿拉爾843300)

采用超聲波、超聲－微波協(xié)同、加速溶劑萃取三種方法，研究了喀什小檗色素的提取條件。結(jié)果表明，超聲波法的最佳工藝為:提取劑濃度60%，料液比1∶40，浸提時(shí)間30min，超聲波功率500W;超聲－微波協(xié)同萃取的最佳工藝為:提取劑濃度60%，料液比1∶40，超聲波功率500W，微波功率700W，提取時(shí)間15min;加速溶劑萃取的最佳工藝為:提取劑濃度75%，料液比1∶30，氮?dú)獯祾?0s，吹掃體積30%，壓力10.3MPa，靜態(tài)萃取時(shí)間5min，循環(huán)1次。綜合三種提取工藝，超聲－微波協(xié)同萃取法用于浸提喀什小檗色素，提取條件易控制，受熱體系溫度均勻，提取效率較高，同時(shí)提取時(shí)間只是超聲波提取法的一半，是具有良好發(fā)展前景的新工藝。

喀什小檗，色素，提取

Abstract:The extraction conditions of pigment from Berberis kaschgarica Rapr.berries were studied by three methods of ultrasonic，ultrasonic－microwave，accelerated solvent extraction(ASE).The results showed that the optimum condition for the ultrasonic extraction was as follows:extracting solvent 60%methanol，material to liquid ratio 1∶40，extracting time 30min，ultrasonic power 500W.The optimum condition for the ultrasonic－ microwave extraction was as follows:extracting solvent 60%methanol，material to liquid ratio 1∶40，ultrasonic power 500W，microwave power 700W，extracting time 15min.The optimum condition for the ASE extraction was as follows:extracting solvent 75%methanol，material to liquid ratio 1∶30，purge time 60s，flush volume 30%，10.3MPa pressure，static extraction time 5min，static cycle for 1 time.By comparing the three extract methods，the result showed that the ultrasonic－microwave extraction was a new well development potential technic for Berberis kaschgarica Rapr.berries extraction due to its easy extraction condition，homogeneous temperature distribution，higher extraction rate and a half extraction time of ultrasonic extraction.

Key words:Berberis kaschgarica Rapr.berries;pigment;extraction

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)食品添加劑的安全性越來越重視，天然色素以其安全、綠色、無(wú)毒而備受青睞。而且近十幾年國(guó)內(nèi)外研究表明，許多天然色素除具有基本的著色能力外，還具有生理活性，天然色素在日用化工、食品、醫(yī)藥、化妝品、保健品等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。目前，葡萄皮、漿果類(草莓、枸杞)、藍(lán)靛果、越橘紅、黑米紅等色素已應(yīng)用于商業(yè)生產(chǎn)［1－4］。喀什小檗(Berberis kaschgarica Rapr.berries)隸屬小檗科小檗屬，落葉灌木，其果實(shí)是維吾爾族醫(yī)藥中常用的一種藥物，具有活血、利膽、治療高血壓及炎癥等功效［5］。研究表明果實(shí)中含有豐富的花色苷類色素［6］。本文用超聲波、超聲－微波協(xié)同、加速溶劑萃取三種方法，分別研究了喀什小檗色素的最佳提取條件，以期采用現(xiàn)代提取技術(shù)，為提高提取效率提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

喀什小檗 采集于新疆天山林場(chǎng)，冷凍保存?zhèn)溆茫?jīng)塔里木大學(xué)植物科技學(xué)院教師邱愛軍鑒定為喀什小檗;甲醇、鹽酸 均為分析純。

GA1203精密電子天平 上海恒平科學(xué)儀器有限公司;SK3200H超聲波清洗機(jī) 上?？茖?dǎo)超聲儀器公司;Cary－100型紫外可見分光光度計(jì) VARIAN AUSTRALIA PTY LTD;CW－2000型超聲－微波協(xié)同萃取儀 上海新拓微波溶樣測(cè)試技術(shù)有限公司;快速溶劑萃取儀 SAE－100 DIONEX。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法［7－11］

1.2.1 超聲波提取法

1.2.1.1 色素提取單因素研究 選取提取劑濃度、提取時(shí)間、料液比三個(gè)因素研究其對(duì)超聲波提取法對(duì)喀什小檗色素提取效果的影響(超聲波功率為500W)，以517nm的吸光度值作為提取率的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.2.1.2 正交實(shí)驗(yàn) 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)，選取正交實(shí)驗(yàn)因素水平，做L9(34)正交實(shí)驗(yàn)，因素與水平設(shè)計(jì)如表1。

表1 喀什小檗色素提取正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

1.2.2 超聲－微波協(xié)同提取法

1.2.2.1 色素提取單因素研究 選取提取時(shí)間、微波功率、提取劑濃度和料液比四個(gè)因素研究超聲－微波協(xié)同提取法對(duì)喀什小檗色素提取效果的影響(超聲波功率為500W)，以517nm的吸光度值作為提取率的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.2.2.2 正交實(shí)驗(yàn) 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)，選取正交實(shí)驗(yàn)因素水平，做L9(34)正交實(shí)驗(yàn)，因素與水平設(shè)計(jì)如表2。

表2 喀什小檗色素提取正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

1.2.3 快速溶劑萃取法

1.2.3.1 色素提取單因素研究 選取萃取劑濃度、靜態(tài)萃取時(shí)間、料液比三個(gè)因素研究快速溶劑萃取法對(duì)喀什小檗色素提取效果的影響，以517nm的吸光度值作為提取率的評(píng)價(jià)指標(biāo)。。

1.2.3.2 正交實(shí)驗(yàn) 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)，選取正交實(shí)驗(yàn)因素水平，做L9(34)正交實(shí)驗(yàn)，因素與水平設(shè)計(jì)如表3。

表3 喀什小檗色素提取正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波提取法

2.1.1 提取時(shí)間對(duì)喀什小檗色素提取效果的影響選用50%甲醇(含0.1%鹽酸)，料液比1∶6(g/mL)，在超聲波清洗機(jī)中萃取。不同提取時(shí)間對(duì)喀什小檗色素提取效果的影響見表4。由表4可以看出，在40min時(shí)間內(nèi)，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，吸光度增加;超過40min后，吸光度不再增加，反而下降，這可能是由于喀什小檗色素降解所致，所以浸提時(shí)間以不超過40min為宜。

表4 提取時(shí)間對(duì)喀什小檗色素的提取效果

2.1.2 提取劑濃度對(duì)喀什小檗色素提取效果的影響

選用提取時(shí)間40min，料液比1∶6(g/mL)，在超聲波清洗機(jī)中萃取。不同提取劑濃度對(duì)喀什小檗色素提取效果的影響，見表5。由表5可以看出，在濃度低于60%時(shí)，隨濃度的增大吸光度增大;濃度大于60%后，隨濃度的增大吸光度有下降的趨勢(shì)，這可能是由于隨著甲醇體積分?jǐn)?shù)的增加，一些醇溶性雜質(zhì)和親脂性成分溶出量增加，這些成分與喀什小檗色素競(jìng)爭(zhēng)甲醇和水分子，并形成甲醇－水分子，從而導(dǎo)致喀什小檗色素提取效果的下降［12］。所以提取劑濃度選取60%最好。

表5 提取劑濃度對(duì)喀什小檗色素的提取效果

2.1.3 料液比對(duì)喀什小檗色素的浸提效果的影響選用50%甲醇(含0.1%鹽酸)，在超聲波清洗機(jī)中萃取40min。不同料液比對(duì)喀什小檗色素提取效果的影響見表6。由表6可以看出，隨提取劑增多，吸光度增大，但增大幅度越來越小，所以選取料液比1∶40最好。

2.1.4 正交實(shí)驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表7。

表6 料液比對(duì)喀什小檗色素的提取效果

表7 喀什小檗色素提取正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表7中R值分析可知，各因素對(duì)色素提取效果的影響程度依次為:料液比＞提取劑濃度＞提取時(shí)間。由于本實(shí)驗(yàn)采用提取次數(shù)為一次，料液比成為喀什小檗色素提取工藝的最關(guān)鍵因素，提取劑濃度在整個(gè)提取工藝中的影響也較大，而提取時(shí)間影響最小。由各因素的k值可確定最佳提取條件為A2B2C3，即提取劑濃度60%，提取時(shí)間30min，料液比1∶40。

2.2 超聲－微波協(xié)同提取法

2.2.1 提取時(shí)間對(duì)喀什小檗色素提取效果的影響選用50%甲醇(含0.1%鹽酸)，料液比1∶10(g/mL)，微波功率600W，超聲功率500W，在超聲－微波協(xié)同萃取儀中萃取。不同提取時(shí)間對(duì)喀什小檗色素提取效果的影響見表8。由表8可以看出，在600s時(shí)間內(nèi)，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，吸光度增加;超過600s后，吸光度不再增加，反而出現(xiàn)下降，這可能是由于溫度升高使喀什小檗色素降解，所以提取時(shí)間不超過600s為宜。

表8 提取時(shí)間對(duì)喀什小檗色素的提取效果

2.2.2 微波功率對(duì)喀什小檗色素提取效果的影響選用50%甲醇(含0.1%鹽酸)，料液比1∶10(g/mL)，超聲功率500W，在超聲－微波協(xié)同萃取儀中萃取600s。不同微波功率對(duì)喀什小檗色素提取效果的影響，見表9。由表9可以看出，微波功率為700W時(shí)，提取效果最好。

表9 微波功率對(duì)喀什小檗色素的提取效果

料液比1∶10(g/mL)，超聲功率500W，微波功率700W，在超聲－微波協(xié)同萃取儀中萃取600s。不同提取劑濃度對(duì)喀什小檗色素提取效果的影響，見表10。由表10可以看出，隨著提取劑濃度的升高，吸光度值先增大，然后反而減小，所以選取60%為最佳提取劑濃度。

表10 提取劑濃度對(duì)喀什小檗色素的提取效果

2.2.4 料液比對(duì)喀什小檗色素提取效果的影響 選用60%甲醇(含0.1%鹽酸)，微波功率700W，超聲功率自動(dòng)，在超聲－微波協(xié)同萃取儀中萃取600s。不同料液比對(duì)喀什小檗色素提取效果的影響，見表11。由表11可以看出，隨著提取劑的增多，吸光度值增大，但增大的幅度趨于平緩，所以選擇料液比1∶30。

表11 料液比對(duì)喀什小檗色素的提取效果

2.2.5 正交實(shí)驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表12。

由表12中R值分析可知，各因素對(duì)色素提取效果的影響程度依次為:提取時(shí)間＞提取劑濃度＞微波功率＞料液比。由各因素的k值可確定最佳提取條件為A3B3C2D3，即提取劑濃度60%，料液比1∶40，微波功率700W，提取時(shí)間15min。

表12 喀什小檗色素提取正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3 快速溶劑萃取

2.3.1 靜態(tài)萃取時(shí)間對(duì)喀什小檗色素提取效果的影響 精確稱取4g喀什小檗冷凍果實(shí)，選用60%甲醇(含0.1%鹽酸)(氮?dú)獯祾?0s，吹掃體積30%，壓力10.3MPa，循環(huán)1次。以下實(shí)驗(yàn)也均為此條件)。不同靜態(tài)萃取時(shí)間對(duì)喀什小檗色素提取效果的影響，見表13。

表13 靜態(tài)萃取時(shí)間對(duì)喀什小檗色素的提取效果

由表13可以看出，時(shí)間的影響不大，所以選擇靜態(tài)萃取時(shí)間5min。

2.3.2 料液比對(duì)喀什小檗色素提取效果的影響 選用60%甲醇(含0.1%鹽酸)，靜態(tài)萃取5min。不同料液比對(duì)喀什小檗色素提取效果的影響，見表14。

表14 料液比對(duì)喀什小檗色素的提取效果

由表14可以看出，最佳料液比為1∶40。

2.3.3 萃取劑濃度對(duì)喀什小檗色素提取效果的影響料液比1∶40，靜態(tài)萃取5min。不同萃取劑濃度對(duì)喀什小檗色素提取效果的影響，見表15。

表15 萃取劑濃度對(duì)喀什小檗色素的提取效果

由表15可以看出，最佳萃取劑濃度為70%。

2.3.4 正交實(shí)驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表16。

由表16中R值分析可知，各因素對(duì)色素提取效果的影響程度依次為:提取劑濃度＞靜態(tài)萃取時(shí)間＞料液比。由各因素的k值可確定最佳提取條件為A3B2C1，即提取劑濃度75%，料液比1∶30，靜態(tài)萃取時(shí)間 5min，氮?dú)獯祾?60s，吹掃體積 30%，壓力10.3MPa，循環(huán)1次。

表16 喀什小檗色素提取正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 討論

3.1 超聲波法的最佳提取工藝為:提取劑濃度60%，浸提時(shí)間 30min，料液比 1∶40，超聲波功率500W;超聲－微波協(xié)同萃取的最佳工藝為:提取劑濃度60%，料液比1∶40，微波功率700W，超聲波功率500W，提取時(shí)間15min;加速溶劑萃取的最佳工藝為:提取劑濃度75%，料液比1∶30，靜態(tài)萃取時(shí)間5min，氮?dú)獯祾?0s，吹掃體積30%，壓力10.3MPa，循環(huán)1次。

3.2 加速溶劑萃取(ASE)，是一種從固體和半固體基質(zhì)中提取物質(zhì)的樣品萃取新技術(shù)。其原理是在密閉容器內(nèi)，通過改變溫度和壓力，用溶劑萃取固體或半固體樣品的新穎樣品前處理方法，目前，ASE技術(shù)已廣泛運(yùn)用于藥物分析、環(huán)境、食品、農(nóng)殘、化工等諸多領(lǐng)域當(dāng)中［13－14］。在本實(shí)驗(yàn)中ASE技術(shù)比超聲波法和超聲－微波協(xié)同萃取法更具優(yōu)勢(shì)，ASE方法耗時(shí)少、消耗溶劑少、提取效率高、操作過程自動(dòng)化，但是ASE運(yùn)行成本較高制約了它的推廣。

3.3 綜合三種提取工藝，超聲－微波協(xié)同萃取法用于浸提喀什小檗色素，提取條件易控制，受熱體系溫度均勻，提取效率較高，同時(shí)提取時(shí)間只是超聲波提取法的一半，是具有良好發(fā)展前景的新工藝。

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Study on extraction of pigment from wild herb of Berberis kaschgarica Rapr.berries

WANG Yan，YANG Ling*
(Key Laboratory of Protection and Utilization of Biological Resources in Tarim Basin of Xinjiang Production ＆ Construction Groups，Tarim University，Alar 843300，China)

TS201.2

A

1002－0306(2010)08－0300－04

2009－08－05 *通訊聯(lián)系人

王燕(1983－)，女，碩士研究生，研究方向:天然產(chǎn)物研究與開發(fā)。

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木盆地生物資源保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(BR0905)。