微波與超聲波提取絞股藍總皂甙比較研究

易克傳， 曾其良， 李 慧

(安徽科技學院工學院，安徽鳳陽 233100)

微波與超聲波提取絞股藍總皂甙比較研究

易克傳， 曾其良， 李 慧

(安徽科技學院工學院，安徽鳳陽 233100)

以絞股藍全草為原料，采用微波和超聲波對絞股藍總皂甙提取進行了對比研究，兩種方法分別采用單因素實驗及正交試驗，探討了優(yōu)化提取條件和參數(shù)．結(jié)果表明:微波提取的優(yōu)化工藝參數(shù)，料液比為1 g∶25 mL，微波處理時間為11 min，微波功率為400 W，總皂甙提取率為7.59%;超聲波提取的優(yōu)化工藝參數(shù)，料液比為1 g∶25 mL，提取溫度為70℃，超聲波處理時間為20 min，超聲波功率為400 W，總皂甙提取率為8.01%．

絞股藍;皂甙;微波提取;超聲波提取

絞股藍 (Gynostemma pentaphyllum(Thunb．)makino)又名七葉膽，為葫蘆科絞股藍屬植物［1］，是一種常用中藥，廣泛分布于日本、朝鮮及我國長江以南各省和陜西南部．絞股藍是一種食藥兩用植物，20世紀70年代以來，我國醫(yī)藥工作者和日本學者對絞股藍的化學成分、營養(yǎng)、藥理作用做過很多研究．絞股藍屬植物主要含有皂甙、黃酮、多糖、氨基酸、植物蛋白、色素、有機酸及微量元素等化學成分［2－3］．絞股藍皂甙為絞股藍的主要藥效成分之一，具有抑制腫瘤、防止衰老、降低血脂、增強免疫、防治糖皮質(zhì)激素不良反應、保護心臟和肝臟、降低血糖、鎮(zhèn)靜止痛及抗?jié)兊人幚碜饔茫?－5］．近年來，絞股藍皂甙被廣泛應用于保健食品、醫(yī)藥及化妝品的生產(chǎn)中．

從天然產(chǎn)物中提取皂甙類物質(zhì)的方法很多．傳統(tǒng)方法有水提醇沉法、溶劑提取法、大孔樹酯法等．這些方法主要存在工藝復雜，所需的時間較長，生產(chǎn)成本高等缺點．隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，微波和超聲波技術越來越多用于天然產(chǎn)物的提取上，微波和超聲波以其反應靈敏、升溫快速均勻、操作簡單、工作效率高、有效成分提取率高等優(yōu)點越來越受到人們的重視，已被運用于植物有效成分提取，植物中重金屬的提取等［6－10］．

本研究用正交試驗法考察了分別采用微波和超聲波提取絞股藍皂甙的工藝條件和提取率，為絞股藍的開發(fā)和工業(yè)化生產(chǎn)提供依據(jù)．

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

絞股藍，購于湖北省咸豐縣綠緣富硒絞股藍有限公司，經(jīng)安徽農(nóng)業(yè)大學岳鵬翔教授鑒定為葫蘆科植物絞股藍的全草，屬甜味型絞股藍;人參皂甙Rb1對照品，中國藥品生物制品檢定所;甲醇、高氯酸、冰醋酸、香草醛等均為分析純．

JWFC－16型萬能粉碎機，河南省滎陽宏樂機械廠;AEL－160型電子天平，日本島津公司;R－201型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，北京長安科學儀器廠;B－290型噴霧干燥機，瑞士Buchi公司;UV－265型分光光度計，日本島津公司;J80－2B型離心分離機，上海安亭科技有限公司制造;DZC－403型真空干燥箱，天津天宇機電儀器有限公司;WD900SL23－2型微波爐，蘇州三星電子有限公司;JCT－1200W型超聲波提取機，山東省濟寧市超聲波電子儀器廠．

1.2 實驗方法

1.2.1 提取方法

絞股藍全草經(jīng)干燥后粉碎成粗粉，稱取10.00 g絞股藍粗粉，置于三角燒瓶中，根據(jù)實驗要求條件分別采用微波輔助浸提和超聲波輔助浸提兩種方法提取，將提取液進行離心處理得上清液，取上清液蒸發(fā)濃縮再經(jīng)真空干燥或噴霧干燥得粗提取物樣品．粗提取物提取率(W0)可計算得到．

1.2.2 粗提取物中總皂甙含量的測定

標準曲線的繪制按文獻［11］的方法:精確稱取人參皂甙Rb1標準品10 mg，加入5 mL容量瓶中，用醇溶解稀釋至刻度，搖勻，得到質(zhì)量濃度為2 mg/mL的標準溶液．精確吸取標準溶液100 μL置于10 mL具塞試管中．加入5%香草醛冰醋酸溶液0.4 mL，高氯酸1.6 mL，密封、搖勻，于60℃水浴中保溫15 min后取出，立即放入水浴中冷卻至室溫．加入10 mL冰醋酸，搖勻，置于比色皿中，在波長400～600 nm掃描，發(fā)現(xiàn)在550 nm處有最大吸收，故確定檢測波長為550 nm．精確吸取標準溶液0，50，100，150，200，250 μL 置于 6 個 10 mL 具塞試管中，在550 nm處分別測定吸收值，空白試劑(甲醇)為參照，測得數(shù)據(jù)如表1．

表1 人參皂甙Rb1標準品吸光度Tab．1 Absorbance of standard Ginsenoside Rb1

以溶液的吸光度值A和皂甙質(zhì)量濃度Y(μg/mL)為最小二乘法作線性回歸處理，得標準曲線方程:Y=80.249A－0.254(R=0.999 8)．

提取物中總皂甙的測定:精確稱取所得樣品適量M(mg)，制成60 mg/mL的甲醇溶液，搖勻．精確吸取以上溶液0.10 mL，加入15 mL具塞試管內(nèi)．以下操作同標準曲線制法，在同一條件下測定吸光度，代入回歸方程可求出皂甙質(zhì)量濃度(mg/mL)，每個樣品重復3次，取平均值，計算出提取物中總皂甙提取率 W1．

式(1)中，W1為總皂甙提取率，%;

C為皂甙質(zhì)量濃度，mg/mL;

V為提取物試樣制成的標準溶液體積，mL;

M為提取物樣品質(zhì)量，mg;

W0為提取物提取率，%．

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素對絞股藍皂甙提取率的影響

2.1.1 料液比對提取率的影響

稱取絞股藍粗粉10.00 g，分別在微波功率400 W，微波處理時間7 min，及超聲波功率400 W，超聲時間30 min，提取溫度60℃條件下，考察不同料液比對絞股藍皂甙提取得率的影響，料液比(g/mL)分別采用1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，1∶35．在微波及超聲波兩種方法下，不同料液比對絞股藍皂甙提取的影響，結(jié)果見圖1．

圖1 不同料液比對提取率的影響Fig．1 Effect on extract yield of different ratio of Material to liquid

由圖1可以看出，隨著料液比的增加，皂甙提取率均呈增加趨勢．但當料液比為1∶25后，提取率增加不明顯;在同樣料液比下，超聲波提取率高于微波提取率．這可能是由于溶劑增加，導致提取溫度降低的緣故．因此以下實驗中，微波法和超聲波法均以料液比為1∶25為較佳料液比條件．

2.1.2 提取功率對提取率的影響

稱取絞股藍粗粉10.00 g，加入200 mL水，分別在不同微波強度下處理7 min，及在不同超聲強度下處理30 min，提取溫度60℃條件下，考察不同提取功率對絞股藍總皂甙提取率的影響．提取功率分別采用100，200，300，400，500，600 W．結(jié)果見圖2．

由圖2可知，隨著提取功率的增大，絞股藍皂甙提取率均隨之提高，這主要是由于隨著提取功率的增加，物料在單位時間內(nèi)獲得能量逐步增加，會加劇原料中組織細胞的破裂，使得皂甙類物質(zhì)溶出，從而使提取量增加;但微波功率超過400 W后，絞股藍皂甙提取率有所下降．因為當微波功率增加時，提取液溫度在短時間內(nèi)達到上限值，導致提取溶媒沸騰，使得皂甙類化合物損失，而超聲波提取時避免了提取液沸騰的現(xiàn)象．因此，從圖2中曲線可看出，超聲波提取的總皂甙量較微波提取量大，且微波及超聲波提取功率的最佳值均為400 W．因此以下實驗中，提取功率均設定為400 W．

圖2 不同功率強度對提取率的影響Fig．2 Effect on extract yield of different power

2.1.3 處理時間對提取率的影響

稱取絞股藍粗粉10.00 g，加入200 mL水，在微波功率400 W 條件下，分別處理 3，5，7，9，11，13 min;在超聲波功率400 W條件下，分別處理5，10，15，20，25，30 min，考察不同提取時間對絞股藍總皂甙提取率的影響．結(jié)果見圖3．

由圖3可知，隨著處理時間的延長，兩種方法中股藍皂甙提取率均呈上升趨勢，這主要是由于處理時間的增加，物料在單位時間內(nèi)獲得能量逐步增加，使有效成分進入溶劑量增加，從而使提取量增加．但當微波提取9 min，超聲波提取20 min后，皂甙提取得率不再增加，其原因可能是隨著微波和超聲波作用時間的進一步加長，一些不溶物質(zhì)進入水溶液，對過濾產(chǎn)生阻滯作用，從而影響提取得率．因此，優(yōu)化的微波處理時間為9 min，優(yōu)化的超聲波處理時間為20 min．

圖3 不同處理時間對提取率的影響Fig．3 Effect on extract yield of different processing time

2.2 正交試驗結(jié)果與分析

2.2.1 微波提取正交試驗

通過以上實驗可知，影響微波提取絞股藍皂甙的主要因素是料液比、微波處理時間、微波功率等，為了全面考察這3個因素的影響，設計了三因素三水平的正交試驗．因素與水平見表2．

表2 因素水平表Tab．2 Factor and Level

試驗結(jié)果見表3，由DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件按方差分析理論分析計算得方差分析結(jié)果，見表4．試驗重復系數(shù)為3．

表3 L9(34)正交試驗及結(jié)果Tab．3 L9(34)arrangment and results of orthogonal test

表4 方差分析結(jié)果Tab．4 Results of variance analysis

極差分析結(jié)果表明，用微波輔助法提取絞股藍皂甙，各因素對提取率影響的主次為:A＞C＞B，即提取時間＞微波功率＞料液比;方差分析表明，微波處理時間和微波功率對絞股藍皂甙提取率影響均較顯著，料液比對其影響不顯著．根據(jù)分析得出優(yōu)化提取工藝條件為A3B2C2，即料液比為1 g∶25 mL，微波處理時間為11 min，微波功率為400 W．

按照優(yōu)化的提取工藝條件進行實驗，測得絞股藍皂甙得率為7.59%，優(yōu)于正交試驗表中的任何一組．

2.2.2 超聲波提取正交試驗

通過實驗可知，影響超聲波提取絞股藍皂甙的主要因素是料液比、提取溫度、超聲波處理時間、超聲波功率等，為了全面考察這4個因素的影響，設計了四因素三水平的正交試驗．因素與水平見表5．

表5 因素水平表Tab．5 Factor and Level

試驗結(jié)果見表6，由DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件按方差分析理論，分析計算得方差分析結(jié)果，見表7．試驗重復系數(shù)為3．

極差分析結(jié)果表明，用超聲波法提取絞股藍皂甙，各因素對提取率影響的主次為:A＞D＞B＞C，即料液比＞超聲波功率＞提取溫度＞超聲波處理時間;方差分析結(jié)果表明，料液比、提取時間、超聲波功率、提取溫度四因素對絞股藍皂甙提取率影響均較顯著，對提取結(jié)果均有較大的影響．因此，在超聲波提取時應進行綜合考慮，根據(jù)以上分析得出優(yōu)化提取工藝條件為A3B2C1D2，即料液比為1 g∶25 mL，提取溫度70℃，超聲波處理時間為20 min，超聲波功率為400 W．

按照優(yōu)化的提取工藝條件進行實驗，測得絞股藍皂甙得率為8.01%，優(yōu)于正交試驗表中的任何一組．

表6 L9(34)正交試驗及結(jié)果Tab．6 L9(34)Arrangment and results of orthogonal test

表7 方差分析結(jié)果Tab．7 Results of variance analysis

3 討論

以絞股藍總皂甙提取率為考察指標，研究了微波和超聲波法提取絞股藍皂甙的工藝條件，對料液比、微波功率、超聲波功率、提取時間和提取溫度等因素進行了實驗與分析．從絞股藍皂甙提取率分析，超聲波法高于微波法，可能是由于微波輔助提取時，易導致提取液溫度過高，破壞提取物有效成分，影響了提取率;從提取時間上分析，超聲波法比微波所用時間長，生產(chǎn)效率不如微波輔助提取，同時，超聲波處理后的提取液中含雜質(zhì)較多，后續(xù)的過濾與澄清過程比微波提取液費時．

［1］中國科學院中國植物志編輯委員會．中國植物志第七十三卷第一分冊［M］．北京:科學出版社，1986:265-277．

［2］《全國中草藥匯編》編寫組．全國中草藥匯編(下)［M］．北京:人民衛(wèi)生出版社，1978:467．

［3］魏均嫻，陳業(yè)高，徐興倫，等．絞股藍的化學成分研究Ⅰ．一種新的達瑪烷——絞股藍皂甙元Ⅱ的結(jié)構［J］．化學學報，1991，49(9):932-936．

［4］潘峰，劉迪，黃翠霞，等．絞股藍皂甙的藥理與臨床研究［J］．現(xiàn)代中西醫(yī)結(jié)合雜志，2006，15(5):674-676．

［5］方乍浦，曾憲儀．絞股藍酮甙A的化學結(jié)構［J］．藥學學報，1996，31(9):680-683．

［6］黎海彬，王邑，李俊芳，等．微波輔助提取技術在天然產(chǎn)物提取中的應用［J］．現(xiàn)代食品科技，2005，21(3):148-150．

［7］Pan X J，Niu G G，Liu H Z．Microwave assisted extraction of tea polyphenols and tea caffeine from green tea leaves［J］．Chemical Engineering and Processing，2003，42(1):129-133．

［8］王錚敏．超聲波在植物有效成分提取中的應用［J］．三明高等?？茖W校學報，2002，19(4):45-53．

［9］林碩，岳琳娜，高學玲，等．超聲波強化提取絞股藍皂苷的工藝研究［J］．食品科學，2009，30(14):72-75．

［10］易克傳，岳鵬翔，汪維云．超聲波強化提取滁菊花有效成分的試驗研究［J］．包裝與食品機械，2005，23(6):5-8．

［11］寸永莉．絞股藍總甙的含量測定［J］．中國新醫(yī)藥，2003，2(5):100-101．

(責任編輯:葉紅波)

Comparison Study on Microwave and Ultrasonic Wave Extraction of Gypenosides from Gynostemma Pentaphyllum(Thunb．)Makino

YI Ke-chuan， ZENG Qi-liang， LI Hui
(College of Technology，Anhui Science and Technology University，F(xiàn)engyang 233100，China)

The microwave and ultrasonic techniques were used to extract Gypenosides from Gynostemma pentaphyllum(Thunb．)makino．The optimum extraction conditions were investigated by the single facter and orthogonal design．The optimal conditions for the microwave extraction were the ratio of material to solvent of 1∶25(g/mL)，extracting time of 11 min，microwave power of 400W．Under the optimal conditions，the rate of Gypenosides was 7．59%．The optimal conditions for the ultrasonic extraction were as follows:the ratio of material to solvent of 1∶25(g/mL)，extracting temperature of 70℃，extracting time of 20 min，ultrasonic power of 400W．Under the optimal conditions，the rate of Gypenosides was up to 8.01%．

Gynostemma pentaphyllum(Thunb．)makino;Gypenosides;microwave extraction;ultrasonic extraction

TS202.3;TQ021.4;R284.2

A

1671-1513(2011)05-0036-05

2011-04-11

安徽高等學校省級自然科學重點研究項目(KJ2010A075);科技部星火計劃重點項目(2010GA710009)．

易克傳，男，副教授，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工工藝與設備的教學與研究工作．