全 文 ：苦荞黄酮提取与分离技术的研究进展
邹 亮 1 ,赵 钢 1 ,周 浓2 ,胡一冰 1 ,彭镰心 1 ,杨敬东 1
(1.成都大学生物产业学院,四川成都 610106;2.大理学院药学院 ,云南大理 671000)
摘要 综述了近年来苦荞黄酮在提取与分离方面的研究进展 ,包括乙醇浸提法、水煎煮法 、超临界流体萃取、微波提取、酶法提取、超声
提取等提取工艺和大孔树脂吸附法、酸碱法、高速离心法等分离技术 ,为苦荞黄酮的产业化开发提供了技术基础。
关键词 苦荞;黄酮;提取;分离
中图分类号 S519 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2009)27-13235-03
ResearchProgressontheExtractionandSeparationTechniquesofFlavonefromTartaryBuckwheat
ZOULiangetal (ColegeofBiologicalIndustry, ChengduUniversity, Chengdu, Sichuan610106)
Abstract Theresearchprogressesontheextractionandseparationtechniquesofflavonefromtartarybuckwheatinrecentyearswerere-
viewed.Theextractiontechniquesincludedalcoholextraction, decoctingmethod, supercriticalfluidextraction, microwaveextraction, enzyme
extractionandsupersonicextraction, andtheseparationtechniquesincludedmacroporousresinabsorption, acid-baseseparationandhigh-
speedcentrifugation.Thisoverviewprovidedtechnologybasisfortheindustrialexploitationoftartarybuckwheat.
Keywords Tartarybuckwheat;Flavone;Extraction;Separation
基金项目 国家科技部 “十一五 ”支撑项目(2006BAD02B06-02);四川
省中医药管理局重点项目(200675)。
作者简介 邹亮(1979-), 男 ,四川万源人 ,博士 ,讲师 , 从事中药制剂
与中药质量标准化研究。
收稿日期 2009-07-08
苦荞 [ Fagopyrumtataricum(L.)Gaertn.]为蓼科双子叶
植物 ,又名鞑靼荞麦(TartaryBuckwheat),是我国一种小宗种
植的杂粮作物和药食同源植物 ,种植的面积和产量均居世界
第一 。苦荞含有其他谷物中所不含有的黄酮类化合物 ,其中
已知的黄酮类物质有芦丁 、槲皮素 、异槲皮苷 、牡荆苷 、异牡
荆苷 、山柰酚和山柰酚 -3-O-芸香糖苷等 ,以芦丁含量最高 。
现代药理研究结果表明 ,苦荞黄酮具有降糖降脂 、抗氧化 、抗
衰老及治疗心脑血管系统疾病等作用 [ 1-5] ,可开发为功能性
食品或作为医药保健产品的原料。近年来 ,许多新技术和新
方法广泛应用于苦荞黄酮的制备工艺研究 ,包括提取工艺及
分离纯化工艺 ,这些技术方法为进一步开发以黄酮提取物为
原料的苦荞产品奠定了基础。
1 苦荞黄酮的提取技术研究
1.1 乙醇浸提法 苦荞中所含的芦丁 、槲皮素等黄酮类成
分易溶于甲醇 、乙醇 、丙酮等有机溶剂中 。由于甲醇 、丙酮等
有一定毒性 ,在工业制备提取中应选用无毒的乙醇作为提取
溶剂。另外 ,乙醇作提取溶剂也方便回收再利用 ,以降低企
业的生产成本 。
常用的乙醇提取方法有浸渍法 、渗漉法和加热回流法 3
种 ,其中加热回流法提取效率高 ,在生产中较多见。张瑞
等 [ 6]采用乙醇浸提法 ,以芦丁 、槲皮素等黄酮成分含量和 D-
手性肌醇含量为评价指标 ,研究苦荞麸皮功能成分的提取方
法和工艺。首先对渗漉法 、冷浸法和加热回流法进行考察 ,
发现加热回流法显著优于其他 2种方法。然后通过正交设
计试验 ,考察溶剂浓度 、溶剂用量 、提取时间和提取次数 4个
因素对有效成分提取率的影响 ,并考虑成本因素 ,筛选出最
优工艺条件:加热回流法提取 , 10倍量 60%乙醇提取 2次 ,
每次 1.0h。
1.2 水煎煮法 水是常用的提取溶剂之一 ,具有经济 、安
全 、极性大 、溶解范围广等特点。芦丁等黄酮类成分可溶于
沸水 ,故常采用煎煮法提取。水煎煮法优点是成本低 、安全 ,
适合于工业化生产;缺点是热水提取出的杂质较多 ,且由于
苦荞中淀粉含量较高 ,用水煎煮后药液粘度较大 ,滤过困难。
煎煮法属于间歇式操作 ,即将苦荞原料置煎煮器中 ,加水使
浸没 ,浸泡适宜时间;然后加热至沸 ,并保持微沸状态一定时
间 ,滤过 ,收集滤液;药渣再加水煎煮 ,合并各次煎煮液 ,即
得。提取工艺主要考虑因素加水量 、浸泡时间 、煎煮时间及
煎煮次数等因素 。周瑞雪等 [ 7]对苦荞进行水提取工艺的研
究 ,以提取物总黄酮量及其含量为指标来评价提取工艺。通
过单因素试验和正交试验考察浸泡时间 、料液比等对提取物
总黄酮量及其含量的影响 ,优选出水提法的最佳工艺:浸泡
时间 9h、料液比 1∶15,提取时间 2 h/次 ,提取次数 2次。水
提法得到的苦荞总黄酮纯度可达到 10%以上。
1.3 超临界流体萃取 超临界流体萃取技术(Superitical
FluidExtraction, SFE)是利用超临界状态下的流体为萃取剂 ,
从液体或固体中萃取植物中的有效成分并进行分离的方法。
超临界流体的理化性质介于液体和气体之间 ,密度和液体相
近 ,粘度与气体相近 ,但扩散系数约比液体大 100倍 ,具有良
好的溶剂特性 ,可作为溶剂从植物中萃取出活性成分。
可以作为超临界流体的物质很多 ,如 CO2 、NH3、C2H6、
CCl2F2、C7 H16等 ,实际应用 CO2较多。CO2的临界温度(Tc=
31.4 ℃)接近室温 ,临界压力(Pc=7.37 MPa)也不太高 ,易
操作 ,且本身呈惰性 ,价格便宜 ,是植物超临界流体萃取中最
常用的溶剂。姜忠丽等 [ 8]研究了超临界 CO2萃取苦荞中芦
丁的工艺。他们分别采用索氏抽提法 、乙醇浸提法和超临界
CO2萃取方法 ,对苦荞中的芦丁进行了提取 ,确定最佳提取
方法为超临界 CO2萃取法 ,并采用正交试验考察了 4因素
(样品含水量 、萃取压力 、萃取温度 、萃取时间)3水平对其得
率的影响。得出超临界 CO2萃取苦荞芦丁的适宜工艺条件:
苦荞粉水分含量 3%,萃取压力 30MPa,萃取温度 35℃,萃取
时间 80 min。
1.4 微波提取 微波又称超高频率电磁波 ,是一种波长在
1 ～1 000mm(相对频率为 300～ 300 000 MHz)的电磁波。微
波提取技术主要是基于微波具有的热特性 ,使物体本身被加
安徽农业科学 , JournalofAnhuiAgri.Sci.2009, 37(27):13235-13237 责任编辑 熊章琴 责任校对 卢瑶
热 ,从而促进有效成分的溶出。加热原理有 2个方面 [ 9] :一
方面通过 “介电损耗 ” ,具有永久偶极的分子在 2 450MHz的
电磁场中产生共振频率 ,使分子高速旋转 ,平均动能迅速增
加 ,从而导致温度升高;另一方面通过离子传导 ,离子化的物
质在超高频的电磁场中做超高速运动 ,因磨擦而产生热效
应 。与传统提取方法相比 ,微波提取植物有效成分具有简
便 、加热速度快 、能耗低 、加热均匀等优点 ,适宜于苦荞黄酮
的提取。王军等 [ 10]对微波提取苦荞麸皮总黄酮的工艺进行
了研究。试验结果表明 ,微波提取的最佳工艺条件:微波功
率中档 ,微波加热 120 s,乙醇浓度 80%,料液比 1∶50。该工
艺条件下固形物收率达 5.51%。
1.5 酶法提取 酶法提取技术 ,系通过加入某些特定的酶 ,
使包裹于植物细胞内的有效成分转移到溶媒中 [ 11] 。例如 ,
植物组织中的有效成分大多包裹在细胞壁中 ,大部分中药材
的细胞壁是由纤维素构成 ,由于纤维素的阻碍 ,传统的的水
提法总黄酮提取效率较低 。近年来 ,纤维素酶被应用于中药
有效成分的提取 ,采用纤维素酶酶解可破坏细胞壁 ,进而有
利于有效成分的提取。
对于苦荞茎叶而言 ,纤维素酶可充分破坏苦荞茎叶以纤
维素为主的细胞壁结构 ,使提取传质阻力减小 ,内容物黄酮
成分易于溶出 ,从而提高得率。王敏等 [ 12]研究了苦荞茎叶
粉中总黄酮酶法提取工艺 ,先利用纤维素酶对苦荞茎叶粉进
行处理 ,然后用水提取。其中 ,主要考察加酶量 、酶解温度 、
酶解时间和 pH值对总黄酮得率的影响。根据试验结果 ,各
因素的影响主次顺序为酶解温度 >酶解时间 >加酶量 ,酶法
提取的最佳工艺条件:酶解温度 55℃,加酶量 3.0 μl, pH值
6.5,酶解 90 min,再在 90 ℃下用水提取 3次 ,每次 30 min。
总黄酮得量可达 1.47%,为普通水提法的 3.08倍。由此可
见 ,酶法提取适用于苦荞茎叶中黄酮类成分的辅助提取 ,可
利用该法改良水提法的工艺技术条件 ,增大苦荞黄酮的提
取率。
1.6 超声提取 超声提取技术 [ 13]是利用超声波的空化作
用 、机械作用 、热效应等以增大物质分子运动频率和速度 ,增
加溶剂穿透力 ,从而提高植物有效成分浸出率 ,缩短提取时
间的方法。该项技术具有省时 、节能 、提取效率高等优点 ,是
一种快速 、高效的新型提取方法 ,且提取中无需加热 ,可避免
由于加热引起的热不稳定性成分含量降低 ,有效保证药效成
分的稳定性。
刘春花等 [ 14]采用超声提取法提取苦荞黄酮 ,并与常规
热回流法进行比较研究。结果表明 ,超声提取法优于常规热
回流提取方法 ,最佳提取条件:使用 80%乙醇 ,在温度 75℃、
料液比 1∶20条件下提取 20 min,连续提取 2次 ,黄酮的总提
取率可达 99.7%。超声提取法提取率高 ,可节约大量时间和
溶剂 ,降低生产成本 ,但目前超声提取主要是小规模应用 ,其
作用机制及适应大生产的设备等问题有待于进一步研究 [ 15] 。
2 苦荞黄酮的分离与纯化技术研究
2.1 大孔树脂吸附法 大孔吸附树脂是近 20余年发展起
来的 ,是一种新型非离子型高分子聚合物吸附剂 ,一般为白
色球形颗粒 ,粒度为 20 ～ 60目 [ 9] 。大孔吸附树脂是通过物
理吸附从溶液中有选择地吸附有机物质 ,从而达到分离纯化
的目的 。其理化性质稳定 ,不溶于酸 、碱及有机溶剂 ,对有机
物选择性较好 ,不受无机盐类及强离子 、低分子化合物存在
的影响 。近年来 ,在我国已广泛用于中草药有效成分的分
离 、纯化研究中。
大孔树脂吸附法简单有效 ,生产成本低 ,再生方便。一
般操作时 ,常先将欲分离混合物的水溶液通过大孔树脂柱
后 ,依次用水 、浓度由低到高的含水乙醇溶液洗脱 ,可将混合
物分离成若干组分 。根据骨架材料是否带功能基团 ,大孔吸
附树脂可分为非极性 、中等极性与极性 3类。由于大孔吸附
树脂的孔度 、孔径 、比表面积及构成类型不同而具有许多型
号 ,其性质各异 ,在应用时需根据具体情况进行选择 。于智
峰等 [ 16]以苦荞麸皮为原料 ,在静态工艺筛选的基础上 ,采用
大孔树脂吸附分离技术 ,对苦荞黄酮的精制工艺进行动态研
究 ,筛选分离苦荞总黄酮的最佳树脂型号及最佳工艺。通过
分析 15种树脂对苦荞黄酮的吸附 、解吸特性 ,综合考虑吸附
量 、吸附率 、解吸率和吸附动力学几方面因素 ,发现 DM-2树
脂对苦荞黄酮吸附量大 ,而且解吸容易 ,是一种性能良好的
苦荞黄酮吸附剂 。同时 ,对影响 DM-2树脂分离纯化的各因
素进行了系统研究 ,最终确定最佳吸附条件:粗提物浸膏用
水溶解后 ,可选取较高质量浓度清液上样 ,树脂柱径高比以
1∶10为宜 ,调节上样液 pH值为 3 ～ 4,吸附流速控制在 310
ml/min。最佳洗脱条件为用约 5BV的 50%乙醇溶液 ,将 pH
值调至 8左右 ,以 3 ml/min的洗脱速率进行洗脱 。总之 ,采
用大孔树脂精制苦荞黄酮 ,操作简单 ,生产周期短 ,成本低
廉 ,精制效果突出 ,有较高的工业生产应用价值。值得注意
的是 ,大孔树脂中可能带来正己烷 、苯 、甲苯 、对二甲苯等残
留物。因此 ,为控制使用大孔树脂后苦荞黄酮提取物的质
量 ,有必要对苦荞提取物中的有机溶剂残留物进行检测 ,对
其残留量加以控制。
2.2 酸碱法(碱提酸沉法) 黄酮类化合物分子中具有较多
酚羟基 ,显弱酸性 ,易溶于碱液中 ,酸化后又析出 ,因此可以
用酸碱法中碱提酸沉的方法分离纯化黄酮提取物。应用酸
碱法操作时 ,应严格控制酸碱浓度:①碱浓度不宜过高 ,以免
在强碱下加热时破坏黄酮类化合物母核;②在加酸酸化时 ,
酸性也不宜过强 ,以免生成盐 ,致使析出的黄酮类化合物又
重新溶解 ,降低产品收得率。当从苦荞中提取黄酮时 ,由于
淀粉在碱的作用下易成粘稠糊状 ,使过滤和干燥十分困难。
杨德全等 [ 17]采用碱提取酸沉淀加醇(甲醇 、乙醇和异丙醇
等)的方法 ,结果使过滤较为顺利 ,干燥也容易得多 ,这是由
于醇类既是芦丁的溶剂 ,又是淀粉的沉淀剂。其试验结果表
明 ,采用碱提取酸沉淀加乙醇的方法从苦荞中提取芦丁的较
佳条件:苦荞∶稀碱溶液(pH值为 8 ～ 9)∶乙醇 =1∶15∶16(重
量比),酸中和时 pH值为 4。该法提取率高 ,工艺简单 ,操作
简便 ,成本低廉 ,合理可行。
2.3 高速离心法 高速离心法是以离心机为主要设备 ,通
过离心机的高速运转 ,使离心加速度超过重力加速度 ,沉降
速度增加 ,以加速药液中难溶性物质沉淀并分离的一种物理
分离方法。该法具有工艺流程短 、成本低 、有效成分保留率
高等优点 ,是固液分离的理想方法 。常用的离心机有三足式
离心机 、上悬式离心机 、卧式自动离心机等 。
13236 安徽农业科学 2009年
在苦荞黄酮的分离与纯化工艺中 ,由于芦丁等黄酮类成
分在冷水中溶解性差 ,无论是以水为提取溶剂的药液冷却下
来 ,还是醇提液回收溶剂使乙醇浓度降低后 ,都易使苦荞黄
酮沉淀析出。因此 ,可将药液浓缩至一定的相对密度 ,高速
离心 ,取其沉淀作为其纯化产物 。周瑞雪等 [18]采用高速离
心技术 ,分别考察了分离因数(α)、分离时间 、离心温度 、离心
的药液密度等因素 ,可以得到苦荞总黄酮含量达 50%以上的
苦荞有效部位 ,有效成分保留率均能达到 75%以上。最终确
定苦荞黄酮的分离纯化工艺:离心温度为 10 ～25 ℃,药液密
度为 1.004 ～ 1.008(15℃,药液比为 1∶6 ～1∶4),分离因数为
5 000 r/min,相对离心力为 2 152.2 g/min,离心时间为
15min。
3 结语
除传统的工艺方法外 ,许多新技术已广泛应用于苦荞黄
酮的提取与分离制备中 ,取得了大量研究成果 ,有助于大力
提升苦荞的精深加工水平和产品附加值 。同时 ,这些技术方
法还应进一步深入研究和优化。例如 ,苦荞植株的不同部位
均含有一定量的黄酮类成分 ,文献报道有研究麸皮的提取 ,
也有的针对茎叶和选择籽粒等 ,未见对不同部位提取工艺性
能的综合分析比较。另一方面 ,这些研究报道多数仍停留在
实验室阶段 ,有待于根据生产实际 ,结合设备选型 ,通过中试
研究得到成熟的工艺技术条件。
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图 1 芦丁标准曲线
Fig.1 Thestandardcurveofrutin
5.0 ml, 置于 25 ml比色管中 ,按标准曲线的制定项下 ,进行
全波长扫描操作 ,样品在 510nm处显示最大吸收 ,测得吸光
度为 0.242,代入方程 ,计算即得 C=0.26 mg/ml。进一步计
算出苦马豆果实中总黄酮含量为 2.17%。
2.2 精密度实验 取苦马豆果实供试品溶液 3.0 ml, 置于
25ml比色管中 ,按 “1.2.2”项下方法测其总黄酮 ,平行测定 5
次吸光度 ,分别为:0.146、0.147、0.144、0.143、0.144, 精密度
的相对偏差 RSD为 1.14%, 说明测定总黄酮时同一供试品
在同一条件下测定结果精密度可靠。
2.3 样品液稳定性实验 吸取苦马豆果实提取液适量 ,按
样品测定方法操作 ,测定同一供试液在不同时间吸收度。结
果表明 ,吸光度值在 5 ～ 45 min内基本不变 。因此测定应控
制在 45 min内完成。
2.4 回收率实验 精密称取苦马豆果实适量 ,加入芦丁对
照品适量 ,按样品液制备和样品测定方法操作 ,测得平均回
收率为 98.86%, RSD=2.73%(n=3)。
3 讨论
黄酮类化合物是中药苦马豆果实中所含的主要有效成
分 ,其含量高低直接影响到药材质量和疗效。该实验采用微
波技术提取苦马豆果实中总黄酮 ,可以大大地加快反应速
度 ,提高了提取效率。分析结果显示 ,苦马豆果实中总黄酮
含量达 2.17%,结果比较满意 ,可作为苦马豆果实中总黄酮
含量的测定方法 。
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