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Microwave and ultrasound-assisted extraction of total titerpenic acid from Eriobobotryae Folium

枇杷叶总三萜酸的微波辅助超声提取工艺



全 文 :第 13卷第 5期
2015年 9月
生  物  加  工  过  程
Chinese Journal of Bioprocess Engineering
Vol􀆰 13 No􀆰 5
Sep􀆰 2015
doi:10􀆰 3969 / j􀆰 issn􀆰 1672-3678􀆰 2015􀆰 05􀆰 010
收稿日期:2014-05-04
作者简介:刘  曦(1989—),女,内蒙古包头人,硕士研究生,研究方向:中药制药工程;韩  伟(联系人),教授,E⁃mail:whan@ ecust.edu.cn
枇杷叶总三萜酸的微波辅助超声提取工艺
刘  曦,黄伯骏,韩  伟
(华东理工大学 中药现代化工程中心,上海 200237)
摘  要:以枇杷叶为研究对象,采用微波辅助超声提取其中的三萜酸,并采用香草醛 高氯酸比色法进行分析,建立
标准曲线。 考察提取方式、浸泡时间、乙醇浓度、提取时间、液固比和超声功率等因素,得到微波辅助超声提取的优
化工艺条件:提取方式为先微波后超声,无浸泡,乙醇体积分数为 75%,超声功率为 144 W,液固比为 25 mL / g,微波
时间为 180 s,超声时间为 75 min,由此得到的枇杷叶总三萜酸得率为 9􀆰 994%,显著优于传统的中药提取方法。
关键词:枇杷叶;总三萜酸;微波辅助提取;超声提取
中图分类号:R284􀆰 2        文献标志码:A        文章编号:1672-3678(2015)05-0052-05
Microwave and ultrasound⁃assisted extraction of total titerpenic
acid from Eriobobotryae Folium
LIU Xi,HUANG Bojun,HAN Wei
(Engineering Center for Tradition Chinese Medicine Modernization,East China University of Science and Technology,
Shanghai 200237,China )
Abstract:Micronave and ultrasound⁃assisted extraction was developed to extract total triterperic acid in
Eriobobotryae japonica. Standard curve was established with ultraviolet⁃visible spectrophotometry as
detection method. Extraction methods, soaking time, ethanol concentration, extraction time, liquid⁃solid
ratio and ultrasonic power were studied. The extraction process was optimized as follows:microwave⁃
assisted extraction followed with ultrasonic extraction without soaking was chosen with ethanol
concentration at 75% and liquid⁃solid ratio of 25 mL / g. Microwave duration time was set to 180 s,and
ultrasonic power at 144 W for 75 min. The yield of the total triterpenic acid reached 9􀆰 994%.
Keywords:Eriobobotryae Folium; triterpenic acid; microwave⁃assisted extraction; ultrasonic extraction
    枇杷叶(Eriobobotryae Folium)为蔷薇科植物枇
杷 Eriobobotryae Folium(Thunb􀆰 )Lindl􀆰 的干燥叶,是
一种常用的化痰止咳平喘药,味苦、性微寒,归肺经
和胃经,其药用历史最早见于《名医别录》 [1]。 枇杷
叶具有清肺、化痰、止咳和胃降逆止呕的功效,主要
用于治疗肺热咳嗽、胃热呕逆、气逆气喘和烦热口
渴等症状[2]。 枇杷叶中含有多种有效成分,如三萜
酸、黄酮、多糖、挥发油、鞣质及维生素等[3]。 其中
三萜酸是枇杷叶的主要活性成分,包含熊果酸、齐
墩果酸、科罗索酸、桦木脂酸以及马斯里酸等[4-5],
本研究的目标组分是枇杷叶中的三萜酸,是一类天
然的弱酸性五环三萜类化合物,难溶于水和石油
醚,但可溶于乙醇、甲醇和丙酮等有机溶剂中[6]。
临床药理研究发现,三萜酸具有抗炎镇痛[7]、保肝
护肝[8]、降低血糖[9]、抗氧化[10]、抗抑郁[11]和抗肿
瘤[12]等多种药理作用,具有很大的发展潜力和广阔
的应用前景。
目前,三萜酸的提取方法主要有溶剂萃取法、
热回流法、索氏提取法、生物酶提取法、超临界 CO2
提取法、超声辅助提取法和微波辅助提取法[13]等。
传统的中药提取方法具有提取时间长、效率低和成
本高等缺点。 笔者所采用的微波辅助超声提取法,
可以有效地将微波的选择性加热、受热均匀和热效
率高的特点[14]与超声的空化作用、机械作用[15]结
合起来,在枇杷叶三萜酸的提取过程中可以显著缩
短提取时间,提高提取效率,从而有望得到得率更
高的三萜酸产品,以有力推进中药新型提取方法联
用的发展。
1  材料与方法
1􀆰 1  材料与仪器
1􀆰 1􀆰 1  主要原料与试剂
枇杷叶(产地浙江),购于上海华宇药业有限公
司;熊果酸对照品(纯度≥98%),购于上海同田生
物有限公司;香草醛、冰醋酸、高氯酸和无水乙醇,
购于国药集团化学试剂有限公司。
1􀆰 1􀆰 2  主要仪器设备
UV1900PC型紫外分光光度计,上海市亚研电
子有限公司;ER 692型微波提取装置,中国电子器
件工业总公司;SK3310HP 型超声提取装置,上海市
科导超声仪器有限公司;HH 4 型智能数显恒温水
浴锅,巩义市予华仪器有限公司;101 0 型恒温干
燥箱,沪南电炉烘箱厂。
1􀆰 2  实验方法
1􀆰 2􀆰 1  提取方法
精密称定枇杷叶 3􀆰 00 g 置于 250 mL 三口烧
瓶,加入乙醇溶液,在微波装置中间歇提取,采用冷
凝回流装置和空气鼓泡器进行冷却和搅拌,冷却后
再置于超声波装置中提取,冰浴冷却后,减压抽滤,
取滤液待测。
1􀆰 2􀆰 2  分析方法
采用香草醛 高氯酸比色法对枇杷叶中的总三
萜酸含量进行分析。 精密称取熊果酸标准品,配制
成质量浓度为 0􀆰 10 mg / mL 的熊果酸标准品溶液。
分别吸取熊果酸标准品和枇杷叶提取液,置于 10
mL具塞刻度试管中,挥去溶剂,加入体积分数 5%
香草醛 冰醋酸溶液 0􀆰 5 mL和高氯酸 2􀆰 0 mL,在 60
℃下加热 15 min后冷却,用冰醋酸定容至 10 mL,置
于紫外 可见分光光度计中进行波长扫描,确定三萜
酸的检测波长为 545 nm。
1􀆰 2􀆰 3  计算方法
依据 1􀆰 2􀆰 2节中的分析方法对枇杷叶中总三萜
酸物质进行检测,得到相应的吸光度值 A,并利用标
准曲线的回归方程计算出总三萜酸浓度,从而进一
步计算得率
枇杷叶中总三萜酸的得率 = ρVn
1 000m
(1)
式中:ρ为样品中三萜酸的质量浓度,mg / mL;V为提
取溶剂用量,mL;m 为枇杷叶的质量,g;n 为溶液稀
释倍数。
2  结果与讨论
2􀆰 1  标准曲线的建立
采用熊果酸标准品溶液,以相应显色试剂作空
白对照,在 545 nm的波长下进行检测,并以熊果酸
质量浓度(ρ)为横坐标、吸光值(A)为纵坐标绘制标
准曲线,结果如图 1所示。
图 1  熊果酸标准曲线
Fig􀆰 1  The standard curve of ursolic acid
由图 1 可知:其线性回归方程为 A = 42􀆰 947ρ+
0􀆰 011 8,线性浓度范围为 0􀆰 001 04 ~ 0􀆰 018 72
mg / mL,R2 = 0􀆰 999 5,说明熊果酸(总三萜酸)质量
浓度 ρ与吸光值 A具有良好的线性关系。 并且经过
实验考察,具有良好的精密度、重现性和稳定性。
2􀆰 2  提取条件的影响
2􀆰 2􀆰 1  提取方式的考察
不同的提取方式决定了有效成分的溶出效
果,对单独微波、单独超声、先微波后超声和先超
声后微波 4 种提取方式进行比较研究,结果如图 2
所示。
从图 2 可以看出:微波与超声联用技术的提取
效率优于单项技术,并且先微波后超声的提取效果
优于先超声后微波。 造成这种现象的原因可能是,
35  第 5期 刘  曦等:枇杷叶总三萜酸的微波辅助超声提取工艺
图 2  不同提取方式对总三萜酸得率的影响
Fig􀆰 2  Effect of extraction methods on yield of
the total triterpenic acid
虽然微波强烈的热效应和超声波的空化效应均会
对细胞结构造成一定的破坏,但是前者的破坏作用
强于后者,所以先进行微波提取有助于有效成分在
后续提取过程中的进一步溶出,从而进一步提高总
三萜酸的得率。
2􀆰 2􀆰 2  浸泡时间的影响
中药饮片一般为干燥的动植物组织,因其细胞
失水而不利于药效成分的溶出,而对药材的浸泡在
一定程度上可以有助于药效成分的溶出和提取。
考察浸泡时间对总三萜酸得率的影响,结果如图 3
所示。
图 3  浸泡时间对枇杷叶总三萜酸得率的影响
Fig􀆰 3  Effects of soaking time on yield of the
total triterpenic acid
由图 3可知:单独浸泡时,浸出药液的三萜酸得
率随时间延长先显著增大,而后趋于平缓;若先浸
泡后提取,三萜酸的得率没有明显变化,相对标准
偏差(RSD)<5%。 表明在单独浸泡时,一段时间的
浸泡可以有助于目标产物的溶出。 但在微波 超声
提取法时,在提取之前的浸泡对于提高得率帮助不
大,可能原因是微波辅助超声的提取方法对于枇杷
叶三萜酸具有非常好的提取效果,相比之下,浸泡
的效果则不是很明显。 因此,本实验采取无浸泡、
直接提取的方式。
2􀆰 2􀆰 3  乙醇体积分数的影响
在不同体积分数的乙醇溶液中,乙醇分子和水
分子以不同强度的氢键缔合,这种缔合状态会影响
药效成分的溶解度,从而影响其提取效果,考察乙
醇体积分数对总三萜酸得率的影响,结果如图 4
所示。
图 4  乙醇体积分数对枇杷叶总三萜酸得率的影响
Fig􀆰 4  Effect of ethanol concentration on yield of
the total triterpenic acid
由图 4 可知:枇杷叶总三萜酸的得率随着乙醇
体积分数的升高先增大后减小,在乙醇体积分数为
75%时,三萜酸得率达到最大值,原因可能是三萜酸
具有明显的亲脂性,所以不易溶于低浓度乙醇溶
液;但是由于高体积分数乙醇会使胞内蛋白质凝
固,形成传质阻力,不利于提取过程的进行。 因此,
本实验采用 75%乙醇作为提取溶剂。
2􀆰 2􀆰 4  超声功率的影响
选择合适的超声功率有助于提高枇杷叶三萜
酸的提取效率。 笔者在 SK3310HP 型超声波清洗器
可允许的超声功率范围内,考察了超声功率对三萜
酸得率的影响,结果如图 5所示。
由图 5 可以看出:当超声功率小于 144 W 时,
总三萜酸得率随超声功率的增加而显著增大;当超
声功率大于 144 W 时,三萜酸的得率基本不再增
加。 由此可知,超声功率的增大可促使三萜酸的提
取速度加快,但是当超声功率达到一定值时,总三
萜酸得率不再增加。 因此,本实验选取 144 W 的超
声功率用于枇杷叶的提取实验。
2􀆰 2􀆰 5  液固比的影响
液固比决定着液 固两相之间传质动力的大小,
从而影响提取效率。 分别考察不同液固比对三萜
45 生  物  加  工  过  程    第 13卷 
图 5  超声功率对枇杷叶总三萜酸得率的影响
Fig􀆰 5  Effect of ultrasonic power on yield of the
total triterpenic acid
酸得率的影响,结果如图 6所示。
由图 6可知:随着液固比的增大,提取溶剂的增
加,三萜酸的得率先增大后减小,在液固比为 25
mL / g时达到最大值,原因可能是液固比的增大提高
了提取溶剂与物料内部的浓度差,有利于有效成分的
扩散和溶出,但当液固比过大时,降低了传热速率,过
量的提取液也会增加生产成本,不利于提取液后续处
理。 因此,本实验采用的液固比为 25 mL / g。
图 6  液固比对枇杷叶总三萜酸得率的影响
Fig􀆰 6  Effect of liquid⁃solid ratio on yield of the
total triterpenic acid
2􀆰 2􀆰 6  微波时间的影响
微波辐射时间的作用效果与药材质量、溶剂体
积和微波功率密切相关,笔者在微波功率为 650 W
的条件下,分别考察不同微波辐射时间对三萜酸得
率的影响,结果如图 7所示。
由图 7 可知:在一定范围内三萜酸得率随着微
波辐射时间的延长而显著增加,当微波时间超过
180 s时,三萜酸得率不再增加,超过 210 s 时,三萜
酸得率开始下降。 这表明,适当延长微波时间有利
于加快三萜酸的溶出,但过长的微波时间又会使药
液中的三萜酸分解。 因此,本提取过程中的微波辐
射时间为 180 s。
图 7  微波时间对枇杷叶总三萜酸得率的影响
Fig􀆰 7  Effect of microwave time on yield of the
total triterpenic acid
2􀆰 2􀆰 7  超声时间的影响
超声时间也是影响三萜酸提取效率的重要因
素,笔者分别对超声时间为 15、30、45、60、75、90 和
105 min 的三萜酸提取效果进行考察,结果如图 8
所示。
由图 8 可知:三萜酸的得率随着超声时间的延
长先增大而后减小,原因可能是随着超声时间的增
加,三萜酸发生了一定程度的分解,并且过长的提
取时间也会增加杂质的溶出,不利于后续纯化过程
的进行。 因此,本实验所选择的最佳超声时间为
75 min。
图 8  超声时间对枇杷叶总三萜酸得率的影响
Fig􀆰 8  Effect of ultrasonic time on yield of the
total triterpenic acid
2􀆰 3  不同提取工艺的比较研究
将微波辅助超声提取三萜酸的工艺与其他提
取方法进行比较,分别从提取时间、能源消耗和得
率三方面进行考察,结果见表 1。
通过表 1 中的比较可知:微波辅助超声提取枇
杷叶三萜酸的得率最高,比单独超声提取高
2􀆰 966%,比热回流提取高 0􀆰 577%,比索氏提取高
0􀆰 360%;而提取时间和能耗分别是单独超声提取的
55  第 5期 刘  曦等:枇杷叶总三萜酸的微波辅助超声提取工艺
86􀆰 7%和 98􀆰 4%,是热回流和索氏提取的 43􀆰 3%和
20􀆰 2%。 综合考虑产品得率、提取效率与能耗,微波
辅助超声提取工艺与其他方法相比具有较大的
优势。
表 1  不同提取方法的比较
Table 1  The comparison of different extraction methods
提取方式 提取时间 /min
提取功率 /

耗能 /
(kW·h)
得率 /

微波 超声 78 0􀆰 2 125 9􀆰 994
单独超声 90 144 0􀆰 2 160 7􀆰 028
热回流 180 350 1􀆰 05 9􀆰 417
索氏提取 180 350 1􀆰 05 9􀆰 634
3  结论
1)通过对枇杷叶总三萜酸的微波辅助超声提
取工艺的考察可知:选择先微波后超声的提取方
式,以切碎的枇杷叶为提取体系,以 75 mL 的 75%
乙醇溶液为提取溶剂,对枇杷叶进行直接提取,先
在微波发生装置中提取 180 s,再置于功率为 144
W、温度为 60 ℃的超声提取装置中提取 75 min,三
萜酸得率为 9􀆰 994%。
2)通过对不同三萜酸提取方法的比较发现:由
微波辅助超声提取所得的枇杷叶三萜酸得率分别
比超声提取、热回流提取和索氏提取法提高
2􀆰 966%、0􀆰 577%和 0􀆰 360%,超声提取所需的时间
是微波辅助超声提取法的 1􀆰 2 倍,而传统的提取方
法(热回流提取和索氏提取)所需的提取时间和能
耗分别是该方法的 2􀆰 3 和 4􀆰 9 倍。 因此表明,微波
辅助超声提取法具有高效、省时和低能的优点。
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(责任编辑  周晓薇)
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