第21卷第5期2005年5月农业工程学报T ran sacti on s of the CSA E V o l .21 N o.5M ay 2005超高压提取西洋参皂苷的工艺研究陈瑞战,张守勤※,王长征,窦建鹏,吴 华,张玲玲(吉林大学生物与农业工程学院,长春130025)摘 要:研究在常温下超高压提取西洋参根中皂苷的最佳提取工艺。
探讨了不同提取溶剂、溶剂浓度、提取压力、溶剂与原料比、提取时间等因素对皂苷得率的影响,确定了超高压提取西洋参根中皂苷的最佳条件,并将超高压提取法与热回流提取、微波提取、超声提取、超临界CO 2萃取等提取法进行了比较。
超高压提取西洋参根中皂苷的最佳提取条件:70%乙醇水溶液为提取溶剂,提取压力为200M Pa ,溶剂与原料比为50∶1,提取时间为2m in 。
超高压提取西洋参根中皂苷具有提取得率高、时间短、能耗低等优点,可用于中药有效成分的提取。
关键词:超高压;提取;西洋参;皂苷中图分类号:O 62335;TQ 036+.4 文献标识码:A 文章编号:100226819(2005)0520150205陈瑞战,张守勤,王长征,等.超高压提取西洋参皂苷的工艺研究[J ].农业工程学报,2005,21(5):150-154.Chen R u izhan ,Zhang Shouqin ,W ang Changzheng ,et al .T echno logical p rocess of u ltrah igh 2p ressu re ex tracti on ofsapon in s from P anax qu inquef olius [J ].T ran sacti on s of the CSA E ,2005,21(5):150-154.(in Ch inese w ith English ab stract )收稿日期:2004211225 修订日期:2004204225基金项目:国家自然科学基金资助项目(30472135)作者简介:陈瑞战(1967-),男,副教授,博士研究生,研究方向为药物有效成分提取。
长春 吉林大学生物与农业工程学院,130025。
E 2m ail :ruizhanchen @通讯作者:张守勤(1946-),男,教授,主要从事农产品加工研究。
长春 吉林大学生物与农业工程学院,130025。
Em ail :zsq @jlu .edu .cn0 引 言西洋参(P anax qu inquef olius )系五加科属植物,原产于加拿大和美国,目前中国已经有大面积的栽培。
西洋参的主要成分是皂苷,具有较高的生理活性、独特的药理作用。
西洋参中人参皂苷的常规提取方法有浸渍法[1],渗漉法[2],煎煮法[2],回流提取法[2],索氏提取法[3],近年来研究和开发的有超声提取法[3],微波提取[3],超临界流体萃取[4]等新技术。
目前在西洋参皂苷的规模化生产中采用的基本上是常规提取工艺,这些方法不同程度的存在提取时间长,效率低,且由于长时间的加热会造成皂苷活性的降低、损失等问题。
采用具有现代技术特征的超临界流体萃取方法时,由于人参皂苷的极性强、分子量大,提取效率很低。
因此迫切需要“安全、高效、稳定”的西洋参有效成分提取新工艺。
超高压生物加工技术在食品灭菌[5]、病毒灭活[6]、疫苗制取[7]、蛋白质改性[8]、生化制药等多方面都有很好的应用。
近年来张守勤等提出并将超高压技术应用于中药有效成分的提取[9],并利用该技术提取了黄酮[9]、皂苷、生物碱、多糖[10,11]、挥发油等多种中药有效成分。
超高压提取(U ltrah igh 2p ressu re ex tracti on ,缩写为U H PE ),也称超高冷等静压提取,它是在常温下用100～1000M Pa 的液体静压力作用于药液上,使提取溶剂渗透到药物细胞内,在预定压力下保持一段时间使有效成分达到溶解平衡后迅速卸压,由于细胞内外渗透压力差突然增大,细胞内的有效成分转移到细胞外的提取液中,于是达到了提取有效成分的目的。
与传统的煎煮、回流提取等方法相比,超高压提取在缩短提取时间、降低能耗、减少杂质成分溶出的同时,提高了有效成分的收率。
超高压提取是在常温下进行的,因此避免了因热效应引起的有效成分结构变化、损失以及生理活性降低,同时由于超高压提取是在密闭环境下进行的,没有溶剂挥发,不会对环境造成污染,因此该技术更加符合“绿色”环保的要求。
本文研究了从西洋参根中提取皂苷的超高压提取工艺,并且与热回流、微波、超声、超临界CO 2萃取等提取方法进行了比较,该提取工艺具有许多独特的优势。
1 试验材料与方法1.1 仪器与材料1)仪器与设备DL 700间歇式超高压提取设备(上海大隆机器厂);L C 2V P series 岛津高效液相色谱仪,包括:四元泵,脱气单元,柱温箱,S I L 210A dvp 自动进样器,SPD 2M 10A V P 、U V 2V IS 检测器,CLA SS 2V P 工作站;HA 221250206超临界萃取装置(江苏南通华安超临界萃取有限公司);JY 292型超声波发生器(宁波新芝生物技术研究所);M G 25586D TW ,微波炉,加装了回流冷凝、搅拌和控温装置;M A 110电子天平(精度0.1m g ,上海天平仪器厂);R E 252旋转蒸发器(上海安亭电子仪器厂);C 18(5Λm ,250mm ×4.6mm )层析柱(迪马公司)。
2)材料和试剂国产西洋参(产地:吉林省靖宇县);皂苷标准品R b 1和R e (由吉林大学基础医学院天然药物实验室提供,纯度>90%);乙腈、甲醇(美国F isher 公司,色谱51纯);其它试剂(北京化工厂,分析纯)。
1.2 超高压提取工艺流程及设备1.2.1 超高压提取工艺流程超高压提取工艺流程(见图1)具体特点说明如下:1)筛选需要的西洋参干根;2)原料干燥、粉碎(或脱脂处理)等前期处理;3)按不同的溶剂和原料比混合后包装并密封;4)按照预先确定的操作参数进行高压处理;5)使用过滤或离心等方法将固体药渣从提取液中分离出去;6)减压蒸馏(或膜分离)挥发溶剂后得提取液;7)提取液经过萃取、柱层析、重结晶等方法进行分离纯化,得总皂苷或单体皂苷;8)对纯化后的提取物进行结构、纯度、活性测试。
图1 超高压提取工艺流程图F ig .1 T echno logical p rocess of u ltrah igh 2p ressu re ex tracti on (U H PE )1.2.2 超高压提取设备间歇式超高压提取原理示意图如图2。
将药物原料按照一定的料液比混合后装在耐压、无毒、柔韧并能传递压力的软包装内密封,然后放入高压容器内;启动高压泵,首先将容器内的空气排出,然后升高到所需的压力,并在此压力下保持一定的时间;迅速打开控制高压回路的阀门,卸除压力;取出高压处理后的料液,进行后续处理。
图2 间歇式超高压提取原理示意图F ig .2 Schem atic diagram of the p rinci p leof in term iten t U H PE1.2.3 样品的预处理取西洋参干根,在60℃真空干燥箱中干燥12h ;粉碎后过孔径为0.42mm 的样品筛;按40∶1的溶剂与原料比加入三氯甲烷,回流3h ,过滤除去滤液,滤渣挥干溶剂后得脱脂样品,备用。
1.2.4 提取西洋参皂苷的方法精确称量用同一批次的脱脂样品各1g ,分别按照50∶1的溶剂与原料比,加入70%的乙醇水溶液,用不同的方法提取西洋参皂苷,提取液减压回收溶剂后经过大孔树脂纯化,得总皂苷。
提取方法如下:1)超高压提取:提取条件的确定见第二部分;2)超声波提取:50kH z 、250W 超声波处理40m in ;3)微波提取:2450M H z 、300W 微波处理15m in ;4)回流提取:水浴加热沸腾,回流提取时间6h ;5)超临界CO 2萃取:该法使用的原料为脱脂样品而不是上述脱脂样品与乙醇的混合液,提取的携带剂为乙醇,含量为5%(V V ),提取温度40℃,提取压力50M Pa ,CO 2流速为2L m in ,萃取时间4h 。
除超高压提取外,其它提取方法的工艺参数均参考相关文献确定[2-4]。
1.2.5 检测方法1)色谱条件将所得总皂苷加甲醇(光谱纯)溶解定容,过0.45Λm 膜后密封备用。
检测条件为:柱温35℃;检测波长203nm ;进样体积20ΛL ;流动相由乙腈和0.05%磷酸水溶液组成,流速1.0mL m in ;梯度洗脱程序为:0～20m in ,乙腈的体积分数为20%～22%;20～45m in ,乙腈的体积分数为22%～45%;45～55m in ,乙腈的体积分数为45%～55%;55～60m in ,乙腈的体积分数为55%～100%;60～65m in ,乙腈的体积分数为100%～20%。
2)工作曲线的绘制分别准确称取人参皂苷R b 1和R e 标准品各1.55m g 和1.94m g ,置于同一5mL 容量瓶中,加入3mL 甲醇溶解,超声振荡1m in 后用甲醇定容至刻度,得1号样品。
分别吸取1号样品一定体积配成2～5号样品,各样品中两种标准品的含量见表1。
表1 混合标准溶液中皂苷的浓度T ab le 1 Concen trati on of sapon in s 2R b 1and R e con trast12345R b 1 m g ・mL -10.3100.18600.09300.04650.0233R e m g ・mL-10.38800.28080.14040.07020.0351在上述色谱条件下,进样标准品混合溶液20ΛL ,测得混合标准溶液的H PL C 图谱(图3),分别取进样浓度为表1的5个不同浓度梯度的混合标准溶液20ΛL ,测定不同浓度的单体皂苷峰面积(X ),对应的皂苷浓度Y (m g mL ),进行线性回归计算,得混合标准溶液中两种不同皂苷回归方程,见表2。
图3 混合标准品的H PL C 图谱F ig .3 H PL C spectra of differen t standard sapon in s151 第5期陈瑞战等:超高压提取西洋参皂苷的工艺研究表2 皂苷R b 1和R e 的H PL C 混合标准曲线T ab le 2 H PL C figu re of calib rati on cu rveof sapon in s R b 1and R e名称标准曲线R 值R b 1y =3.48217E -07x -8.71567E -03R 2=0.998R ey =2.37396E -07x -4.51656E -03R 2=0.9972 超高压提取工艺参数的确定2.1 提取溶剂的影响超高压提取西洋参皂苷首先必须选择一种对皂苷溶解性较大,而对杂质成分溶解性较小,提取后又易于分离的提取溶剂。