三種不同萃取方法對印楝種子活性物提取率的影響

邸向輝，徐國祺，劉澤旭，王立海

(東北林業大學 工程技術學院，哈爾濱 150040)

隨著經濟的建設與發展，國內木制品的需求逐年增加，致使木材資源銳減。因此，通過外力干預進行木材保護而實現木材節約已成為我國發展循環經濟和建設集約型社會的必然要求。通過對耐腐性較差的人工林木材進行防腐保護處理，提高其耐腐防蟲能力和防變色能力，進而延長木材的使用壽命是目前木材應用中的常見手段[1-2]。隨著人們的環保意識的增強，在我國木材防腐研究領域中尋求對人、畜無害，對環境無污染的木材防腐劑成為研究熱點[3-4]。很多學者與企業合作研究開發了一些防腐效果優異的環境友好型木材防腐劑，在這些研究中也對植物提取物的防腐性能展開了廣泛而深入的研究，并取得了一些可喜的成績[3，5]。植物中的次生代謝產物超過40萬種，其中生物堿、類黃酮、酚類、氨基酸和多糖等均具有廣譜的殺蟲或抗菌效果，因此，對作為新型木材防腐劑的植物活性物開發與利用的前景十分廣闊[5]。

近年來，印楝植物提取物作為植物源木材防腐劑的潛在可能性被眾多學者所研究。印楝果核含有以印楝素為主的具有殺蟲、抑菌功效的活性物質。印楝素的除蟲抑菌機理主要是作用在昆蟲神經肽，阻止昆蟲表皮幾丁質形成。印楝素不影響膽堿脂酶活性，因此對人及其他高等動物不會產生毒害作用。印楝素等成分是目前世界公認的廣譜、高效、低毒、易降解和無殘留的殺蟲劑，且沒有抗藥性，對幾乎所有植物害蟲都具有驅殺效果[6]。為了提高活性物質的提取率、節約資源和能源，經過長期的研究與開發，現已有很多高效的提取(萃取)方法，其中有超聲波萃取法(UE)、大孔樹脂吸附分離法、微波萃取法(MAE)、酶法萃取和超臨界CO2萃取法(SFE)等。為了在眾多方法中選出一種適合印楝活性成分的提取方法，以獲得更高的提取率，本文采用乙醇-水溶液作為提取溶劑，分別采用超聲波震蕩萃取法、微波輔助萃取法和溫水浴攪拌加速萃取法三種不同的萃取方法對印楝種子粉末的活性物進行提取，比較3種提取方法對活性物質提取率的影響。

1 超聲波法、微波法和水浴法萃取原理

1.1 超聲波震蕩萃取法

超聲波震蕩萃取法是利用超聲波獨有特性而對物質進行溶解萃取。超聲波振動頻率大于20千赫茲，是一種方向性強、震蕩頻率高、波長短、加速度高的聲波，能夠在氣、液、固或固熔體等介質中傳播很強的能量[7-8]。超聲波在植物活性物提取方面的應用中，能夠提高物質分子間的碰撞速度，分散并破壞植物組織，使得溶劑能夠穿透組織，促進植物活性成分溶入溶劑中，縮短作用時間，進而提高植物活性物的提取率，同時大大減少萃取時間。超聲波震蕩萃取法是將電能直接轉化為動能，區別于加熱法的能量轉換過程。超聲波震蕩法能使溶劑提取工作在常溫或室溫下進行，能夠有效保護植物活性物中對溫度敏感成分的保護[7，9]。

1.2 微波萃取法

微波萃取法是利用電磁波中波長1 mm-1 m的高頻微波，將被萃取物溶于溶劑中，通過微波反應器發射高頻電磁波，使得被萃取物中的化學活性成分迅速溶出[10-12]。微波萃取法操作簡便、省時迅速、成本較低、提取物質純度高以及提取率高等特點，微波萃取法具有較大的應用空間，主要表現在樣品分析制備、植物活性物提取等方面的應用。微波萃取法的主要機理有熱效應、溶劑界面擴散效應和溶劑激活效應等，微波萃取的熱效應是物料極性分子在微波作用下運動方向發生周期性變化，分子間頻繁碰撞摩擦，產生大量熱，使得物料在短時間內溫度迅速升高，物料物理性質發生改變，迅速溶入溶劑；界面擴散效應是指電磁波產生的電磁場加速溶劑界面擴散速率，使得物料與溶劑充分接觸，提高萃取率；激活效應是指極性溶劑吸收微波能力較非極性溶劑容易，從而提高溶劑的活性，使得溶劑與物料間的作用更為有效，進而提高萃取率[13-15]。

1.3 水浴攪拌法

水浴攪拌法是利用水浴鍋對物料與溶劑進行溫水浴并均勻攪拌，加速物料中活性物的萃取。水浴攪拌法具有操作簡便、條件要求低、成本低等優點。水浴加熱攪拌能夠避免直接加熱造成劇烈、過高的、不可控的溫度產生，能平穩加熱，防止溫度過高使得溫度敏感的植物活性物失去活性。溫水浴的同時，輔助自動攪拌，使得物料與溶劑充分接觸，實現溶劑對物料活性物的最大溶解程度，進而提高溶劑的萃取率。

2 材料與方法

2.1 材 料

印楝(Meliaazederach)種子，于2013年4月采自云南昆明，成熟飽滿的種子隨機采自于不同印楝樹，采后室內陰干。無水乙醇(分析純，天津市天理化學試劑有限公司)；蒸餾水。

2.2 儀器設備

主要儀器有三孔萃取瓶、燒杯、量杯、玻璃棒、布氏漏斗和濾紙等；其他儀器設備(見表1)。

表1 儀器設備

2.3 方 法

將陰干后印楝種子(種皮和種仁)用高速離心粉碎機磨成過20～40目篩子的粉末；用電子天平，稱取20 g(m0)印楝種子干粉末，置于燒杯中；按照試驗所需物液比加入不同濃度的乙醇水溶液，充分攪拌，用保鮮膜封住燒杯口；分別放入數碼超聲波清洗機、微波反應罐、數顯恒溫水浴鍋中，設置功率、溫度、攪拌速度和時間等參數(見表2)，反復提取3次，用真空泵、布氏漏斗抽濾液；將3種工藝提取出的濾液置于已稱重(m1)的旋轉蒸發瓶中，在旋轉蒸發儀上進行旋轉蒸發，旋轉蒸發水浴溫度為40℃。旋轉蒸發后，稱取蒸發瓶與瓶壁剩余物的總重(m2)。

表2 試驗參數

每組試驗做三次平行重復試驗，計算平均值。

印楝粗提率的計算公式如下：

(1)

在對印楝活性物進行提取時，為避免其在提取過程中失去防腐、防蟲活性，萃取過程中溫度控制在60℃以內，因此，溫度選擇為30、40、50℃3組；為了充分溶解活性物且盡可能保證不浪費溶劑，查閱并參考相關文獻[3，6]，本文將物液比參數設置成常見的3組比例，即粉末與乙醇水溶液選擇1∶8、1∶10和1∶12。

3 結果與分析

3.1 提取溫度對提取率的影響

對印楝種子粉末進行活性物提取時，溫度不宜過高，為此選擇了30、40、50℃，3組溫度參數，采用超聲波震蕩法、微波萃取法和水浴攪拌法等3種方法，在物液比1∶10條件下，乙醇水溶液的體積分數80％條件下對印楝種子粉末進行萃取。根據公式(1)計算采用三種萃取方法取得印楝活性物的粗提率，根據平均粗提率繪制的散點折線如圖1所示。

由圖1可以看出，3種萃取方法的提取率均隨著溫度的升高而增大，增大的幅度略有不同，增幅最大的是微波萃取法，其次是水浴攪拌法，最后是超聲波萃取法；3種方法在30℃和40℃條件下，提取率的大小關系一致，即：超聲波萃取法>微波萃取法>水浴攪拌法；50℃條件下，微波萃取法>超聲波萃取法>水浴攪拌法。

圖1 采用3種萃取方法在不同溫度條件下提取率比較

表3方差分析

Tab.3 Analysis of variance

方差來源離差平方和自由度均方F值臨界值LA提取溫度7.5723.7927.07?LB提取方式13.3126.6647.57?Le0.5440.14—F0.005(2,4)=26.28

由表3的方差分析可知，在水平α=0.005下，提取溫度、提取方式的F值均大于臨界值F0.005(2，4)=26.28，所以可以得出提取溫度和方式對提取率具有顯著性的影響。

3.2 物液比對提取率的影響

采用超聲波震蕩法、微波萃取法和水浴攪拌法等3種方法，分別在物液比1∶8、1∶10和1∶12條件下，溫度控制在50℃，乙醇水溶液的體積分數80％條件下對印楝種子粉末進行萃取。根據公式(1)計算采用三種萃取方法取得印楝活性物的粗提率，據平均粗提率繪制的散點折線如圖2所示。

表4方差分析

Tab.4 Analysis of variance

方差來源離差平方和自由度均方F值臨界值LA物液比5.2522.63350.67?LB提取方式1.8420.92122.67?Le0.0340.0075—F0.001(2,4)=61.25

由圖2的3種萃取方法在同溫度下，物液比不同的條件下，提取率均隨著物液比的減小而增大；采用3種提取工藝在3種物液比的條件的粗提率大小關系是：微波法>超聲波法>水浴法。

根據表4中的方差分析數據顯示，物液比和提取方式的F值遠大于臨界值F0.001(2，4)=61.25，說明物液比也對提取率具有很大的影響。

4 結 論

通過試驗結果分析可得以下結論：

(1)超聲波震蕩萃取法、微波萃取法、水浴攪拌法在對印楝種子活性成分提取時，提取率均隨著溫度的升高而增大，隨著物液比的降低而增大。

(2)提取溫度、提取方式和物液比對印楝種子活性成分的提取率均具有顯著性的影響，在檢驗水平α非常低的情況下，提取溫度的顯著性檢驗F=27.07>F0.005(2，4)=26.28，提取過程中的物液比的顯著性檢驗F=350.67?F0.001(2，4)=61.25。

(3)在對印楝活性物提取過程中，通過3種常見方法的提取率試驗結果的比較，控制提取溫度在50℃，印楝種子粉末與乙醇-水之比為1∶12的條件，采用微波萃取法能夠獲得比超聲波震蕩法和水浴攪拌法更高的提取率，其值高達12.84％。

(4)采用超聲波震蕩法與水浴攪拌法對印楝活性物提取時所用的儀器設備價格便宜，操作簡便，而微波萃取法試驗設備價格較貴，操作復雜，因此盡管具有高提取率優勢的微波萃取法也有其試驗成本高的劣勢。

【參 考 文 獻】

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