微波輔助萃取超微凍干人參粉總皂苷的研究

呂平（天津職業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院，天津300402）

微波輔助萃取超微凍干人參粉總皂苷的研究

呂平
（天津職業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院，天津300402）

對人參凍干超微粉的總皂苷微波輔助萃取工藝進(jìn)行優(yōu)化。試驗結(jié)果表明人參總皂苷微波萃取的最優(yōu)條件是：乙醇濃度為85%；萃取時間為25 min；萃取溫度為60℃；料液比為1∶12（g/mL），萃取次數(shù)為3次。在此條件下人參總皂苷含量可達(dá)12.69 mg/L。微波萃取相比回流萃取法、索式萃取法、浸漬法和滲漉法，其人參總皂苷含量提高29%～41%，表明微波萃取人參中總皂苷是一種高效可行的制備方法。

微波萃??；人參；總皂苷

人參是一種名貴中藥材，其主要生物活性和藥理成份是人參皂苷。從人參中提取總皂苷的方法一般有浸漬法［1］、滲漉法［2］、煎煮法［3］、回流法［3］、索氏提取法［4］、超臨界CO2萃取法［5］、超高壓法［6］等。但上述這些方法不同程度地存在得率低、提取時間長、能耗大，或不易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化等問題。微波萃取技術(shù)是近十年來被廣泛應(yīng)用的一種新型萃取技術(shù)。微波萃取技術(shù)是利用高頻電磁波穿透物料，使細(xì)胞內(nèi)部溫度快速上升，細(xì)胞膨壓超過細(xì)胞壁所能承受壓力，從而實現(xiàn)細(xì)胞破裂，有效成分自由流出，并在較低溫度下溶解于萃取溶劑中。同時，微波所產(chǎn)生的電磁場可加速被萃取組分的分子由固體內(nèi)部向固液界面擴(kuò)散的速率，從而縮短萃取擴(kuò)散時間，提高萃取效率。它同傳統(tǒng)的人參總皂苷萃取方法相比，具有萃取速度快、效率高的特點；同CO2超臨界萃取和超聲波萃取等方法相比，具有投資少、萃取回收率高、易于實現(xiàn)工業(yè)化等優(yōu)點。因此，課題組在人參冷凍干燥、超微粉碎基礎(chǔ)上重點優(yōu)化了人生總皂苷的微波萃取條件，以期為人參總皂苷高效率工業(yè)化制備提供參考資料。

1　材料與方法

1.1材料、試劑與儀器

人參：白山銀嶺特產(chǎn)貿(mào)易有限公司，取鮮人參，洗凈、瀝干、切片（厚度3 mm），制成試樣。

乙醇、丙酮、正丁醇：天津市化學(xué)試劑一廠；人參皂苷Re標(biāo)準(zhǔn)品：上海極威生物科技有限公司；甲醇（色譜級）：天津康科德化工有限公司。

凍干機(jī)：西安比朗生物科技有限公司；KQM-X4 （/B）型行星式球磨機(jī)：咸陽金宏通用機(jī)械有限公司；MARS5微波萃取儀：美國CEM公司；LC-20A液相色譜儀：日本島津。

1.2方法

1.2.1人參片的冷凍干燥

將人參片放入凍干機(jī)預(yù)凍4h后，板溫已達(dá)-26.8℃、料溫為-20.1℃、室溫-18.5℃。此時開啟后廂制冷，達(dá)到3.6 h后即板溫-38℃、料溫-33℃、室溫-29℃時，開始抽真空。達(dá)到3.2 h后即板溫-36℃、料溫-32℃、室溫-26.5℃，開啟加熱管加熱，板溫升高，精確控制加熱速率，直到板溫和料溫基本接近時，判定凍干過程結(jié)束。停止加熱，關(guān)真空泵，關(guān)制冷機(jī)，待料溫下降至室溫時，開啟放氣閥，迅速取出凍干人參片，進(jìn)行后續(xù)粉碎。

1.2凍干人參片的超微粉碎

將凍干人參片放入行星式球磨機(jī)中，粉碎20 min得到人參微粉。行星式球磨機(jī)的公轉(zhuǎn)速度為360 r/min，自轉(zhuǎn)速度為600 r/min。粉碎選用聚胺脂磨罐，氧化鋁磨介，物料和磨介比為1∶1。

1.3人參總皂苷微波萃取工藝研究

稱取1 g冷干超微人參粉末放入微波萃取儀，按照設(shè)定條件進(jìn)行提取、過濾、減壓濃縮，濃縮液定容至10mL備用，測定總皂苷含量。為考察單因素對人參總皂苷提取的影響，以人參總皂苷含量為考察指標(biāo)，分別設(shè)置不同類型萃取溶液、不同萃取溶劑濃度、萃取時間、萃取溫度、萃取次數(shù)、萃取溶劑和料液比進(jìn)行萃取試驗。微波萃取試驗的基礎(chǔ)條件為：料液比1∶18（g/mL）、萃取時間10 min、萃取溫度40℃、萃取次數(shù)2次。在單因素試驗的基礎(chǔ)上再設(shè)計正交試驗，以全面考察微波萃取中各因素對總皂苷提取的影響。

1.4人參總皂苷的測定（HPLC法）

準(zhǔn)確稱取人參皂苷Re標(biāo)準(zhǔn)品0.00153g置于5mL量瓶中，先加人3 mL色譜純甲醇溶解，超聲振蕩1 min，然后用甲醇定容，置4℃冰箱中密封保存?zhèn)溆?。分別吸取標(biāo)準(zhǔn)品溶液配成標(biāo)準(zhǔn)品溶液系列，使標(biāo)準(zhǔn)品溶液的濃度為0.035 1、0.070 2、0.140 4、0.280 8、0.388 0 mg/mL。

采用液相色譜儀，Diamonsil-C18ODS色譜柱（5 μm，250mm×4.6mm），柱溫：36℃，檢測波長為210nm，進(jìn)樣體積5 μL，流動相由乙睛和水（0.05%磷酸）組成，流速1.0 mL/min，梯度洗脫程序為：0～15 min，乙睛的體積分?jǐn)?shù)為20%～25%；15 min～35 min，乙睛的體積分?jǐn)?shù)為25%～45%；35 min～45 min，乙睛的體積分?jǐn)?shù)為45%～60%；45 min～60 min，乙睛的體積分?jǐn)?shù)為60%～100%；60 min～65 min，乙睛的體積分?jǐn)?shù)為100%。人參總皂苷Re的保留時間為26.68 min，標(biāo)準(zhǔn)曲線為：y=2.465× 10-7x-3.996×10-3（R2=0.998 91）。

2　結(jié)果與分析

2.1單因素對人參總皂苷微波萃取的影響

2.1.1萃取溶劑對人參總皂苷微波萃取的影響

在微波萃取人參總皂苷的單因素試驗中，首先要合理選擇萃取溶劑。為此試驗中選取了60%乙醇水溶液、60%丙酮水溶液和正丁醇3種常用的萃取溶劑，進(jìn)行對比試驗。試驗結(jié)果見表1。

表1　萃取溶劑對人參總皂苷提取效率的影響Table 1　Effect of extraction solvent on the extraction efficiency oftotal saponins

表1表明，60%丙酮溶劑萃取后總皂苷含量較高、60%乙醇溶劑次之，正丁醇溶劑最低，但3種萃取溶劑萃取后總皂苷含量差距不大于5%。雖然丙酮溶劑相對乙醇溶劑總皂苷含量稍高一點，但乙醇價格便宜，而且安全性高，在實際生產(chǎn)中已廣泛應(yīng)用。因此，在本試驗中選取乙醇為微波萃取溶劑。

2.1.2乙醇濃度對人參總皂苷微波萃取的影響

在確定乙醇為萃取溶劑后，還要確定最佳的乙醇溶劑濃度，為此設(shè)置了40%、55%、70%、85%、100%乙醇濃度進(jìn)行萃取試驗。結(jié)果見表2。

表2　乙醇濃度對人參總皂苷提取效率的影響Table 2　Effect of ethanol concentration on the extraction efficiency of total saponins

表2表明，隨著乙醇濃度的提高，人參總皂苷含量不斷增加，但100%乙醇時，總皂苷的含量反而降低。乙醇濃度在70%和85%時總皂苷含量基本一致，從節(jié)約萃取試劑，降低生產(chǎn)成本角度考慮，選擇70%乙醇溶液為最佳萃取溶劑。

2.1.3萃取時間對人參總皂苷微波萃取的影響

人參總皂苷萃取中，萃取時間是個很重要的參數(shù)，因為它對后續(xù)放大工藝中的生產(chǎn)時間和生產(chǎn)效率都有顯著影響。為此，試驗設(shè)置了5、10、15、20、25 min的萃取時間進(jìn)行試驗，試驗結(jié)果見表3。

表3表明，隨著萃取時間延長，人參總皂苷含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在20 min時，總皂苷的含量最高，達(dá)到11.08 mg/L。因此，最佳的微波萃取時間為20 min。

表3　萃取時間對人參總皂苷提取效率的影響Table 3　Effect of extraction time on the extraction efficiency of total saponins

2.1.4料液比對人參總皂苷微波萃取的影響

人參凍干超微粉（g）與70%乙醇（mL）溶液之比為本試驗的料液比，料液比對人參總皂苷的提取效率有著重要的影響。為此，分別設(shè)計了1∶6、1∶12、1∶18、1∶24 和1∶30（g/mL）的料液比進(jìn)行試驗，結(jié)果見表4。

表4　料液比對人參總皂苷提取效率的影響Table 4　Effect of solid-liquid ratio on the extraction efficiency of total saponins

表4表明，隨著料液比的減小，總皂苷含量不斷升高。在一般情況下，料液比越小，萃取率越高，但料液比的減小會增加萃取溶劑的用量，給溶劑的回收帶來困難，明顯增加人參總皂苷的萃取成本。本試驗中物料比在1∶24（g/mL）和1∶30（g/mL）的情況下，兩者的總皂苷含量接近，因此人參皂苷微波萃取的最佳物料比應(yīng)為1∶24（g/mL）。

2.1.5萃取溫度對人參總皂苷微波萃取的影響

微波萃取中溫度的控制是關(guān)鍵性因素之一，溫度的提高一方面會增加萃取的效率，同時微波萃取會在瞬間釋放大量熱量，使部分人參總皂苷降解，從而降低人參總皂苷的含量。為此，試驗分別設(shè)置了30、40、50、60、70℃進(jìn)行對比試驗，結(jié)果見表5。

表5　萃取溫度對人參總皂苷提取效率的影響Table 5　Effect of extraction temperature on the extraction efficiency of total saponins

表5表明，隨著溫度提高，人參總皂苷含量變化呈現(xiàn)單峰曲線，最佳的溫度為50℃，此時的總皂苷含量達(dá)10.66 mg/L。

2.1.6萃取次數(shù)對人參總皂苷微波萃取的影響

一般來說，一次萃取很難將中藥材的藥效成本提取完全。為此試驗中考查了萃取次數(shù)對人參總皂苷微波提取的影響，結(jié)果見表6。

表6　萃取次數(shù)對人參總皂苷提取效率的影響Table 6　Effect of extraction times on the extraction efficiency of total saponins

表6表明，第2次萃取后人參總皂苷的含量較第1次萃取時有明顯地增加，而第3次、第4次、第5次萃取后人參總皂苷的含量較第2次萃取基本沒有提高，因此，總皂苷的最佳萃取次數(shù)應(yīng)為2次。

2.2人參總皂苷微波萃取的正交優(yōu)化

為進(jìn)一步優(yōu)化人參總皂苷微波萃取工藝條件，了解各個因素在微波萃取的相互作用，在上述單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，選取了5個因素：乙醇濃度、萃取時間、萃取溫度、料液比、萃取次數(shù)，采用正交設(shè)計表L16（45）進(jìn)行優(yōu)化試驗，正交試驗因素水平見表7，正交設(shè)計試驗結(jié)果見表8，正交結(jié)果的方差分析見表9。

表7　正交試驗因素水平表Table 7　Factors and levels of orthogonal experiments

從表8中可以看出，以人參總皂苷含量為指標(biāo)，乙醇濃度最大K值是10.615，對應(yīng)的最優(yōu)水平是85%；萃取時間最大K值是10.395，對應(yīng)最優(yōu)水平是25 min；萃取溫度最大K值是10.585，對應(yīng)最優(yōu)水平是60℃。料液比最大K值是10.602，對應(yīng)最優(yōu)水平是1∶12（g/mL）。萃取次數(shù)最大K值是10.080，對應(yīng)的最優(yōu)水平是3次。因此乙醇濃度、萃取時間、萃取溫度、料液比、萃取次數(shù)5個因素的最優(yōu)水平組合為A3B4C3D1E3，也是人參總皂苷萃取最優(yōu)水平組合。同時比較各R值大小有如下關(guān)系：R（乙醇濃度）＞R（料液比）＞R（萃取溫度）＞R（萃取時間）＞R（萃取次數(shù)）。因此，在人生總皂苷萃取中乙醇濃度、料液比對萃取效率影響較大，萃取溫度和萃取時間次之，而萃取次數(shù)影響最小。同時從表8中可以看出，萃取效率最高組合是組合12，此時人參總皂苷含量可達(dá)12.69 mg/L。

從表9中可以看出，人生總皂苷萃取的方差分析結(jié)果與直觀分析結(jié)果相一致。但各因素的F都不大，在P=0.05的水平上，均小于F臨界值，說明這些因素對人參總皂苷萃取都有著重要的作用，存在明顯的交互作用。與前面的單因素試驗結(jié)果相比較，乙醇濃度、萃取時間、萃取溫度、料液比、萃取次數(shù)5個因素的最優(yōu)水平都發(fā)生了改變，而且最佳組合并未出現(xiàn)在正交試驗中，為此在最佳萃取條件下，進(jìn)行了5次驗證試驗，結(jié)果表明人參總皂苷的平均含量為12.962 mg/L，確實為人參總皂苷含量的最高值。

表8　人參總皂苷微波萃取正交試驗結(jié)果及直觀分析Table 8　Results and analysis of orthogonal experiments

表9　正交試驗結(jié)果正交方差分析表（P=0.05）Table 9　Orthogonal analysis of variance（P=0.05）

2.3人參總皂苷幾種提取方法的比較

由于常用萃取人參總皂苷的方法多樣，不同提取方法又有不同的提取工藝和得率，為了進(jìn)一步確證微波萃取是否真的具有優(yōu)勢和工業(yè)上應(yīng)用的前景，采用同一批次凍干超微人參粉，分別用回流萃取法、索式萃取法、微波萃取法、浸漬法和滲漉法進(jìn)行對比試驗，試驗結(jié)果見表10。

表10　不同方法對人參總皂苷提取的影響Table 10　Extraction of total saponins from panax ginseng by different methods

從表10中可以看出，微波萃取人參總皂苷含量明顯高于傳統(tǒng)的提取方法，可達(dá)12.74 mg/L，分別比回流萃取法、索式萃取法、浸漬法和滲漉法提取人參總皂苷含量提高29%、30%、37%和41%。因此，可以認(rèn)為微波萃取人參中總皂苷是一種高效可行的提取方法。

3　結(jié)論

1）在人參冷凍干燥和超微粉碎后，對其粉末進(jìn)行微波萃取條件優(yōu)化。最優(yōu)微波萃取工藝是：乙醇濃度是85%；萃取時間是25 min；萃取溫度是60℃，料液比是1∶12（g/mL），萃取次數(shù)是3次。在此條件下，人參總皂苷含量可達(dá)12.69 mg/L。

2）微波萃取人參總皂苷含量明顯高于傳統(tǒng)的提取方法，分別比回流萃取法、索式萃取法、浸漬法和滲漉法提取的人參總皂苷含量提高29%～41%，可以認(rèn)為是一種高效可行的提取方法。

［1］張春紅，張崇禧，鄭友蘭，等.浸漬法提取人參皂苷最佳工藝的研究［J］.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003，25（1）：73-74

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［3］閆光軍，張寶江，徐道娟.幾種常用人參提取工藝研究比較［J］.山東醫(yī)藥工業(yè)，2002，21（4）：8

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Study on Microwave Assisted Extraction of Total Saponins from Ginseng Powder by Freeze Drying and Superfine Grinding

Lü Ping
（Department of Biological and Environmental Engineering，Tianjin Professional College，Tianjin 300402，China）

The process of microwave assisted extraction was used to extract ginsenoside from Ginseng powder by Freeze drying and superfine grinding.The optimum process conditions were as follows：ethanol concentration was 85%；microwave assisted extraction time was 25 min；material-solution ratio was 1∶12（g/mL）；microwave assisted extraction temperature was 60℃；times of microwave assisted extraction was 3.The content of total ginsenoside was up to 12.69 mg/L under above process conditions.The ginseng total saponin content by microwave assisted extraction increased by 29%-41%，compared with the content by the reflux extraction，Soxhlet extraction，soaking method and percolation method，so total saponins from Ginseng powder could be effectively extracted by microwave.

microwaveassistedextraction；ginsengpowder；totalsaponins

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.15.024

呂平（1975—），男（漢），副教授，博士，研究方向：天然產(chǎn)物提取技術(shù)。

2016-04-12