微波法從黃連中提取黃連素的工藝研究

黃學仁，李超柱，陳艷輝，易義群

欽州學院，欽州535000

黃連是一種著名的中藥，《神農本草經》列之為上品，性寒，味苦，具有清熱燥濕，瀉火解毒之功效。其中以黃連素(小檗堿)的含量最多，也是最有效的成分之一，其對心血管系統、神經系統和消化系統具有良好的治療和保健作用，是一種常用的中草藥［1］。近幾年來又發現了一些新的用途，如治療原發性高血壓、心律失常、高血脂癥、消化性潰瘍、Ⅱ型糖尿病等，可以說是老藥新用［2，3］。此外，現代藥理學研究證實黃連素具有顯著的抗心力衰竭、抗心律失常、降低膽固醇、抗制血管平滑肌增殖、改善胰島素抵抗、抗血小板、抗炎等作用，因而在心血管系統和神經系統疾病方面將可能有廣泛、重要的應用前景，日益受到重視［4］。

提取黃連素比較成熟的工藝為硫酸法、石灰水法，但這些方法提取的時間長、代價高、產品純度低、產率低、溶劑消耗多、易造成環境污染等問題［5］。本研究以水作為提取溶劑，采用微波輻射方法從黃連中提取黃連素，并優化提取工藝條件。

1 儀器與試劑

1．1 原料和試劑

黃連(購于欽州市藥店);黃連素對照品、濃鹽酸、氯化鈉(購于南寧藍天實驗設備有限公司)。

1．2 儀器

NJL07-3型實驗專用微波爐(南京杰全微波設備有限公司);T6新世紀紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司);雷磁PHS-3C型PH計(上海精密科學儀器有限公司);萬分之一電子分析天平(上海精密科學儀器有限公司);HH-4數顯恒溫水浴鍋(金壇市科析儀器有限公司);SHZ-D(Ⅲ)循環水式真空泵(上海豫華儀器有限公司)。

2 實驗方法

2．1 黃連素的提取

將黃連放入烘箱中于70℃條件下烘烤使之變脆，用粉碎機將其研磨成粉末狀。用萬分之一天平準確稱取2．0000 g黃連，置于250 mL小燒杯中，加入一定量蒸餾水浸泡一段時間，在一定條件下微波提取黃連素。趁熱抽濾，提取液加人20%NaCl溶液，并用稀鹽酸調pH至1～2，放入冰箱中冷藏靜置過夜，得黃連素粗品。

2．2 黃連素的精制

將黃連素粗品置于燒杯中。加入50倍量蒸餾水煮沸1 min攪拌溶解，趁熱抽濾，濾液放冷后加濃HCl調節pH至1～2，放入冰箱中冷藏靜置過夜，即析出黃色針狀黃連素精品。實驗流程如下:

2．3 分光光度法測定黃連素含量

2．3．1 標準曲線的繪制

精密稱取黃連素對照品4 mg，用水溶解并移至100 mL容量瓶中定容，得濃度為40μg/mL的儲備液，備用。精密吸取黃連素儲備液 1．0、1．5、2．0、2．5、3．0、3．5、4．0 mL 于25 mL 容量瓶中并定容，用蒸餾水作空白，在其最大吸收波長λ=345 nm處分別測其吸光度［6］，根據結果用最小二乘法作線性回歸，得黃連素濃度X與吸光度Y 的線性回歸方程:Y=0．0636X+0．00891(X 為黃連素濃度 μg/mL，Y為吸光度)，r=0．9998。

2．3．2 黃連素的提取率分析

準確量取2．2中提取所得的冷藏前的酸化溶液1 mL于25 mL容量瓶中并定容，用蒸餾水作空白，在λ=345 nm處測其吸光度值，根據所測得的分光度值由線性方程計算求得黃連素提取率。

2．4 黃連素提取工藝的確定

分別考察不同微波功率、原料浸泡時間、料液比(g/mL，下同)、提取次數、微波輻射時間對黃連素提取率的影響。在考察這些因素對提取黃連素的影響時，以345 nm處的吸光度值確定最優條件。移取1 mL黃連素精品于25 mL容量瓶中定容，測定345 nm處的吸光度值。

2．4．1 微波功率

準確稱量2．0000 g黃連，置于250 mL小燒杯中，加入200 mL蒸餾水，浸泡24 h。分別在300、400、500、600 w的微波功率下微波提取3 min。趁熱抽濾，加人20%NaCl溶液，并用稀鹽酸調 pH至1～2，放入冰箱中冷藏靜置過夜，即析出黃色針狀黃連素精品。

2．4．2 原料浸泡時間

準確稱量2．0000 g黃連，置于250 mL小燒杯中，加入200mL 蒸餾水，分別浸泡8 h、16 h、24 h、32 h，在500 w的微波功率下微波提取3 min。趁熱抽濾，加人20%NaCl溶液，并用稀鹽酸調pH至1～2，放入冰箱中冷藏靜置過夜，即析出黃色針狀黃連素精品。

2．4．3 料液比

準確稱量2．0000 g黃連，置于250 mL小燒杯中，分別加入160、200、240、280 mL 的蒸餾水，浸泡24 h。在500 w的微波功率下微波提取3 min。趁熱抽濾，加人20%NaCl溶液，并用稀鹽酸調 pH至1～2，放入冰箱中冷藏靜置過夜，即析出黃色針狀黃連素精品。

2．4．4 提取次數

準確稱量2．0000 g黃連，置于250 mL小燒杯中，加入200 mL蒸餾水，浸泡24 h。在500 w的微波功率下微波分別提取1次、2次、3次、4次，每次提取3 min。趁熱抽濾，加人20%NaCl溶液，并用稀鹽酸調pH至1～2，放入冰箱中冷藏靜置過夜，即析出黃色針狀黃連素精品。

2．4．5 微波輻射時間

準確稱量2．0000 g黃連，置于250 mL小燒杯中，加入200 mL蒸餾水，浸泡24 h。在500 w的微波功率下微波分別提取1、2、3、4 min。趁熱抽濾，加人20%NaCl溶液，并用稀鹽酸調 pH至1～2，放入冰箱中冷藏靜置過夜，即析出黃色針狀黃連素精品。

3 結果與討論

3．1 微波輻射功率對黃連素提取率的影響

結果如圖1。

圖1 微波輻射功率對提取率的影響Fig.1 The effect of microwave radiation power on the extraction rate

由圖1可以看出，隨著微波輻射功率的提高，黃連素的的提取率也隨之增加。可能是因為微波功率增加，基體中提取劑吸收的微波增多，繼而提取溫度升高，使黃連素向提取劑擴散的速度變快，因此提取率隨之增加。但當功率達到600 w之后，黃連素的提取率略有減少，可能是由于微波功率太高導致提取溫度過高，使其中的有效成分被破壞，同時有其他成分出現，會影響黃連素成分含量測定的緣故。因此，微波輻射功率以500 w為宜。

3．2 原料浸泡時間對黃連素提取率的影響

結果如圖2。

圖2 原料浸泡時間對提取率的影響Fig.2 The effect of soaking time on the extraction rate

由圖2可以看出，黃連素的提取率隨著浸泡時間的增加而增加，可能是由于水分是極易極化的物質，隨著浸泡時間的增加，進入基體中的水分逐漸增加，對微波呈強烈選擇性吸收，使細胞壁被破壞，細胞中的黃連素成分被釋放出來的緣故。當浸泡時間增加到32 h時，提取率與24 h時相差不大，可能是此時進入基體中的水與溶劑中的水達到平衡，吸收的微波能量也趨于穩定，因此提取率也趨于穩定。從時間和產率的角度綜合分析，原料浸泡時間以24 h為宜。

3．3 料液比對黃連素提取率的影響

結果如圖3。

圖3 料液比對提取率的影響Fig.3 The effectof solid-liquid ratio on the extraction rate

由圖3可以看出，黃連素的提取率隨著料液比的增加而增加，料液比增加使料液兩相的濃度差增大，有利于微波提取。但當料液比為1∶140時，黃連素提取率與1∶120趨于相近，可能是此時黃連素已基本被提取完畢。考慮到隨著料液比的增加會使微波的吸收量增加，提取黃連素的能量消耗和過濾的耗時也會隨之增加，因此料液比以1∶120為宜。

圖4 提取次數對提取率的影響Fig.4 The effect of the number of extraction on the extraction rate

3．4 提取次數對黃連素提取率的影響

結果如圖4。

由圖4可以看出，黃連素的提取率隨著提取次數的增加而增加，當提取次數增加到2以后，提取率卻隨著提取次數的增加而趨于穩定。綜合各方面考慮，提取次數以2次為宜。

3．5 微波輻射時間對黃連素提取率的影響

結果如圖5。

圖5 微波輻射時間對提取率的影響Fig.5 The effect of microwave irradiation time on the extraction rate

由圖5可以看出，當微波輻射時間小于3 min時，黃連素的提取率隨著微波輻射時間的增加而增加，可能是因為微波輻射時間增加，基體中的水分吸收的微波也會隨著增加，微波能量逐漸積累，對細胞壁的破壞作用也越明顯，對黃連素的提取量也越多。當達到3 min時，提取率反而有所下降，可能是當微波輻射時間達到3 min時，提取溶劑達到沸點而沸騰，導致提取出的黃連素被部分分解，結果導致提取率降低。因此，微波輻射時間以3 min為宜。

4 結論

微波是電磁波的一部分，微波所具有的非熱效應可以松弛氫鍵，擊穿細胞膜，加速溶質分子對基體的滲透和目標組分的溶劑化，提高提取效率。天然植物中的有效成分往往包埋在有表皮保護的內部薄壁細胞或者液泡內，破壁非常困難。微波加熱導致細胞內極性物質，尤其是水分子吸收微波能，產生大量熱量，使細胞內溫度迅速升高，液態水汽化產生的壓力將細胞膜和細胞壁沖破，形成微小孔洞，進一步加熱導致細胞內部和細胞壁水分減少，細胞收縮，表面出現裂紋。孔洞和裂紋的存在使胞外液容易進入細胞內，溶解并釋放細胞內有效成分［7］。

在微波場的協同下，通過對影響黃連素提取因素的探索實驗，我們得出了從黃連中提取黃連素的最佳工藝為:提取功率500W，提取時間3min，料液比1∶120，提取次數2次，原料浸泡時間24 h。提取率達5．61%，提取效果較好。與傳統方法中的硫酸法、石灰法、乙醇浸取法相比，不僅提高了提取速度，并且更加環保。

1 Xu Y(徐艷)，Liu HG(劉海港)．Study on the extraction of berberine fromCoptis chinensisby microwave．Lishizhen Med Mater Res(時珍國醫國藥)，2007，18:2231．

2 Chen W(陳偉)．The new application of berberine．Chin JClin(中華臨床雜志)，2002，2(2):77-78．

3 Wang XJ(王秀杰)．Study on the pharmacology and application ofCoptis chinensis．Chin Pharm(中國藥師)，2003，6:370-373．

4 The Chinese Market research online．The Basic information of Berberine:The Pharmacological activity of Berberine．Accessed from:http://www． cninfo360． com/hyxw/yyhy/20111128/254732．html．

5 Chen XQ(陳小全)，Zhai H(翟虎)，Shao HY(邵輝瑩)，et al．Extraction of berberine from Rhizomacoptidis by improvedmethod．JSouthwest Univ Nation，Nat Sci(西南民族大學學報，自科版)，2007，33:1121-1123．

6 Cen ZF(岑志芳)，Li HY(李海燕)．Effect of different ultrasonic frequencies on extraction rate of berberine chloride fromPhellodendron chineseSchneid．Lishizhen Med Mater Res(時珍國醫國藥)，2005，16:374-375．

7 Ye HC(葉會呈)，Xie LF(謝路鳳)．Study on the extraction of rutin fromSophora japonicaL．by orthogonal．JMath Med(數理醫藥學雜志)，2008，21:354-355．