超聲波輔助提取玉竹植物甾醇工藝的優(yōu)化

曾夏雨+何佳慧+許澤文+陳致印

摘要：采用超聲波輔助提取玉竹[Polygonatum odoratum（Mill.） Druce]中植物甾醇。通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，以提取溶劑、料液比、超聲時(shí)間、超聲溫度4個(gè)因素進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果表明，乙酸乙酯為最佳提取溶劑，最適宜的工藝條件為料液比1∶40（g∶mL）、超聲時(shí)間50 min、超聲溫度45 ℃，該條件下植物甾醇提取量為2.714 9 mg/g。該工藝可為玉竹的綜合利用提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：玉竹[Polygonatum odoratum（Mill.） Druce]；超聲波；植物甾醇

中圖分類(lèi)號(hào)：S567.23+9；R284.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）20-5345-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.20.044

Abstract： The ultrasonic assisted method was used to extract phytosterol from Polygonatum odoratum（Mill.） Druce. With single factor experiment and orthogonal test， the extraction solvent， material-liquid ratio， ultrasonic extraction time， ultrasonic extraction temperature were selected as experiment factors. The results showed that the optimal conditions of extracting phytosterol from Polygonatum odoratum（Mill.） Druce was solvent of acetic ether， the material-liquid ratio of 1∶40（g∶mL）， ultrasonic extraction time of 50 min， ultrasonic extraction temperature of 45 ℃. Under these conditions， the extraction content of phytosterol was 2.714 9 mg/g. The method would provide scientific basis and technical support for the comprehensive utilization of Polygonatum odoratum（Mill.） Druce.

Key words： Polygonatum odoratum （Mill.） Druce； ultrasonic； phytosterol

玉竹[Polygonatum odoratum （Mill.）Druce]是黃精屬百合科多年生草本植物，又名尾參、玉參、萎蕤等，味甘微寒，具有養(yǎng)陰潤(rùn)燥，生津止渴的功效[1]?？捎糜谙挝戈巶?，燥熱咳嗽，咽干口渴，內(nèi)熱消渴等癥狀[2]。玉竹主要化學(xué)成分為多糖類(lèi)化合物，另含甾體皂苷、黃酮、生物堿、甾醇、鞣質(zhì)等成分[3]。李海明等[4]用硅膠、Sephadex LH-20、ODS柱層析和制備HPLC等分離純化玉竹，通過(guò)波譜及質(zhì)譜分析鑒定化合物結(jié)構(gòu)，分離得到5種化合物，其中就含有植物甾醇。周婷婷[5]研究發(fā)現(xiàn)，植物甾醇對(duì)膽固醇代謝、抗氧化作用、類(lèi)激素功能、抗癌作用、免疫調(diào)節(jié)功能、抗炎與調(diào)節(jié)生長(zhǎng)作用等方面都具有明顯效果。目前，植物甾醇的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，如醫(yī)藥、食品、日用化妝品等行業(yè)都有所涉及[6，7]。

植物甾醇的提取方法很多，常見(jiàn)的有溶劑結(jié)晶法、絡(luò)合法、皂化法、蒸餾法、吸附法、超臨界CO2法、萃取法、酶法等[8]。李波等[9]、李萬(wàn)林等[10]、趙紅紅等[11]曾分別以玉米胚芽油、大豆油、菜子油為原料，采用微波輔助提取植物甾醇。而利用超聲波輔助提取玉竹中的植物甾醇鮮見(jiàn)相關(guān)報(bào)道，本研究使用超聲波輔助提取玉竹根莖中的植物甾醇，優(yōu)化其提取條件，旨在為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用玉竹提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

玉竹：湖南省雙峰縣鄧氏生態(tài)玉竹發(fā)展有限公司提供；植物甾醇標(biāo)準(zhǔn)品（HPLC≥98%）：成都曼思特生物科技有限公司提供；其他試劑均為分析純。

123型可見(jiàn)分光光度計(jì)（上海光譜儀器有限公司）；KQ5200DB型超聲波清洗機(jī)（昆山市超聲儀器有限公司）；RE-2000A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（鞏義市予華儀器有限公司）；SHZ-D（III）型循環(huán)水式真空泵（鞏義市予華儀器有限公司）；HX-400A型高速中藥粉碎機(jī)（浙江省永康市溪岸五金藥具廠(chǎng)）。

1.2 方法

1.2.1 工藝路線(xiàn) 將玉竹洗凈→切片烘干→粉碎→過(guò)篩（80目）→放入具塞三角瓶→裝入有機(jī)溶劑→超聲波提取→旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)→初提物→定容→比色測(cè)定。

1.2.2 植物甾醇含量的測(cè)定方法[12] 用β-谷甾醇為標(biāo)樣作標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，以乙酸乙酯為溶劑，將1 mg/mL β-谷甾醇溶液稀釋為0.04、0.06、0.08、0.10、0.12 mg/mL濃度梯度，各取5 mL，分別加入1 mL濃硫酸，50 ℃水浴加熱4 min，在416 nm波長(zhǎng)下，以乙酸乙酯與濃硫酸混合液為空白測(cè)定吸光度。

1.2.3 單因素試驗(yàn) 稱(chēng)取玉竹樣品5份，每份均為2.0 g，考察提取劑分別為石油醚、無(wú)水乙醇、乙酸乙酯、正己烷、丙酮；料液比（g∶mL，下同）分別為1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60；超聲時(shí)間分別為20、30、40、50、60 min；超聲溫度分別為25、35、45、55、65 ℃時(shí)，重復(fù)3次，測(cè)定植物甾醇的提取量。

1.2.4 正交試驗(yàn) 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以料液比、超聲時(shí)間、超聲溫度為影響因素，進(jìn)行3因素3水平正交試驗(yàn)，優(yōu)化提取工藝，因素與水平見(jiàn)表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 線(xiàn)性關(guān)系的考察

采用Liebermann-Bur chard比色法，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)回歸方程為y=1.96x+0.022 6（R2=0.996 3），植物甾醇濃度與吸光度線(xiàn)性關(guān)系良好（圖1）。

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 溶劑 各種溶劑的初提液均為黃色，澄清透明。由圖2可知，不同溶劑對(duì)植物甾醇的提取量不同。石油醚提取效果最差，無(wú)水乙醇和丙酮提取效果相近，正己烷提取效果較好，乙酸乙酯提取效果最佳，故選取乙酸乙酯作為提取溶劑。

2.2.2 料液比 由圖3可知，不同的料液比對(duì)植物甾醇的提取有影響。隨著溶劑體積增加，原料與提取溶劑接觸面積增大，溶出的植物甾醇越多，植物甾醇提取量顯著增加，當(dāng)料液比達(dá)到1∶40時(shí)，提取量最大，隨著提取溶劑體積的繼續(xù)增加，其他物質(zhì)會(huì)隨著體積增大而相應(yīng)增加，抑制植物甾醇溶出，植物甾醇含量有所下降，最終趨于平緩。

2.2.3 超聲時(shí)間 由圖4可知，隨著超聲時(shí)間地改變，提取結(jié)果也將隨之改變。在20～50 min內(nèi)，隨著超聲時(shí)間地增加細(xì)胞膜破碎數(shù)量越多，破碎程度越大，植物甾醇溶出越多，植物甾醇的提取量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增多。但超聲時(shí)間超過(guò)50 min后，植物甾醇含量會(huì)受到相應(yīng)地破壞，細(xì)胞破碎程度增大后雜質(zhì)也相應(yīng)增多，不利于植物甾醇提取，含量有所降低。

2.2.4 超聲溫度 由圖5可知，在25～35 ℃內(nèi)，植物甾醇提取量隨溫度增大而顯著增加，但溫度高于35 ℃時(shí)，植物甾醇隨溫度增加而減少，可能是由于溫度增加，溶劑汽化程度變大，減小了溶劑與原料的接觸面積，同時(shí)可能造成有效成分的分解，從而降低了植物甾醇的提取量。

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)單因素試驗(yàn)的篩選，可知不同料液比、超聲時(shí)間、超聲溫度對(duì)植物甾醇提取量有較大影響。為更進(jìn)一步得出提取的最優(yōu)條件，以這3個(gè)單因素選3個(gè)水平，以提取量為考察指標(biāo)，采用L9（34）正交試驗(yàn)（表2）。由表2可以看出，試驗(yàn)各因素對(duì)玉竹植物甾醇提取量的影響主次順序?yàn)镃>B>A，即超聲溫度>超聲時(shí)間>料液比，極差分析確定的玉竹植物甾醇提取最優(yōu)組合為A2B2C3，即料液比為1∶40，超聲時(shí)間為50 min，超聲溫度為45 ℃。在此條件下，玉竹根莖中植物甾醇提取量為2.714 9 mg/g。

3 小結(jié)與討論

對(duì)于植物甾醇提取工藝的研究中，大部分采用熱水浸提法、乙醇回流法等[13]，這類(lèi)工藝有提取時(shí)間較長(zhǎng)、提取溫度較高、提取率較低的缺點(diǎn)。本研究通過(guò)超聲波輔助提取，具有提取時(shí)間較短、提取溫度低、提取率較高的優(yōu)點(diǎn)，更適合于植物甾醇的提取。

玉竹植物甾醇提取的最優(yōu)溶劑是乙酸乙酯，與趙一凡等[8]、李波等[9]用丙酮和三氯甲烷提取植物甾醇有區(qū)別。本研究通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)得出玉竹中植物甾醇的最佳工藝參數(shù)為料液比1∶40，超聲時(shí)間50 min，超聲溫度45 ℃，在該條件下得到提取量為2.714 9 mg/g，相比趙紅紅等[11]、李萬(wàn)林等[10]分別從菜子油和大豆油中的提取量（2.265 mg/g和2.317 mg/g）高，但比李波等[9]從玉米胚芽油中的提取率（8.305 mg/g）低。

植物甾醇能夠從食用油、木漿下腳料、中草藥等農(nóng)副廢物資源中提取，具有生產(chǎn)植物甾醇的有利條件，但植物甾醇的弱疏水性和油溶性限制了其應(yīng)用[14]，需采用合成酯的方式加以利用。許青青等[15]將植物甾醇與脂肪酸直接酯化合成甾醇酯。于敏等[16]以脂肪酶為催化劑，在有機(jī)溶劑中催化月桂酸和植物甾醇合成月桂酸植物甾醇酯。隨著植物甾醇研究的深入，其功能和應(yīng)用也將進(jìn)一步被挖掘，而對(duì)其生物學(xué)活性機(jī)制的了解就顯得更為迫切[7]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉塔斯，楊先國(guó)，龔力民.藥食兩用中藥玉竹的研究進(jìn)展[J].中南藥學(xué)，2008，6（2）：216-218.

[2] 藥典委員會(huì).中國(guó)藥典[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.57-58.

[3] 尹 偉，陶阿麗，劉金旗，等.玉竹的化學(xué)成分研究[J].天然產(chǎn)物研究與開(kāi)發(fā)，2014（7）：1035-1040.

[4] 李海明，白 虹.玉竹化學(xué)成分研究[J].食品與藥品，2010，1（3）：102-104.

[5] 周婷婷.植物甾醇對(duì)人的保健功能的研究[J].科技致富向?qū)В?011（26）：124.

[6] 左 玉.植物甾醇研究與應(yīng)用[J].糧食與油脂，2012（7）：1-3.

[7] 趙 昕，胡傳榮，陳玲鵑，等.植物甾醇深加工產(chǎn)品的研究進(jìn)展[J].糧油加工，2008（7）：75-77.

[8] 趙一凡，谷克仁，牛付歡，等.植物甾醇提取新工藝[J].食品科學(xué)，2008，29（7）：192-194.

[9] 李 波，劉 欣，李 睿，等.玉米胚芽油中微波輔助提取植物甾醇及其抗氧化性研究[J].西部皮革，2014，36（14）：18-19.

[10] 李萬(wàn)林，鐘姣姣，馮 鞏，等.大豆油中植物甾醇提取工藝及抗氧化活性研究[J].大豆科學(xué)，2014，33（5）：731-732.

[11] 趙紅紅，李 波，李萬(wàn)林，等.微波輔助提取菜籽油中植物甾醇及其清除羥基自由基研究[J].糧油食品科技，2014，22（5）：20-22.

[12] 莊華梅，雷 然.野生半夏中β-谷甾醇含量的測(cè)定[J].湖北林業(yè)科技，2007（3）：19-23.

[13] 趙 巖，唐國(guó)勝，侯瑩瑩，等.植物甾醇酯合成工藝研究進(jìn)展[J].食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào)，2015，6（2）：586-587.

[14] 孫軍鳳.植物甾醇及其衍生物研究進(jìn)展[J].中國(guó)公共衛(wèi)生，2014，30（4）：538-541.

[15] 許青青，金文彬，蘇寶根，等.植物甾醇酯的化學(xué)合成及其分離研究進(jìn)展[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2014，29（3）：120-122.

[16] 于 敏，蔣振華，任立偉，等.植物甾醇酯制備方法的研究[J].食品與藥品，2014（1）：1-3.