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灵香草中多酚提取工艺优化研究



全 文 :灵香草中多酚提取工艺优化研究①
孙科1,李德慧2,孙俪铭2,彭冰3,李容1,陈冉1②
(1.右江民族医学院,广西 百色 533000 E-mail:1571474488@qq.com;
2.右江民族医学院临床医学院2014级临床医学本科,广西 百色 533000;
3.右江民族医学院检验学院2013级卫生检验与检疫本科,广西 百色 533000)
摘 要:目的 通过纤维素酶辅助-微波提取法,首次对灵香草中多酚的提取工艺条件进行探讨。方法 采用单因素
试验和正交试验法,以灵香草中多酚得率为指标,分别考察了酶用量、酶解时间、溶剂体积分数、料液比、提取时间、微波
功率等因素对提取工艺的影响。结果 最佳工艺条件是:酶用量0.8%,酶解时间1.5h,乙醇体积分数70%,料液比1∶
20,提取时间10min,提取温度70℃,微波功率400W。结论 本方法操作简单,节能环保,多酚的提取效果良好,为该
药材的质量控制和进一步开发研究提供参考依据。
关键词:灵香草;微波提取法;纤维素酶;多酚;正交试验
中图分类号:R284.2   文献标识码:A   文章编号:1001-5817(2016)03-0245-05
doi:10.3969/j.issn.1001-5817.2016.03.002
Process optimization for extraction of polyphenol fromLysimachia foenum-graecum Hance
Sun Ke1,Li Dehui 2,Sun Liming2,Peng Bing3,Li Rong1,Chen Ran1
(1.Youjiang Medical University for Nationalities,Baise 533000,Guangxi,China
E-mail:1571474488@qq.com;
2.Grade 2014,College of Clinical Medicine Science,Youjiang Medical University for Nationalities,
Baise 533000,Guangxi,China;3.Grade 2013,College of Medical Laboratory Science,
Youjiang Medical University for Nationalities,Baise 533000,Guangxi,China)
  Abstract: Objective A celulase-assisted microwave extraction method was used to research the extrac-
tion process conditions for extracting polyphenol from Lysimachia foenum graecum Hance for the first time. 
Methods The single factor test and orthogonal test were performed in this paper.The yield of polyphenol from
Lysimachia foenum graecum Hance was used as index for observing the effects of the factors such as the a-
mount of celulase,enzymatic hydrolysis time,solvent volume fraction,solid-liquid ratio,extraction time,
microwave power and other factors on the extraction process. Results The optimal conditions for extracting
polyphenol:the amount of celulase was 0.8%,enzymatic hydrolysis time 1.5h,ethanol volume fraction
70%,solid-liquid ratio 1∶20,extraction time 10min,extraction temperature 70℃,the microwave power
400W. Conclusion This method was simple,energy saving and environment protection.The results of ex-
tracting polyphenol are good,providing a reference for quality control and further development of Lysimachia
foenum graecum Hance.
  Key words: Lysimachia foenum-graecum Hance;microwave extraction method;celulase;polyphenol;
orthogonal test
—542—
第38卷 第3期          右江民族医学院学报           Vol.38No.3
2016年6月    Journal of Youjiang Medical University for Nationalities    Jun.2016


基金项目:右江民族医学院 2014 年自然科学类科研课题 (右医科字 [2014]2 号),广西自然基金资助项目
(2015GXNSFBA139163),广西高校科学技术研究资助项目(KY2015YB226)
通讯作者,E-mail:2556720280@qq.com
  灵香草(Lysimachia foenum-graecum Hance)
为报春花科珍珠菜属植物,主产于广西、云南等地[1]。
全草入药,味辛、甘,性平,无毒,归肺、胃经,具有解表、
行气、祛风寒、止痛、驱蛔等功效[2]。灵香草富含多种
活性物质,如黄酮类、三萜类、多酚类、多糖类等[3-4]。
天然的酚类化合物不仅具有较强的抗氧化能力,还具
有很好的抗菌消炎、增加免疫力、改善心血管、降血脂、
保护肝脏、抗癌等作用[5-8],灵香草的抗氧化能力与其
多酚的含量密切相关[9]。但目前未见有关于优化灵香
草中多酚提取工艺研究的文献报道。微波辅助提取法
作为一种新型高效的萃取技术,具有高选择性、低耗
能、高效率、低污染等优势,已被广泛用于天然产物有
效成分的提取[10]。酶法辅助提取是低能耗而经济的
技术,近年来在中草药提取中逐渐得到应用[11-12]。为
此,本实验研究纤维素酶解预处理后微波提取灵香草
总酚的工艺条件,探索高效节能的提取技术。
1 材料与方法
1.1 原料 灵香草(购于广西金秀香料香精有限责任
公司),用清水洗净后阴干,均匀摊开后放入70℃的烘
箱中烘烤4h。取出后将烘干的灵香草放入中药高速
粉碎机中粉碎,粉碎后过20目筛备用。
1.2 实验仪器与试剂 XH-100A微波催化萃取仪
(北京祥鹄科技发展有限公司),Cary 60紫外可见分
光光度计(安捷伦),HH-ZK600智能恒温水浴锅(巩
义市英峪高科仪器厂),KQ-250DE型数控超声波清
洗器(昆山市超声仪器有限公司),FA2004N型电子分
析天平(上海民析精密科学仪器公司),101-3型电热
鼓风干燥箱(上海齐欣科学仪器公司),FW177型中草
药粉碎机(天津泰斯特仪器有限公司)。没食子酸对照
品(中国药品生物制品检定所);纤维素酶(C8270,北
京索莱宝科技有限公司);福林酚试剂,碳酸钠,醋酸,
醋酸钠,无水乙醇均为分析纯。实验用水为二次蒸馏
水。
1.3 标准曲线绘制 精密称取焦性没食子酸对照品
10.0mg,用甲醇定容到100ml的容量瓶中,得到浓度
为100μg/ml的焦性没食子酸标准储备液。分别移取
0ml、0.1ml、0.2ml、0.4ml、0.6ml、0.8ml没食子
酸标准储备液于10ml容量瓶中,各加5.0ml 10%福
林酚试剂混合摇匀后反应5min,再加入4.0ml 7.5%
碳酸钠溶液,用蒸馏水定容,摇匀,常温静置60min。
以标准液加入量为0ml的溶液为参比,在766nm处
测定吸光度,以没食子酸浓度(μg/ml)为横坐标,以吸
光度为纵坐标,得到回归方程为:y=0.0524x-
0.0274(r=0.9994),没食子酸在1.0~8.0μg/ml浓
度范围内有良好的线性关系。
1.4 灵香草多酚的提取测定 称取一定量的灵香草
粉末,加入4倍量pH=4.5的醋酸-醋酸钠缓冲液和
一定量纤维素酶,充分搅拌后在50℃恒温水浴下保温
一定时间,100℃水浴灭活2min,移入圆底烧瓶中,加
乙醇溶剂,摇匀。放入微波萃取装置中,在一定功率和
70℃温度下提取,过滤,用旋转蒸发仪浓缩,最后将滤
液定容至50ml的容量瓶中,待测。将提取液用乙醇
稀释25倍,取1ml按照上述“1.3”方法测定其吸光
度,然后由回归方程计算多酚的含量。
灵香草中多酚得率=提取液中多酚的质量/原料
质量×100%
1.5 灵香草提取液底物干扰试验 取“1.4”项下提取
液,用蒸馏水稀释到10ml容量瓶中。利用紫外分光
光计在370~800nm波长范围内扫描,得到光谱吸收
图,见图1。由图1可知,在700~800nm无吸收峰,
且基线吸收接近0。本实验选择在766nm波长下测
样品提取液中多酚的含量,因此样品提取液固有颜色
对多酚的测定几乎没有干扰。
图1 灵香草提取液的紫外吸收光谱图
1.6 单因素试验 以酶用量、酶解时间、乙醇浓度、料
液比、提取时间、微波功率作为影响灵香草多酚得率的
单因素,分别对灵香草多酚提取工艺进行考察,最后根
据各单因素试验结果确定正交试验。
1.6.1 酶用量的影响 分别称取10g灵香草粉末,
加入4倍量的醋酸-醋酸钠缓冲液,各加入0.1%、
0.4%、0.8%、1.2%、1.6%的纤维素酶,充分搅拌后,
在50℃恒温水浴下保温1h,取出后放入100℃水浴
灭活2min,按料液比1∶15(g/ml),加入50%的乙醇
溶液,在300W 和70℃微波条件下提取10min,抽
滤,定容后检测计算多酚提取率。
1.6.2 酶解时间的影响 使用0.8%的纤维素酶,在
其他条件一致的情况下,分别考察了0.5h、1h、1.5
h、2h、2.5h的酶解时间对多酚得率的影响。
1.6.3 乙醇体积分数的影响 在其他条件一致的情
况下,按料液比1∶15(g/ml)分别加入40%、50%、
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60%、70%、80%的乙醇溶液,在300W 和70℃微波
条件下提取10min,抽滤,浓缩,定容检测。
1.6.4 料液比的影响 以60%的乙醇溶液为提取溶
剂,按不同料液比1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30
(g/ml)加入,在300W,70℃微波条件下提取10min,
抽滤,浓缩,定容检测。
1.6.5 提取时间的影响 选择料液比为1∶20(g/
ml),60%的乙醇溶液为提取溶剂,在300W、70℃微
波条件下,考察了提取时间分别为4min、6min、8
min、10min、12min、14min时灵香草中多酚的提取
效果。
1.6.6 微波功率的影响 选择料液比为1∶20(g/
ml),60%的乙醇溶液为提取溶剂,当提取时间为10
min,提取温度70℃时,考察了提取功率分别为200
W、300W、400W、500W、600W、700W 时灵香草中
多酚的提取效果。
1.7 正交试验 通过正交试验对结果进行极差分析
以确定最佳提取条件。本试验采用L9(34)正交表,选
择酶用量、酶解时间、乙醇浓度、料液比等4个对多酚
提取率影响较大的因素做正交试验,选取3个水平,试
验因素与水平见表1。
表1 正交试验因素与水平
水平
A酶用量
(%)
B酶解时间
(h)
C乙醇体积
分数(%)
D料液比
(g/ml)
1  0.40  1.00  50  1∶15
2  0.80  1.50  60  1∶20
3  1.20  2.00  70  1∶25
1.8 统计学方法 采用SPSS 11.0统计软件进行数
据分析,采用正交设计资料的单因素方差分析。P <
0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 单因素试验
2.1.1 酶用量的选择 随着酶用量的增加,多酚的提
取率呈现先上升后下降的趋势(见图2),当加入0.8%
的纤维素酶时多酚提取率最高。这是由于在一定浓度
范围内,酶活性与酶浓度成正比,在低浓度时,随着酶
浓度增加酶活性也在不断增加,但当酶过量后,酶活性
反而会降低,酶促反应速率下降。因此,选用0.8%的
纤维素酶为最佳酶用量。
2.1.2 酶解时间的选择 当酶解时间为1.5h时多
酚提取率较高,继续增加提取时间多酚得率变化微小,
说明酶解时间为1.5h时灵香草的细胞壁已有效破
解,多酚已最大程度溶解到乙醇溶剂中(见图3)。因
此酶解时间选择1.5h。
图2 酶用量对多酚得率的影响
图3 酶解时间对多酚得率的影响
2.1.3 乙醇体积分数的选择 随着乙醇的体积增加,
多酚的提取率呈现先上升后下降的趋势,当乙醇的体
积为60%时,多酚的提取率最高(见图4)。这是因为
当乙醇的浓度较低时,不能破坏多酚与别的有机物质
之间的氢键和疏水作用;乙醇浓度太高时,灵香草中醇
溶型物质溶出量增加,由于竞争作用,使多酚的浸出过
程受阻,且较多的杂质会干扰测定。因此选用60%的
乙醇为提取溶液。
图4 乙醇体积分数对多酚得率的影响
—742—
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2.1.4 料液比的选择 随料液比增加,多酚得率也随
之增高,当料液比超过1∶20时多酚得率无明显变化
(见图5),且增加溶剂用量会使提取杂质增多,还会浪
费溶剂,提取溶剂太少,溶液易达到饱和,有效成分无
法提取完全,因此本试验采用料液比为1∶20。
图5 料液比对多酚得率的影响
2.1.5 提取时间的选择 在提取时间从2~10min
提取出的多酚得率有所增加,随着时间继续增加,多酚
提取量变化不大(见图6),表明10min时间已经可以
提取完全,故后续实验的提取时间定为10min。
图6 提取时间对多酚得率的影响
2.1.6 微波功率的选择 微波功率在200~400W
时多酚得率不断增高,超过400W 后反而降低(见图
7),这是由于微波功率增加,细胞壁受到电磁波作用更
增强,细胞壁破碎程度增大,多酚的溶出量增大。但
当功率增大到一定限度时,会破坏多酚分子内结构,导
致多酚含量降低。故选择微波功率为400W。
图7 微波功率对多酚得率的影响
2.2 正交试验 参考单因素试验的结果,选取酶用
量、酶解时间、乙醇浓度、料液比4个因素,按照 L9
(34)正交表安排进行试验设计,结果见表2,方差分析
结果见表3。由表2和表3可知,4个所考察的因素对
多酚得率都有显著影响,主次顺序为A>B>C>D,纤
维素酶辅助-微波法提取灵香草中多酚的最佳工艺条
件是A2B2C3D2,即纤维素酶用量0.8%、酶解时间1.5
h、乙醇浓度70%、料液比1∶20(g/ml)。在最优工艺
条件下进行3次平行试验,得率分别为 0.96%、
1.07%、1.03%,平均得率为1.02%,数据稳定,结果
可靠。
表2 L9(34)正交试验结果与极差分析
试验号 A  B  C  D 得率(%)
1  1  1  1  1  0.52
2  1  2  2  2  0.81
3  1  3  3  3  0.72
4  2  1  2  3  0.90
5  2  2  3  1  1.03
6  2  3  1  2  0.89
7  3  1  3  2  0.85
8  3  2  1  3  0.84
9  3  3  2  1  0.78
K1 2.05  2.27  2.25  2.33
K2 2.82  2.68  2.49  2.55
K3 2.57  2.39  2.60  2.46
R  0.77  0.41  0.35  0.22
表3 方差分析结果
方差
来源
离差平方
和(SS)
自由度 F  P
A  0.299  2  202.16 <0.05
B  0.09  2  60.785 <0.05
C  0.062  2  40.095 <0.05
D  0.027  2  18.5 <0.05
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2016年             右江民族医学院学报              第3期
3 讨论
酶解法是新型高效的绿色提取技术,纤维素酶是
中药材提取中应用最广泛的酶,在pH 4.0~6.0和40
~60℃的环境下活性稳定性较好。因此选择在pH=
4.5醋酸-醋酸钠缓液和50℃恒温水浴条件下酶解
灵香草[13]。用纤维素酶处理灵香草药材,能够降解植
物细胞壁及细胞间质中的纤维素等物质,破坏细胞壁
的致密结构,从而促进有效成分多酚的提取,降低能
耗。适当增加酶的浓度,可以改善降解的效果,提高多
酚的提取率,然而酶浓度过高反而会降低酶的活性,不
利于后续的提取。这是因为酶是在一定的浓度范围内
才具有较好的活性[13]。
在做料液比的选择时,虽然增加料液比能增加提
取试剂与样品的接触面积,避免因提取液的饱和造成
样品中多酚的浸出过程受阻,但料液比过大时,其他物
质也容易浸出,不能改善提取效果,反而浪费试剂。
提高微波功率能促进多酚的浸出,加快多酚在样
品和提取剂中的平衡速率,但微波功率太高反而会促
进其他物质与多酚发生氧化作用,并且易破坏多酚的
结构,从而降低多酚的提取率。
本文通过纤维素酶辅助-微波提取法,首次对灵
香草中多酚的提取工艺条件进行探讨,实验证明,使用
纤维素酶辅助提取,对灵香草中多酚的提取具有良好
的效果,与单一的微波法相比,提取率提高30%左右,
与文献中的浸提法相比[9],不仅大大缩短提取时间,提
取效果也有很大改善。经过单因素实验探索,由正交
实验得知酶用量对多酚的得率影响最大,其次是酶解
时间、乙醇体积分数,最后是料液比,最终确定最佳工
艺条件是:酶用量0.8%,酶解时间1.5h,乙醇浓度
70%,料液比1∶20,提取时间10min,提取温度70
℃,超声波功率400W。本方法操作简单,节能环保,
多酚的提取效果良好,对灵香草的进一步开发利用提
供了理论依据。
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国重庆,2004.
收稿日期:2016-04-18;修回日期:2016-06-23
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2016年             右江民族医学院学报              第3期