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光叶山楂熊果酸提取工艺研究



全 文 :第 8 卷 第 6 期 北华大学学报(自然科学版) Vol.8 No.6
2007 年 12 月 JOURNAL OF BEIHUA UNIVERSITY(Na tural Science) Dec.2007
文章编号:1009-4822(2007)06-0543-05
光叶山楂熊果酸提取工艺研究
高晓旭1 ,李顺梅1 ,王宝权1 ,邱月云2
(1 .北华大学 林学院 ,吉林 吉林 132013 ;2 .吉林省红石林业局 营林处 ,吉林 桦甸 132403)
摘要:采用溶剂提取技术 , 以熊果酸提取率为指标 ,对提取工艺进行了研究.结果证明:乙醇体积分数 85%、提取
温度88 ℃、提取时间120 min、液固比8∶1、提取次数为 2 次时 ,熊果酸提取率最高 , 为92.5%.
关键词:光叶山楂;熊果酸;提取工艺
中图分类号:S759.8    文献标识码:A 
收稿日期:2007-05-28
作者简介:高晓旭(1967-), 男 ,讲师 , 博士研究生 ,主要从事食品科学研究.
光叶山楂(Crataegus dahurica Koehne )为蔷薇科植物 ,其果实既可食用也可药用.据《本草纲目》记
载:此品“醇甘味温 、消食积 ,补脾”[ 1] .现代研究证明 ,光叶山楂中主要含有熊果酸 、黄酮 、有机酸等多种化
合物 ,这些化合物具有多方面的作用 ,特别是熊果酸具有抗肿瘤 、抗肝炎 、降血脂 、抗动脉粥样硬化 、抗糖尿
病 、抗 HIV 、抗寄生虫等作用[ 2] .目前 ,世界各国均十分重视对本地区所有山楂品种的研究.我国光叶山楂
资源丰富 ,产量大 ,但深加工程度低 ,产品单一.为了更好地利用我国光叶山楂资源 ,我们对光叶山楂中熊
果酸的提取工艺进行了研究 ,以期为光叶山楂产品的工业化提供依据.
1 材料与方法
1.1 材料与设备
设备:索氏提取器 ,DSY-1-2型恒温水浴锅 ,高效液相色谱仪 BT8100(美国WATER公司),紫外分光
检测仪 BT2800(美国WATER公司),电子天平(瑞典),旋转蒸发仪.材料:光叶山楂果 ,熊果酸标准品
(98%,SIGMA 公司).
1.2 实验方法
1.2.1 提取流程
光叶山楂果 ———光叶山楂粉———索氏提取———提取液 ———浓缩滤液———提取物.
1.2.2 提取方法
光叶山楂在50 ℃干燥 ,磨成颗粒状 ,筛分至所需的粒度.将原材料置于索氏提取器中 ,溶剂加入三颈
圆底烧瓶 ,安装完毕后加热到一定温度 ,蒸汽经冷凝器冷凝回流到索氏提取器及烧瓶中 ,烧瓶中的温度用
恒温水浴控制.每隔一定时间从提取器中移取l mL提取液 ,过滤后用 HPLC 分析.分析后蒸去提取液中的
乙醇 ,得到熊果酸产品[ 3] .
提取率计算公式:提取率=(提取液中熊果酸质量/原料中熊果酸质量)×100%.
1.2.3 熊果酸含量测定
准确称取破碎好的山楂叶粉末10 g ,置于圆底烧瓶中 ,用 90%乙醇回流提取多次至高效液相色谱不
能检出熊果酸为止 ,合并每次提取液 ,减压浓缩 ,定容到50 mL ,并测定熊果酸含量 C.准确移取1.0 g/L熊
果酸标准溶液0.1 , 0.2 , 0.3 , 0.4 , 0.5 , 0.6 ,0.7 , 0.8 mL ,分别用甲醇定容至10 mL ,在色谱条件:Hypersil
(ODS),流动相:V(甲醇)∶V(水)为9∶1 ,波长220 nm ,流速0.8 mL/min下 ,进样6μL(定量环).测定峰面
积 ,用浓度对峰面积回归 ,得回归曲线:y =441.68 +128.67 x , r 2 =0.999 2.其中 , y 为熊果酸浓度 , x
为峰面积 ,在200 ~ 800 mg/ L间呈线性关系.按下式计算山楂叶中熊果酸含量[ 4] :
山楂叶中熊果酸的含量 =50 ×C ×10-3光叶山楂质量 ×100%.
2 结果与分析
2.1 单因素实验结果与分析
图 1 乙醇体积分数与熊果酸提取率的关系
Fig.1 Relationship between volume fraction of alcohol
and extraction rate of ursol ic acid
2.1.1 乙醇体积分数对熊果酸提取率的影响
  准确称取5.000 g光叶山楂粗粉 ,分别加入体积分
数为 55%, 65%, 75%, 85%, 95%的乙醇水溶液
40 mL ,在88 ℃水浴中回流提取 2次 ,每次提取2 h.合
并 2次提取液 ,测定并计算各条件下的提取率 ,实验结
果见图 1.从图 1可以看出:熊果酸的提取率随乙醇体
积分数的增大而增高.乙醇体积分数越大 ,熊果酸提取
率越大.当乙醇体积分数为 55%, 65%, 75%, 85%,
95%时 , 熊果酸提取率分别为 5.00%, 25.10%,
45.10%, 61.00%,73.00%.这是由于熊果酸为弱极性
分子 ,溶于乙醇 ,不溶于水 ,提取溶液中乙醇含量越高 ,溶剂极性越弱.根据相似相溶原理 ,熊果酸的溶解度
随提取液中乙醇含量的升高而增大.在工业生产中 ,受到乙醇浓度的限制 ,可采用 95%的工业乙醇提取光
叶山楂中的熊果酸.
图 2 颗粒直径与熊果酸提取率的关系
Fig.2 Relationship between diameter and extraction
rate of ursolic acid
2.1.2 颗粒大小对熊果酸提取率的影响
  用不同孔径的金属丝网筛进行筛分光叶山楂粉
末 ,称取相同量的光叶山楂粉末 ,按液固比8∶1 ,提取温
度88 ℃,提取溶剂为体积分数 95%的乙醇溶液进行
提取 ,回流提取 2次 ,每次2 h.分析提取液中熊果酸的
浓度 ,并计算提取率 ,实验结果见图 2.从图 2中可以
看出:随着光叶山楂粒度的减小 ,提取速度加快.粒度
降低到0.50 mm时 ,提取速度达到最大值 ,继续降低粒
度 ,熊果酸的提取速度和浸提率缓慢下降 ,这是因为将
光叶山楂磨成粉末可以缩短熊果酸的扩散路程 ,加速
从光叶山楂内部溶入溶剂的速度从而有利于提取.但颗粒太小时 ,光叶山楂颗粒的表面积将大幅度增大 ,
会造成熊果酸大量吸附在颗粒表面 ,反而会降低熊果酸的提取率.同时 ,由于强烈的粉碎作用会使光叶山
楂细胞过度破裂 ,细胞中的鞍质 、糖类以及其他大分子会进入到浸提溶液中 ,容易增大溶液的粘度 ,不利于
浸提液的澄清以及过滤 ,给操作带来困难.因此 ,对于工业规模的提取 ,随着反应物料的增加和反应床层的
加厚 ,必须适当增大光叶山楂粉末的粒度 ,但具体粒径需经过中试和扩大实验来确定.
图 3 回流提取温度与熊果酸提取率的关系
Fig.3 Relationship between return extraction temperature
and extraction rate of ursolic acid
2.1.3 回流提取温度对熊果酸提取率的影响
  温度在熊果酸从固体内部向提取溶剂主体扩散的
过程中起两方面作用.一方面 ,由 Fick定律可知 ,温度
与提取传质速率呈正比 ,温度升高 ,传质速率增大;另
一方面 ,温度升高 ,提取溶剂的黏度减小 ,因此传质阻
力减小 ,促使传质速率增大 ,同时杂质浸出的几率也增
大[ 5] .温度过高可能破坏熊果酸的结构 , 而且工业生
产时能耗增大 ,因此 ,需选择一个合适的温度范围.在
不同温度下 95%乙醇-水体系 ,液固比为8∶1(体积/质
量),提取时间为2 h ,回流提取 2次时 ,熊果酸的提取率见图 3.由图 3可知:随着温度的升高 ,熊果酸的提
取率增大 ,这是因为升高温度 ,分子运动速度加快 ,增加了溶剂扩散到固体表面及溶质通过扩散离开固体
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表面的速度 ,同时也增加了溶剂被固体表面吸附及熊果酸从固体表面解吸的速度 ,提高了熊果酸在溶剂中
的溶解度 ,因此 ,升高温度有利于熊果酸的溶出.在达到最大提取率的温度后 ,如果继续升高温度 ,可能使
熊果酸的提取率降低 ,但该结果并非由于在高温下熊果酸不易从光叶山楂中提取 ,而是由于熊果酸被氧化
造成熊果酸含量降低.从实验结果来看 ,合适的提取温度为88 ℃.
图 4 液固比与熊果酸提取率的关系
Fig.4 Relationship between ratio of liquid to solid
and extraction rate of ursolic acid
2.1.4 液固比对熊果酸提取率的影响
  在88 ℃时 ,将5.000 g光叶山楂粉末用25 ,30 ,35 ,
40 ,50 ,60 mL体积分数为 95%的乙醇溶液分别回流提
取 2次 ,每次2 h.合并 2次提取液 ,测定并计算各条件
下的提取率 ,实验结果如图 4所示.由图 4可知:当液
固比分别为 5 , 6 , 7 , 8 , 10 , 12 时 , 提取率分别为
35.00%, 65.00%, 75.00%, 77.00%, 80.00% 和
85.00%.结果表明:在液固比大于 7时 ,熊果酸的提取
率较高.这是因为当浸出过程达到平衡时 ,熊果酸在液
相和固相中的浓度比为常数 ,即熊果酸在一定量乙醇
中存在溶解极限.液固比对提取过程的影响主要体现为:在相同的提取条件下 ,熊果酸的溶解度一定 ,此时
若增大提取溶剂 ,则溶解熊果酸的量也增大.理论上 ,在原料一定时 ,提取溶剂增大 ,熊果酸的浸出量增大.
但提取溶剂并非能无限增大 ,若提取溶剂用量太大 ,一方面回收溶剂的成本增加 ,另一方面提取过程加热
的能耗增加[ 6] .从实验结果来看 ,随着液固比的增大 ,提取率呈上升趋势.液固比从 5到 6 ,上升趋势很强 ,
显然当液固比为 5时 ,由于熊果酸总量一定 ,受溶剂体积不足及溶解度的限制 ,残留在固体中的量较多.当
液固比达到 7以后 ,提取率上升趋势逐渐变缓 ,显然与溶解度一定 、溶液体积增加有关.考虑到实际生产的
综合成本及生产效率 ,本实验中选用的液固比大于 7.
图 5 回流提取时间与熊果酸提取率的关系
Fig.5 Relationship between return extraction time and
extraction rate of ursolic acid
2.1.5 回流提取时间对熊果酸提取率的影响
  熊果酸从光叶山楂固体粉末到提取溶剂主体传递
的过程可分为两个阶段:第一阶段 ,在溶剂与光叶山楂
粉末固体之间的浸泡过程中 ,溶剂不断向固体内部扩
散 ,在细胞内溶解熊果酸;第二阶段 ,溶解熊果酸的溶剂
向溶剂主体扩散 ,直到细胞内熊果酸浓度与溶剂主体熊
果酸浓度几乎接近为止 ,但此时传递扩散过程并没有终
止 ,而是存在动态平衡的传递扩散状态.为了考察提取
时间对熊果酸提取率的影响 ,实验在88 ℃,对5.000 g光
叶山楂粗粉按8∶1的液固比加入60 mL体积分数为 95%
的乙醇进行提取实验 ,每隔20 min取样 1次 ,每次取样1 mL ,提取开始到1.0 h ,提取率迅速提高.当提取时间
达到1.5 h后 ,提取率随提取时间增加缓慢 ,可以推测熊果酸的溶出速度由孔内扩散控制 ,见图 5.为防止熊果
酸长时间受热发生结构变化影响到产品的回收率和纯度 ,同时 ,为提高工艺过程效率 ,实验中将提取时间控
制在 2 ~ 3.5 h.
图 6 回流次数与熊果酸提取率的关系
Fig.6 Relationship between return extraction times and
extraction rate of ursolic acid
2.1.6 回流次数对熊果酸提取率的影响
  回流提取次数的增加有利于熊果酸从细胞内不断
向新鲜的提取溶剂扩散 ,因此 ,熊果酸的提取率不断增
加 ,但随着提取次数的增加 ,每次的提取率是减小的.
由于在实际工业生产中 ,不可能无限次地提取.为了寻
求最佳的提取次数 ,在88 ℃时 ,将5.000 g光叶山楂粗
粉加入40 mL体积分数为 95%的乙醇进行回流提取 ,
分别提取 1 , 2 ,3 ,4次 ,每次回流提取2 h.合并提取液 ,
测定并计算不同回流提取次数的提取率 ,实验结果见
图 6.图 6结果表明:提取率随回流提取次数的增加而
545第 6 期 高晓旭 , 等:光叶山楂熊果酸提取工艺研究    
增大 ,当回流提取次数达到 3次后 ,提取率基本不再随回流提取次数的增加而增大 ,这是因为光叶山楂中
熊果酸不断从固体内部向浸取溶剂主体扩散 ,固体内部的熊果酸不断被消耗.随着浸取次数的增加 ,熊果
酸从固体内部向溶剂主体扩散的浓差推动力越来越小 ,因此 ,熊果酸的浸取率增加缓慢.从单次的浸取率
来看 ,熊果酸的浸取率随次数的增加而减小 ,故回流提取次数选择为 2 ~ 3次.
2.2 正交实验结果
由单因素实验可以看出 ,熊果酸提取率与乙醇体积分数 、颗粒直径 、提取温度 、提取时间 、液固比 、提取
次数均有关.单因素并不能给出这些因素之间的相互作用 ,而提取过程是各因素之间的相互作用造成的提
取传质过程速率的变化 ,从而影响熊果酸提取率.因此 ,可以选用正交实验优化提取条件 ,通过对实验结果
的分析 ,验证单因素实验中各因素对熊果酸提取率的影响程度.以熊果酸的提取率为考核指标 ,选用
L9(3)4正交表安排实验 ,经过方差分析得出提取工艺的最佳条件.因素与水平的选择由单因素实验结果得
出 ,正交实验因素与水平选择见表 1(A 为乙醇体积分数 , B为液固比 , C为回流时间 ,D为水浴温度 , K 为
3个不同组合得率的平均值.),实验结果见表 2 ,方差分析结果见表 3.
表 1 正交实验因素与水平
Tab.1 Factors and levels in orthogonal test
因素 A/ % B C/h D/ ℃
水平
65
75
85
95
6∶1
7∶1
8∶1
9∶1
2.0
2.5
3.0
3.5
84
88
92
96
表 2 正交实验结果
Tab.2 Resul ts of orthogonal test
序号 A B C D 提取率/ %
1 1 1 1 1 80.2
2 1 2 2 2 87.7
3 1 3 3 3 89.2
4 1 4 4 4 79.1
5 2 1 2 3 83.9
6 2 2 1 4 82.4
7 2 3 4 1 85.8
8 2 4 3 2 91.7
9 3 1 3 4 78.3
10 3 2 4 3 79.5
11 3 3 1 2 92.5
12 3 4 2 1 92.3
13 4 1 4 2 77.5
14 4 2 3 1 89.2
15 4 3 2 4 89.9
16 4 4 1 3 89.6
K 1 336.2 319.9 344.7 347.5
K 2 343.8 338.8 353.8 349.4
K 3 342.6 357.4 348.4 342.2
K 4 346.2 352.7 321.9 329.7
R 2.5 9.4 8.0 4.9
表 3 方差分析
Tab.3 Variance analysis
方差来源 偏差平方和 均方差 F 显著性
A 13.680 4.560 6.561
B 212.535 70.845 101.935    **
C 147.835 49.278 70.904    **
D 59.045 19.682 28.319    *
误差 2.085 0.695
总计 117 536.020
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3 结  论
由正交实验结果和方差分析可以看出:影响提取率因素的顺序为液固比>回流时间>回流温度>乙
醇体积分数 ,表明液固比是最显著的影响因素 ,而乙醇体积分数的影响不显著;温度为88 ℃时提取率最
高 ,继续升高温度提取率有所降低 ,提取温度在 84 ~ 96 ℃范围内对提取率有较明显影响 ,与单因素结果
一致 ,结果同时也证明了单因素实验选择88 ℃的正确性;当液固比大于 7时 ,提取率随液固比的增加而升
高的趋势变缓 ,正交实验结果与2.1.4的结果是一致的;随着乙醇体积分数的增大 ,熊果酸的提取率增大 ,
因为熊果酸的溶解度随乙醇浓度的增大而增大 ,正交实验的结果与单因素实验结果一致.由正交实验结果
可以得到最佳提取条件为 A3B3C1D2 ,即乙醇体积分数为 85%,液固比为8∶1 ,回流时间为2 h ,回流提取 2
次 ,回流温度为88 ℃.在该条件下 ,熊果酸的提取率可以达到92.50%,说明光叶山楂熊果酸提取工艺是可
行的.
参考文献:
[ 1] 吴榜华 , 刘大有 ,王明启.东北木本药用植物[ M] .北京:中国林业出版社 , 1994:96-97.
[ 2] 王鹏 ,张忠义 ,吴忠.熊果酸在药用植物中的分布及药理作用[ J] .中药材 , 2000 , 23(11):717-722.
[ 3] 孙文基.天然药物成分提取分离与制备[ M] .北京:中国医药科技出版社 , 1999:433-434.
[ 4] 谷芳芳 , 任凤莲.山楂叶中熊果酸提取工艺研究[ J] .广州化学 , 2006 , 31(1):35-39.
[ 5] 韩晶 ,孙来九.从毛泡桐叶中提取 、分离熊果酸的新工艺研究[ J] .西北大学学报:自然科学版 , 2003 , 33(3):304-306.
[ 6] 任秀莲 , 钟世安 ,魏琦峰 , 等.苦丁茶中熊果酸的提取工艺[ J] .中南大学学报:自然科学版 , 2004 , 35(1):70-74.
On Extraction Process of Ursolic Acid from
Crataegus dahurica Koehne
GAO Xiao-xu1 ,LI Shun-mei1 ,WANG Bao-quan1 ,QIU Yue-yun2
(1.Forest Col lege of Beihua University , J il in 132013 , China;
2.Forest Management Department of Hongshi Forestry Bureau , Huadian 132403 , China)
Abstract:The ext raction process w as studied w ith the ex traction efficiency of ursolic acid by the technology of
solvent ext raction.The results show that the optimum condi tions is volume fraction of alcohol 85%,
ex traction temperature 88 ℃, ext raction time 60 min , ratio of liquid to solid 8:1 , ext raction times 2 ,
ex traction rate of ursolic acid 92.50%.
Key words:Crataegus dahurica Koehne;U rsolic acid;Ex traction process
【责任编辑:郭伟】
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