全 文 ：超临界 CO2 萃取菊三七生物碱的工艺研究
赵宋亮 1 ,陶春元1, 2＊ ,谢宝华 2
(1.南昌大学化学系 ,江西南昌 330031;2.九江学院化学化工学院 ,江西九江 332005)
摘要 目的:采用超临界 CO
2
流体萃取菊三七总生物碱。方法:以萃取压力 、萃取温度 、萃取时间以及乙醇用
量作为单因素进行试验 ,确定单项条件对总生物碱萃取率的影响 , 进一步通过正交实验优化实验条件。结果:超临
界 CO2流体萃取菊三七中总生物碱的最佳工艺条件为:萃取压力 25 MPa,萃取温度 60℃, 萃取时间 3 h,乙醇用量
200ml;在此条件下生物碱的得率为 0.192%。结论:超临界 CO2萃取适用于菊三七生物碱的提取 , 且提取率较高。
关键词 超临界 CO2流体萃取;菊三七;生物碱
中图分类号:R284.2 文献标识码:A 文章编号:1001-4454(2008)11-1749-03
作者简介:赵宋亮 ,男 ,硕士研究生 ,主要从事天然产物的提取工作;Tel:13361727710。＊通讯作者:陶春元 ,男 ,教授 ,研究方向:精细有机化学;E-mail:chunyuan Tao@ 163.com。
菊三七系菊科土三七属植物三七草 Gynuraseg-
etum(Lour.)Mer.的根 ,别名土三七 、血三七 、小当
归 、破血丹 、金不换 、铁岁汉等 ,具有止血散瘀 、止痛 、
消肿之功效 〔1, 2〕。菊三七生长于阴湿肥沃地区 ,全
国大部分地区均有野生或栽培 ,主要分布在四川 、云
南 、广东 、广西 、江苏 、贵州 、江西 、湖南等地 。菊三七
主要活性成分是千里光碱类生物碱〔3〕 ,目前菊三七
生物碱提取方法主要是酸提取法和有机溶剂提取
法 ,但这些方法存在提取率低 、药用有效成分含量
低 、有机溶剂残留等缺点 〔4〕。
超临界萃取技术是一项集提取 、分离 、浓缩为一
体的新技术 〔5〕 ,具有工艺过程简单 、萃取温度低 、选
择性强 、无溶剂残留 、不破坏物质活性等显著优
势 〔6〕 ,在医药及化工行业中得到了越来越广泛的应
用 。CO2具有无色无毒 、无腐蚀 、使用安全 、低廉易
得 、临界压力(7.37MPa)较低且临界温度(31.7℃)
接近于常温等优点 ,因而超临界 CO2流体萃取技术
被广泛用于中草药有效成分的萃取。中药中生物碱
极性较大 ,单纯提高萃取压力并不能明显的改善生
物碱在流体中的溶解度 〔7〕 ,因此一般通过加入夹带
剂来改善溶剂的极性和溶解性能 ,来促进成分的溶
出和提高萃取率 ,而且生物碱容易以盐的形式存在
于植物体中 ,常加碱化试剂来提高其萃取率 ,本实验
选用乙醇为夹带剂对菊三七中的总生物碱进行超临
界 CO2流体萃取 ,与传统方法相比 ,能明显地提高
生物碱的得率。
1 仪器与材料
HA121-50-01型超临界萃取装置(江苏南通华
安超临界萃取有限公司), FC-204型电子天平(上海
精科天平厂), 701-A型恒温干燥箱(大连实验设备
厂), RE-52A型旋转蒸发仪 (上海亚荣生化仪器
厂),移液管(天津玻璃仪器厂 , 20 ml),滴定管(天
津玻璃仪器厂 , 50 ml),菊三七药材(购自江西省菊
三七公司), 液体 CO2 (江西九江制氧机厂 , 纯度
99%以上),乙醇 、甲醇 、氯仿 、硫酸 、氢氧化钠(江西
洪都化学试剂厂 ,均为分析纯)。
2 方法
2.1 样品预处理及超临界 CO2萃取 称取 100 g
粉碎过 60目筛的菊三七药材 ,用 2%氨水按 1∶2的
比例将药品粉末润湿过夜 ,将碱化过的药品粉末烘
干 ,投入萃取釜中 ,在一定的温度 、时间和压力下进
行超临界 CO2提取 ,二氧化碳的流量在 20 ～ 30 L/
h,选用 95%的乙醇为夹带剂 ,萃取完毕 ,收集萃取
物备用。
2.2 总生物碱的含量测定方法 采用酸碱滴定法
测定菊三七药材中总生物碱含量。方法:采用反滴
法测定 ,滴定液的配制及标定按中国药典 2000年一
部附录 XVF硫酸滴定液(0.01 mol/L)及氢氧化钠
滴定液(0.01 mol/L)进行 ,经标定的硫酸滴定液浓
度为 0.0135 mol/L,氢氧化钠滴定液浓度为 0.0107
mol/L, 指标剂为甲基红指标液 。结果 RSD为
0.723%(n=3),方法重现性良好。
3 结果与分析
3.1 单因素实验
3.1.1 萃取压力对总生物碱得率的影响:通常情
况下 ,随着萃取压力的增大 ,超临界 CO2流体的密
度相应增大 ,其溶解能力也相应提高 ,萃取率升高。
但萃取压力过大时 ,不但会使设备投资增加 ,同时也
可能导致萃取物中分子量大的物质增加 ,使萃取物
中总生物碱的质量分数下降。由图 1可以看出随着
萃取压力的增大总生物的萃取得率增加 ,但是增大
的幅度有所减缓。当萃取压力达到 30 MPa以后总
生物碱的增加变得很缓慢 ,在 35 MPa时达到最大 ,
因此可以确定最佳萃取压力为 35 MPa。
·1749·JournalofChineseMedicinalMaterials 第 31卷第 11期 2008年 11月
DOI :10.13863/j.issn1001-4454.2008.11.013
图 1 萃取压力对总生物碱得率的影响
3.1.2 萃取温度对总生物碱得率的影响:温度对
物质在 CO2中的溶解度有正负两方面的影响:一方
面 ,温度升高 ,会使分子运动加剧 ,被萃取物质的挥
发性增加 ,从而使萃取物增大;另一方面 ,温度升高 ,
会使超临界 CO2流体密度下降 ,其溶解性也相应下
降 ,导致萃取物减少。由图 2可以看出 ,随着萃取温
度的升高 ,总生物碱得率平稳上升 ,但当萃取温度超
过 60℃后 ,总生物碱得率开始下降 。因此确定最佳
萃取温度为 60℃。
图 2 萃取温度对总生物碱得率的影响
3.1.3 乙醇用量对总生物碱得率的影响:由于菊
三七生物碱为非脂溶性的极性化合物 ,应用 SCF-
CO2萃取时采用夹带剂对萃取过程进行强化 ,既可
以提高萃取效率 ,同时还能降低萃取过程的操作压
力 。由图 3可以看出 ,随着夹带剂用量的提高 ,总生
物碱得率经历了一个先增后减的变化过程 ,尤其是
开始时递增的趋势显著 ,当夹带剂的用量达到 200
ml时 ,总生物碱得率最高 ,故确定最佳夹带剂用量
为 200 ml。
图 3 夹带剂的体积分数对总生物碱得率的影响
3.1.4 萃取时间对总生物碱得率的影响:萃取时
间的长短在一定程度上依赖于 CO2流量的大小 ,当
CO2流量一定时 ,随着萃取时间的延长 ,可保证 CO2
对物料的充分渗透 ,从而使萃取率逐渐加大。由图
4可以看出 ,当萃取开始时总生物碱的得率增大较
快 ,这是因为游离态的生物碱容易先被萃取出来 ,当
萃取时间达到 1.5 h以后总生物碱的得率增幅变
缓 ,这是因为结合态的生物碱难被萃取 。随着萃取
时间的延长 ,当萃取时间超过 2.5 h总生物碱得率
增加不明显。考虑到延长萃取时间势必会增加相应
的设备损耗和原料的浪费 ,因此确定最佳萃取时间
为 2.5 h。
图 4 萃取时间对总生物碱得率的影响
3.2 正交试验 在单因素实验的基础上 ,选取萃
取压力(A)、乙醇用量(B)、萃取时间(C)、萃取温度
(D)为因素 ,每个因素取 3个水平 ,按照 L9(34)正交
试验表安排试验 ,因素和水平见表 1 ,由表 2结果可
以看出 ,各因素对菊三七中总生物碱提取率的影响
程度依次为 A>D>C>B,从直观分析及节约能源
的角度确定最优的萃取方案是 A1B2C3D2 ,即:萃取
压力 25 MPa,夹带剂为每 100 g样品用 200 ml乙
醇 ,萃取时间 3.0 h,萃取温度 60℃。
3.3 验证实验 取 100 g粉碎后经碱化的菊三七
根粉按最佳工艺条件 A1B2C3D2 进行验证实验 ,进
行 3次平行实验 ,菊三七总生物碱的平均提取率为
0.192%,大于正交实验的最大值 ,表明最佳工艺可
行。
3.4 索氏提取法对比 采用索氏提取法〔8〕提取菊
三七中的总生物碱 ,称取 10 g粉碎后经碱化的菊三
七根粉 ,在索氏提取器中用乙醇提取 6 h,提取物经
纯化后测其生物碱的得率 。平行 3次实验 ,菊三七
表 1 因素水平表
水平 A(MPa) B(ml) C(h) D(℃)
1 25 150 2.0 55
2 20 200 2.5 60
3 35 250 3.0 65
·1750· JournalofChineseMedicinalMaterials 第 31卷第 11期 2008年 11月
表 2 正交实验结果及分析
实验号 A B C D 得率(%)
1 1 1 1 1 0.148
2 1 2 2 2 0.167
3 1 3 3 3 0.164
4 2 1 2 3 0.158
5 2 2 3 1 0.156
6 2 3 1 2 0.161
7 3 1 3 2 0.147
8 3 2 1 3 0.139
9 3 3 2 1 0.136
K1 0.160 0.151 0.149 0.147
K2 0.159 0.154 0.153 0.159
K3 0.141 0.155 0.158 0.153
R 0.019 0.001 0.010 0.012
总生物碱的平均得率为 0.126%,低于超临界 CO2
流体萃取得率。
4 讨论
与传统溶剂萃取工艺相比 ,超临界 CO2萃取具
有工艺简单 、步骤少 、耗时短 、无溶剂残留 、常温操作
不会破坏活性组分等优点 ,同时菊三七总生物碱的
提取率要远大于索氏提取。因此 ,利用超临界 CO2
萃取技术不仅可以较好地提取菊三七生物碱 ,亦具
有较好的应用前景 。
参 考 文 献
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51.
(2008 -05-19收稿)
正交设计优选石吊兰中石吊兰素的提取工艺
盛卫国 ,熊 阳 ,徐莲英
(上海中医药大学中药学院 ,上海 201203)
摘要 目的:通过正交设计优选石吊兰中石吊兰素的最佳提取工艺。方法:以提取液中石吊兰素含量为指标 ,
采用 L9(34)正交设计安排实验 ,考察乙醇用量 、提取时间 、提取次数对其的影响。 结果:最佳工艺条件为 A1B2C3 ,
即药材加 4倍量 95%乙醇提取 3次 , 每次回流 1.5小时 , 该结果在验证试验中得到验证。结论:正交设计优化的提
取工艺可较好的提取石吊兰中石吊兰素 ,是石吊兰素提取的较理想方法。
关键词 石吊兰;石吊兰素;高效液相色谱法;正交设计;提取工艺
中图分类号:R284.2 文献标识码:A 文章编号:1001-4454(2008)11-1751-03
作者简介:盛卫国(1972-),男,博士 ,研究方向:中药制剂新剂型与新技术;Tel:021-51322685, E-mail:sss3215@sina.com。
石吊兰为苦苣苔科(Gesneriacee)吊石苣苔属植
物吊石苣苔(LveicnotuspauciflorusMaxim.)的全草 ,
始载于 《植物名实图考》石草类 ,功能祛痰止咳 、清
热利湿 、活血调经 ,主治肺热咳嗽 、支气管炎 、痢疾 、
钩端螺旋体病 、风湿痹痛 、跌打损伤等 〔1〕。其所含
脂溶性成分石吊兰素(nevadensin)是具有抗结核杆
菌作用的母核结构 ,有显著的抗结核杆菌的作用 ,是
临床用于治疗结核病的有效成分 〔2-6〕 ,目前尚无其提
取工艺的报道 。本文根据石吊兰素的理化性质 ,用
95%乙醇作为提取溶剂回流提取 , HPLC法测定提
取液中石吊兰素含量 ,通过正交设计考察了其最佳
提取工艺 。
·1751·JournalofChineseMedicinalMaterials 第 31卷第 11期 2008年 11月