超聲提取聯(lián)合膜分離技術(shù)純化甘草酸的工藝

李愛勤

（河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院，河南鄭州 450046）

甘草在我國(guó)藥材中用量較大，具有清熱解毒、益氣補(bǔ)脾、止痛緩急等功效，是經(jīng)過國(guó)家衛(wèi)生部批準(zhǔn)的藥食同源類食物。甘草酸是其中最主要的活性成分，其甜度是蔗糖的80～300倍。當(dāng)前甘草酸已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域，因此使用便捷、高效的超聲提取工藝和膜分離甘草酸分離純化技術(shù)至關(guān)重要。

1 甘草酸提取實(shí)驗(yàn)材料和方法概述

1.1 甘草酸化學(xué)性質(zhì)和藥理作用

甘草酸的分子式是C42H62O16，屬于三萜化合物，純甘草酸實(shí)際上是結(jié)晶狀粉末，其甜度是蔗糖的80～300倍。同時(shí)，甘草酸分子極性大，其中包含較多的極性官能團(tuán)，例如羧基、羥基等結(jié)構(gòu)，因此可以溶于水，在熱水中溶解度較高，且易溶于乙腈、甲醇等極性較強(qiáng)的有機(jī)溶劑中，但不易溶解在甲苯、乙酸乙酯、乙醚、二氯甲烷中[1]。甘草酸雖然在乙醇中的溶解度較低，但在水與乙醇按照1∶1比例調(diào)制的混合溶液中，其溶解度會(huì)增加。甘草酸中包含α、β異構(gòu)體分子，其中包含三個(gè)羧基，可以呈現(xiàn)出三鹽、二鹽、單鹽模式。此外，甘草酸是甘草中的主要活性成分，具有抗氧化、抗炎、提升細(xì)胞膜穩(wěn)定性、降血脂、保肝、解毒等功能，同時(shí)優(yōu)化肝損傷、腦部缺血性損傷問題，能夠緩解相關(guān)藥劑的副作用。

1.2 提取材料、設(shè)備

在提取實(shí)驗(yàn)中甘草材料可以選擇本地的藥材，而分析甘草酸的對(duì)照品純度應(yīng)超過98%；甲醇、乙醇、氨水等材料屬于分析純。在應(yīng)用超聲提取聯(lián)合膜分離技術(shù)時(shí)，選擇的儀器包含實(shí)驗(yàn)室膜分離設(shè)備；尺寸是0.65μm、0.45μm、0.22μm、0.10μm的尼龍微濾膜；DZF-6050型真空干燥箱；UV-2550型分光紫外光度計(jì)；KQ3200DE型超聲波數(shù)控發(fā)生器[2]。

1.3 提取方式

1.3.1 測(cè)試甘草酸含量

甘草酸的提取步驟如下：使用分析天平稱取0.025 00g的甘草酸標(biāo)準(zhǔn)品、制備甘草酸對(duì)照品溶液，在25mL的容量瓶中對(duì)濃度是70%的乙醇溶液進(jìn)行定容，將其配置為1.215mg/mL的甘草酸溶液，留置備用。

1.3.2 制備供試品對(duì)應(yīng)溶液

首先，用分析天平準(zhǔn)確稱取5.000 0g的甘草粉末，使用3號(hào)篩完成過篩操作，同時(shí)將固液比控制在1：10，單位是g/mL。其次，在恒溫60℃的熱回流環(huán)境中利用濃度是70%的乙醇對(duì)試劑開展提取工作，周期是4h。最后，冷卻備用得到提取液。

1.3.3 分析甘草酸標(biāo)準(zhǔn)品數(shù)值

使用移液管準(zhǔn)確量取2.50mL、2.00mL、1.50mL、1.00mL、0.50mL的對(duì)照品甘草酸溶液，將其放置在25mL容量瓶?jī)?nèi)，利用濃度是70%的乙醇完成定容配置，進(jìn)而獲得濃度分別是0.100 0mg·mL、0.080 00mg·mL、0.060 00mg·mL、0.040 00mg· mL、0.020 00mg·mL的標(biāo)準(zhǔn)甘草酸溶液，對(duì)樣品進(jìn)行依次的標(biāo)記，并將乙醇溶液設(shè)置為空白樣品溶液，掃描樣品的吸收波長(zhǎng)。

具體實(shí)驗(yàn)過程如下：其一，測(cè)試重復(fù)性。使用移液管量取供試品溶液2.50mL，將其放置在50mL的容量瓶?jī)?nèi)，再添加濃度是70%的乙醇溶液直至刻度線位置，同時(shí)將試劑搖勻，在250nm位置開展6次吸光度測(cè)定實(shí)驗(yàn)，得到相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差是1.31%，進(jìn)而體現(xiàn)出試劑的重復(fù)性較好。其二，測(cè)試精密度。量取對(duì)照品溶液2.50mL，將其放置在50mL的容量瓶?jī)?nèi)，利用濃度是70%的乙醇完成定容配置，同時(shí)將試劑搖勻。在250nm位置開展6次吸光度測(cè)定實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)試劑的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差是0.56%，因此實(shí)驗(yàn)證明試劑的精密度較高。

2 提取技術(shù)

2.1 選擇提取溶劑

2.1.1 收率公式

依據(jù)單位為g/mL、固液比為1∶10的標(biāo)準(zhǔn)開展提取工作，溫度設(shè)置為60℃，時(shí)間控制2h，將甲醇、去離子水、70%的乙醇溶液、70%的乙醇、0.5%的含氨溶液當(dāng)作提取溶劑，開展對(duì)應(yīng)的熱回流提取實(shí)驗(yàn)。在25mL容量瓶?jī)?nèi)放置0.50mL的提取液，同時(shí)利用濃度是70%的乙醇完成定容配制，在250nm位置開展吸光度測(cè)定實(shí)驗(yàn)，對(duì)提取率進(jìn)行運(yùn)算，將其作為評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量考察。其中甘草酸的收率公式如下：在該式子中，m是甘草質(zhì)量，單位是mg；C是經(jīng)過測(cè)定的甘草酸試劑質(zhì)量濃度，單位是mg/mL；n是提取液的稀釋倍數(shù)；V是提取液的體積，單位是mL。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)提取液是濃度為70%的乙醇酒精、0.5%含氨量的70%乙醇酒精、去離子水、無水甲醇試劑時(shí)，甘草酸的收率逐漸下降，其中去離子水、無水甲醇試劑甘草酸的收率較為接近。

2.1.2 提取溶劑分析

在濃度是70%的乙醇溶液中加入甘草酸，其溶解度超過去離子水和無水甲醇中的溶解度。原因是甘草酸中包含多種酚羥基、苯環(huán)結(jié)構(gòu)，屬于五三萜皂苷，其中的苯環(huán)擁有疏水性，是非極性基團(tuán)，因此極易溶解在有機(jī)溶劑中。同時(shí)，其他的酚羥基物質(zhì)屬于極性基團(tuán)，由于包含親水性，可以在水中溶解。此外，由于甘草酸中包含羧基，其與氨水反應(yīng)會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦什菟徜@鹽，使得甘草酸試劑在含有0.5%氨的乙醇溶液中降低了溶液濃度，甘草酸收率下降，使?jié)舛仁?0%的乙醇溶液中相對(duì)甘草酸收率大于去離子水、無水甲醇[3]。因此，經(jīng)過分析總結(jié)得出，由于甘草酸廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、食品等區(qū)域，選擇濃度是70%的乙醇溶液當(dāng)作提取溶劑。

2.2 提取工藝實(shí)驗(yàn)

可以將甘草酸的提取率作為實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)選擇超聲溫度、超聲功率、固液比、超聲時(shí)間作為主要的考核因素，進(jìn)而設(shè)置甘草酸提取純化的最佳工藝模式，其中超聲溫度、超聲功率、固液比、超聲時(shí)間對(duì)于甘草酸提取率的影響排序?yàn)椋簻囟龋竟β剩緯r(shí)間＞固液比。因此可以得到甘草酸提取純化的最佳工藝環(huán)境是：70℃的提取溫度、180W的提取功率、1∶20的固液比、75min的提取周期。

3 膜分離技術(shù)

3.1 制備提取液和膜分離技術(shù)實(shí)驗(yàn)

在應(yīng)用超聲輔助技術(shù)的同時(shí)，設(shè)置最佳的膜分離提取環(huán)境。量取部分甘草粉末完成超聲提取工作，借助2 800r/min的模式對(duì)甘草酸提取液離心操作25min，在結(jié)束后取出其上清液放置備用。在膜分離工藝實(shí)驗(yàn)中，考慮影響提取液微濾過程的因素，如過膜壓力、藥液溫度、膜孔徑等，同時(shí)將除雜率、甘草酸保留率作為對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，借助正交試驗(yàn)優(yōu)化膜分離工藝條件。其中相關(guān)公式如下：100%。式中，CN是過膜后濾液內(nèi)對(duì)應(yīng)甘草酸量，單位是mg/mL；T是甘草酸保留量；CNN是甘草酸在提取液內(nèi)的含量，單位是mg/mL；M1是沒有過膜的提取液出膏酸沉量，單位是mg；M2是過膜后的出膏量，單位是mg。

3.2 微濾技術(shù)的驗(yàn)證

超聲輔助技術(shù)可以利用空化作用提升甘草溶劑的傳質(zhì)，降低提取時(shí)間和提取溫度。因此通過超聲輔助技術(shù)將甘草酸提取液進(jìn)行離心操作，進(jìn)而開展三次最優(yōu)微濾工藝實(shí)驗(yàn)，得到的甘草酸保留率是96.92%、96.35%、97.16%，計(jì)算得出平均值是96.81%，且除雜率為14.75%、15.37%、15.29%，平均值是15.14%，因此該環(huán)境下開展膜分離技術(shù)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

綜上所述，通過將甘草酸作為研究對(duì)象，創(chuàng)新高效簡(jiǎn)單的甘草酸提取工藝與超聲提取技術(shù)，針對(duì)甘草酸提取液進(jìn)行純化探究。最終將濃度70%的乙醇溶液當(dāng)作提取試劑，并將甘草酸粉末、提取液按照20∶1的固液比進(jìn)行混合，且最優(yōu)過膜壓力取0.1MPa。