纖維素酶輔助提取溫莪術揮發油工藝條件研究

丁興紅 溫成平 丁志山 范永升

(浙江中醫藥大學,杭州 310053)

纖維素酶輔助提取溫莪術揮發油工藝條件研究

丁興紅 溫成平 丁志山 范永升

(浙江中醫藥大學,杭州 310053)

研究了纖維素酶輔助提取溫莪術揮發油工藝條件。對溫莪術粒徑、纖維素酶用量、酶解時間分別進行單因素考察,根據單因素考察結果設計正交試驗,以出油率為指標確定適宜的正交試驗參數:溫莪術細粉粒徑 100目、纖維素酶用量 20 FPI U·(g溫莪術)-1、酶解時間 40 min,該工藝條件下溫莪術揮發油提取得率為 2.72%,與未添加纖維素酶提取工藝相比,溫莪術揮發油提取得率增加了 283%,顯示了纖維素酶輔助提取揮發油良好的應用前景。

溫莪術 揮發油 纖維素酶 提取

莪術 (Rhizom a Curcum ae)是姜科植物蓬莪術(Curcum a phaeocaulis Valeton)、廣西莪術 (Curcum a kwangsinensis S.G.Lee et C.F.L iang)或溫郁金 (Cur2 cum a wenyujin Y.H.Chen et C.Ling)的干燥根莖,后者習稱溫莪術,中醫認為具有行氣破血,消腫止痛之功效[1]。現代研究表明,莪術揮發油具有抗腫瘤、抗菌、抗病毒、抗氧化、降低膽固醇和減輕化療副作用等活性[2-3]。目前對揮發油的提取主要有水蒸氣蒸餾法和超臨界 CO2流體萃取法[4-5]等。

在溫莪術揮發油提取過程中,由于細胞壁的束縛作用,揮發油不易溶出。溫莪術細胞壁主要由纖維素、半纖維素和木質素等物質組成。纖維素酶是一類復合酶,它能將組成細胞壁的纖維素骨架逐級降解成葡萄糖,進而破壞細胞壁骨架結構,增加細胞內活性成分的溶出[6]。

主要探討纖維素酶預處理對溫莪術揮發油提取得率影響,為纖維素酶輔助提取植物藥有效成分提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

莪術藥材購自浙江溫州,經浙江省中藥研究院孔繁智研究員鑒定為姜科植物溫郁金的干燥根莖;其他所用試劑均為分析純。

纖維素酶由里氏木霉 (Trichoder m a reeseiZU25)固態發酵制備而成,每克纖維素酶粉含 146個濾紙酶活力國際單位(FPI U)。

纖維素酶活力按 T.K.Ghose[7]方法測定,一個濾紙酶活力國際單位 (FPI U)等于酶促反應中生成1.0μmol葡萄糖 (以還原糖表示)的酶量。

1.2 纖維素酶法輔助提取溫莪術揮發油

1.2.1 單因素考察

對溫莪術粒徑、纖維素酶用量和酶解作用時間分別進行單因素考察。

稱取 20 g溫莪術,加入適量纖維素酶液,調節pH值為 4.8,50℃反應。酶解作用一定時間后,離心,取上清液用石油醚萃取,萃取液用旋轉蒸發器在常壓下 25 r/min濃縮,將石油醚蒸出 (溫度40℃左右),當冷凝管口無液滴滴下時即為濃縮終點,得溫莪術揮發油,計算揮發油得率。

揮發油得率 =揮發油質量/溫莪術質量 ×100%

1.2.2 正交試驗設計

根據單因素考察結果進行正交試驗設計,以揮發油提取率為指標,選擇溫莪術粒徑 (65目、80目、100目)、纖維素酶用量 (10 FPI U·(g溫莪術)-1、15 FPI U·(g溫莪術)-1、20 FPI U·(g溫莪術)-1)、酶解作用時間 (20 min,30 min,40 min)3個影響因素按3因素 3水平進行 L9(34)正交試驗設計 (第 4列為空列,用來估計誤差),計算揮發油得率,并對結果進行方差分析,得出最佳提取工藝。

2 結果與討論

2.1 纖維素酶解法提取溫莪術揮發油

2.1.1 單因素研究

確定纖維素酶用量 (10 FPI U·(g溫莪術)-1)及酶解時間 (30 min),考察溫莪術粒徑對溫莪術揮發油得率的影響,結果如圖 1。

圖 1 溫莪術粒徑對揮發油得率的影響

確定溫莪術粒徑 (80目)及酶解作用時間(30 min),考察纖維素酶用量對溫莪術揮發油得率的影響,結果如圖 2。

圖2 纖維素酶用量對揮發油得率的影響

確定纖維素酶用量 (15 FPI U·(g溫莪術)-1)及溫莪術粒徑 (80目),考察酶解作用時間對溫莪術揮發油得率的影響,結果如圖 3。

圖 3 圖 3 纖維素酶作用時間對揮發油得率的影響

由圖 1可知,溫莪術揮發油得率隨粒徑減小而增加,當溫莪術粒徑達到 80目時,揮發油得率為1.90%,此后揮發油得率變化很小,所以選擇溫莪術粒徑 80目進行下面的正交試驗設計。同理,由圖 2、圖 3可知,纖維素酶用量 (15 FPI U·(g溫莪術)-1)和纖維素酶作用時間 (40 min)是進行正交試驗設計的適宜參數。

2.1.2 正交試驗

纖維素酶輔助提取法正交試驗結果見表 1,方差分析結果見表 2。

表 1 纖維素酶法提取溫莪術揮發油正交試驗結果

表2 纖維素酶法正交試驗方差分析

從表 1、表 2可知,纖維素酶提取莪術揮發油的各因素中,溫莪術粒徑影響最大,為顯著性影響因素,其次為纖維素酶用量,酶解時間影響最小。由此得出纖維素酶提取莪術揮發油優選工藝為 A3B2C3:即 100目的莪術細粉在 20 FPI U·(g溫莪術)-1纖維素酶用量下提取 40 min。A3B2C3工藝未在表 1中出現,故補做該試驗,同時測定溫莪術中揮發油含量[1],結果如表 3所示。

表 3 正交設計優化提取方法的出油率比較結果

由表 3可知,采用正交試驗優選工藝 A3B2C3進行 3次平行試驗,溫莪術揮發油平均得率為 2.72%,與中國藥典 2005版所用方法測定值基本一致,結果表明,采用纖維素酶輔助提取溫莪術揮發油,可以將溫莪術中揮發油充分提取出來。

2.2 纖維素酶提取和未添加纖維素酶提取溫莪術揮發油的研究

為了考察纖維素酶對溫莪術揮發油提取的影響因子,設計 100目的莪術細粉在 20 FPI U·(g溫莪術)-1纖維素酶用量下反應時間進程和未添加纖維素酶的時間進程曲線,結果如圖 4。

圖 4 圖4 反應時間對揮發油得率的影響

由圖 4可知,采用纖維素酶提取溫莪術揮發油在 40 min左右,揮發油得率為 2.72%。而未添加纖維素酶進行揮發油提取試驗,揮發油得率一直維持在 0.71%左右,隨著反應時間延長沒有增加趨勢。這表明:纖維素酶在溫莪術揮發油提取過程中發揮了重要的作用,隨著酶解進程的推進,纖維素酶不斷地將溫莪術細胞壁裂解,促使包藏在細胞壁中的揮發油不斷釋放出來,提高了揮發油提取效率[8]。

3 結論

采用纖維素酶輔助提取溫莪術揮發油,可以明顯提高溫莪術揮發油提取得率。通過正交試驗確定適宜的參數為:溫莪術細粉粒徑 100目、纖維素酶用量 20 FPI U·(g溫莪術)-1、酶解時間 40 min,該工藝條件下溫莪術揮發油提取得率為 2.72%,顯示了良好的應用前景。

[1]國家藥典委會.中華人民共和國藥典 (第一部)[M].北京:化學工業出版社,2005

[2]丁玉伶,徐愛秀.莪術油及其有效組分抗腫瘤研究[J].中藥材,2005,28(2):152-156

[3]Yohei S,Hirozo G.Chihiro T,et a1.Effects of curcuma drugs on vasomotion in isolated rat aorta[J].biological and phar2 maceutical bulletin,2003,26(8):1135-1143

[4]馮磊,尹光耀,敖宗華.莪術揮發油的提取研究及臨床意義[J].江蘇醫藥雜志,2002,28(7):544-545

[5]金建忠.超臨 CO2萃取溫郁金揮發油及其成分分析研究[J].中國中藥雜志,2006,3l(3):255-257

[6]Priit valjamae.The kinetics of cellulose enzymatic hydrolysis [J].Acta universitatis upsaliiensis uppsala,2002:10-18

[7]T.K.Ghose1Measurement of cellulase activities[J].Pure and Appllied Chemistry,1987,59(2):257-268

[8]Xia Liming,Cen Peilin.Cellulase production by solid state fermentation on lignocellulosic waste from the xylose industry [J].ProcessBiochemistry,1999,34(9):909-912.

Cellulase Assisted Extraction of EssentialOil from Rhizoma ofCurcumaWenyujin

Ding Xinghong Wen Chengping Ding Zhishan Fan Yongsheng
(Zhejiang ChineseMedicalUniversity,Hangzhou 310053)

To study the factors affecting the yield of essential oil extracted from rhizoma ofCurcum awenyujin by using cellulase assisted extraction,single factor experiments were conducted,including particle size,extraction time and cellulase dose,then orthogonal experi mentswere carried out to find the optimum operating conditions.Results: The optimum conditions are particle size 150μm～180μm,cellulase dose 20 FPI U(Filter Paper International U2 nits)·(g rhizoma resedue)-1,and extraction time 40 min.Under the conditions the essential oil yield reaches 2.72%,increasing by 283%compared with the extraction without cellulase assistant.

rhizoma ofCurcum awenyujin,essential oil,cellulase,extraction

TQ03-39;R284.1 文獻標識碼:A 文章編號:1003-0174(2010)05-0065-03

浙江省教育廳基金 (67307118),2008年浙江省高等學校優秀青年教師資助計劃(71008809)

2009-05-09

丁興紅,男,1978年出生,博士,副教授,中藥發酵工程