微波提取柴胡揮發(fā)油的工藝研究

譚承佳，溫榮偉，馬家驊，3*，楊興旺

(1.綿陽師范學(xué)院，四川綿陽 621000;2.西南科技大學(xué)，四川綿陽 621010;3.四川省柴胡工程技術(shù)研究中心 (籌)，四川綿陽 621010;4.四川德培源中藥科技開發(fā)有限公司，四川綿陽 621000)

柴胡是我國傳統(tǒng)中藥之一，為傘形科多年生草本植物柴胡Bupleurum Chinese DC.或狹葉柴胡Bupleurum scorzonerifolium Willd.的干燥根。揮發(fā)油為其主要有效組分，現(xiàn)代研究［1-3］表明柴胡揮發(fā)油具有較好的解表、退熱作用，還具有一定的抗炎、抗驚厥作用，被制成相關(guān)劑型廣泛用于臨床，如柴胡注射液、柴胡口服液等。對(duì)柴胡揮發(fā)油的提取傳統(tǒng)采用水蒸氣蒸餾法［4-5］，該法操作簡(jiǎn)單，但耗時(shí)長(zhǎng)，提取效率低，出油率低，能耗大。近年來興起的的超臨界CO2萃取技術(shù)也有應(yīng)用于柴胡揮發(fā)油的報(bào)道［6］，該法具有高效，出油率高，環(huán)保等特點(diǎn)，但成本較高，急需尋找更加有效的方法。

而微波提取與傳統(tǒng)的水蒸氣蒸餾、索氏抽提等技術(shù)相比，可縮短實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)時(shí)間、降低能耗、減少溶劑用量以及廢物的產(chǎn)生，同時(shí)可提高收率和提取物純度，目前用于揮發(fā)油等生物活性成分的提取報(bào)道較多［7-9］，但幾乎未見用于柴胡揮發(fā)油的報(bào)道，故本實(shí)驗(yàn)嘗試將其用于柴胡揮發(fā)油的提取，以提高效率，降低能耗。實(shí)驗(yàn)中以出油率為指標(biāo)，采用單因素和正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)來確定微波提取柴胡揮發(fā)油的最佳工藝條件，并通過氣相色譜定性對(duì)比了其與傳統(tǒng)水蒸氣蒸餾法所得揮發(fā)油成分的區(qū)別。

1 儀器與試藥

1.1 儀器 經(jīng)改造的Galanz WP700微波爐 (順德市格蘭仕微波爐電器有限公司);Varian 450GC氣相色譜儀 (美國瓦里安公司);BP211D型電子天平 (德國賽多利斯);RE-52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 (上海亞榮生化儀器廠)。

1.2 試藥 柴胡藥材 (四川德培源中藥科技開發(fā)有限公司提供)，經(jīng)西南科技大學(xué)馬家驊副教授鑒定為傘形科植物柴胡Bupleurum chinense DC.的干燥根;正己烷、無水乙醇均為分析純。

2 方法與結(jié)果

2.1 單因素考察 以出油率為指標(biāo)，采用單因素試驗(yàn)法考察影響微波提取柴胡揮發(fā)油的因素，即取柴胡藥材適量，置圓底燒瓶，加入一定體積的正己烷，放入微波爐腔，設(shè)定微波火力與時(shí)間，回流提取，待提取結(jié)束，冷卻至室溫，抽濾，收集濾液，濃縮至適量，水浴蒸干，得棕黃色濃縮物，即微波提取物。采用水蒸氣蒸餾法收集揮發(fā)油精油，讀取體積，計(jì)算揮發(fā)油得率。

2.1.1 料液比的考察 保持微波火力為中高火，提取時(shí)間為10 min，對(duì)料液比為1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8、1∶10、1∶12分別進(jìn)行考察，結(jié)果揮發(fā)油得率分別為0.105%、0.119%、0.133%、0.139%、0.139%、0.144%、0.144%，表明隨著溶劑量的增加，揮發(fā)油得率上升，直至增加到為藥材的10倍量時(shí)達(dá)得最大值，得率不會(huì)再隨著溶劑量的增加而增加。

2.1.2 提取功率的考察 保持料液比為1∶5，提取時(shí)間為10 min，對(duì)提取功率低火 (119 W)、中低火 (280 W)、中火 (462 W)、中高火 (595 W)、高火 (700 W)分別進(jìn)行考察，結(jié)果揮發(fā)油得率分別為0.099%、0.145%、0.125%、0.119%、0.099%。結(jié)果表明，微波爐火力為中低火檔時(shí)揮發(fā)油得率最高，低火檔時(shí)，由于微波強(qiáng)度不夠，使細(xì)胞的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜破損程度不夠，使提取得率降低，隨著火力的增加，高溫下可能使部分溶劑蒸發(fā)，并帶走某些有效成分，導(dǎo)致提取物得率降低，從而致?lián)]發(fā)油得率降低。

2.1.3 提取時(shí)間的考察 保持料液比1∶5，微波火力大小為中高火，對(duì)提取時(shí)間 5、10、15、20、25、30、35、40 min分別進(jìn)行考察，結(jié)果揮發(fā)油得率分別為0.105%、0.119%、 0.125%、 0.159%、 0.155%、 0.159%、0.133%、0.125%。結(jié)果表明，隨著提取時(shí)間的增加，揮發(fā)油的得率明顯增加，在20～30 min時(shí)達(dá)到最大值，而后隨著時(shí)間的增加，得率開始下降。

2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 通過單因素考察，選取3個(gè)因素水平進(jìn)行正交試驗(yàn)，以揮發(fā)油得率為指標(biāo)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行方差分析，因素水平設(shè)計(jì)表見表1，結(jié)果見表2～3。

表1 微波提取因素水平

表2 微波提取法正交試驗(yàn)結(jié)果

表3 方差分析結(jié)果

由表2、表3可以看出，微波提取柴胡揮發(fā)油的各影響因素中，料液比的影響最大，有顯著性差異，其次為提取時(shí)間，微波功率影響最小，因此確定微波提取柴胡揮發(fā)油的最佳工藝為A2B3C3，即料液比1∶8，微波火力大小為中火檔，微波提取時(shí)間為30 min。在上述最優(yōu)工藝條件下，進(jìn)行 3批驗(yàn)證工藝，結(jié)果分別為 0.212%、0.203%、0.220%。

結(jié)果表明，在上述最佳提取工藝條件下，柴胡揮發(fā)油得率較高，且較穩(wěn)定，表明該工藝穩(wěn)定可行。

2.3 微波法與水蒸氣蒸餾法的對(duì)比

2.3.1 揮發(fā)油的制備 取柴胡藥材適量，分別按照傳統(tǒng)的水蒸氣蒸餾法和微波提取法的最佳工藝提取揮發(fā)油，比較兩者的出油率。

2.3.2 揮發(fā)油的氣相色譜分析［10-11］取揮發(fā)油加適量無水乙醇溶解進(jìn)行氣相色譜檢測(cè)，測(cè)定條件如下:以5%二苯基-95%二甲基聚硅氧烷 (HP-5)為固定相的毛細(xì)管柱(柱長(zhǎng)30 m，內(nèi)徑為0.32 mm，膜厚度為0.25 μm)，柱溫為程序升溫，初始溫度為50℃，保持5 min，以3℃/min升溫至170℃，保持10 min，再以5℃/min升溫至230℃，用氫火焰離子化檢測(cè)器檢測(cè)，檢測(cè)器溫度250℃;進(jìn)樣口溫度250℃，分流進(jìn)樣，分流比為10∶1。載氣為氮?dú)猓w積流量1.0 mL/min。結(jié)果見圖1。

圖1 微波法 (A)與水蒸氣蒸餾法 (B)柴胡揮發(fā)油GC色譜圖

結(jié)果測(cè)得水蒸氣蒸餾法出油率約為0.07%，微波萃取法出油率約為0.21%，且由圖1可知，兩者所得揮發(fā)油成分接近，主要成分基本一致。

3 討論

本實(shí)驗(yàn)通過單因素考察和正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)微波法提取柴胡揮發(fā)油的工藝進(jìn)行了優(yōu)化，獲得了最佳工藝條件，并通過出油率和GC圖譜對(duì)所得揮發(fā)油的得率和組成成分與水蒸氣蒸餾法進(jìn)行了比較，結(jié)果表明水蒸氣蒸餾法所得揮發(fā)油中主要成分與微波提取法所得揮發(fā)油中主要成分相同，且后者揮發(fā)油得率是前者的2倍多;在提取時(shí)間上，微波提取法只需30 min，后續(xù)純化約2 h，相對(duì)于水蒸氣蒸餾法時(shí)間大大縮短?？傮w而言，微波萃取法提取率高，工藝簡(jiǎn)單，能耗低，用于柴胡揮發(fā)油的提取切實(shí)可行，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。后續(xù)將在此基礎(chǔ)上，擬進(jìn)一步研究微波法提取柴胡揮發(fā)油的中試與工業(yè)化參數(shù)。

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