離子液體微波輔助提取臭牡丹中黃酮類化合物的研究

馮紀南，馮斯宇，鄧斌

(湘南學院 化學與生命科學系，湖南 郴州 423000)

離子液體微波輔助提取臭牡丹中黃酮類化合物的研究

馮紀南，馮斯宇，鄧斌*

(湘南學院 化學與生命科學系，湖南 郴州 423000)

采用微波輔助提取技術，以臭牡丹黃酮類化合物的提取率為考察目標，利用溴化1-丁基-3-甲基咪唑溴([bmim]Br)離子液體水溶液為提取劑，提取臭牡丹中黃酮類化合物.分別考察了離子液體濃度、料液比、微波功率、pH值、提取溫度和時間對臭牡丹黃酮類化合物提取率的影響.結果顯示，臭牡丹黃酮類化合物的最佳提取工藝條件為：離子液體濃度為1.0 mol/L，料液比為1∶30，微波功率為500 W，pH值為8.0，提取溫度為70 ℃，提取時間為6.0 min，在此條件下提取率可達4.318%.與傳統乙醇提取法相比，該方法具有快速高效、溶劑使用量少、綠色環保、提取率高等優點.

離子液體[bmim]Br；臭牡丹；黃酮類化合物；微波輔助提取

0 引 言

離子液體，又稱室溫離子液體或室溫熔融鹽，是由有機陽離子和無機或有機陰離子構成，在室溫或接近室溫下，通常低于100 ℃呈液體狀態的鹽類[1,2].此類液體具有很高的極化率，對微波具有強的吸收和熱轉換能力，綠色環保，非常適合做微波輔助提取的溶劑[3-5].此外，它們還具有液態范圍寬、揮發性小、蒸汽壓低、溶解能力強等特性[6].而微波輔助提取技術又具有快速、高效的優勢.近年來人們結合兩者的優點，將其應用在天然產物有效成分分離提取當中的報道已逐漸增多[7,8].如李攻科等[9]以離子液體的水溶液為提取劑，通過微波輔助法對石蒜中的石蒜堿、力克拉敏和加蘭他敏生物堿等物質的提取進行了研究；Lu等[10]采用微波輔助提取法，以1-烷基-3-甲基咪唑為陽離子的離子液體水溶液為提取劑，對蓮子心中酚醛堿的提取進行了研究.與傳統的微波有機溶劑提取法相比，如乙醇、甲醇、乙醚、丙酮、甲苯、二氯甲烷等，該方法快速、高效且綠色環保，是一種極具研發價值的提取工藝技術.

臭牡丹，異名大紅袍，臭八寶(《植物名實圖考》)，矮童子(《分類草藥性》)，大紅花(《貴州民藥集》)，臭風草等，為馬鞭草科植物臭牡丹(ClerodendrumbungeiSteud)的全株，為常用的民族藥材，具有活血化瘀、消腫止痛、清熱利濕等功效[11]，民間將其用于治療糖尿病，臨床上已廣泛用于治療癰疽、疔瘡、乳腺炎、關節炎、濕疹、崩漏等疾病[12].其醫藥作用源于臭牡丹中含有豐富的黃酮類化合物，此類物質具有抗炎、抗腫瘤、抗病毒、抗輻射、氧化、抗菌活性、抗骨質疏松、預防心血管疾病、免疫調節等生物活性[13,14].為充分挖掘出臭牡丹這一寶貴野生植物資源的藥物治療和保健作用，本實驗用溴化1-丁基-3-甲基咪唑溴([bmim]Br)離子液體水溶液為提取劑，以提取率為考察指標，研究在微波輔助下提取臭牡丹中黃酮類化合物的最佳工藝條件，以期為臭牡丹黃酮類化合物的高效提取提供參考.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

1.1.1 實驗儀器

G80023CSL-Q6型微波催化合成萃取儀(北京祥鵠科技發展有限公司生產)；722型紫外-可見分光光度計(天津普瑞斯公司生產)；FA2104N型電子分析天平(梅特勒-托利多上海儀器有限公司生產)；SHZ-DⅢ型循環水式多用真空泵(鞏義英峪予華儀器廠生產)；DZF-6020型真空干燥箱(鞏義予華儀器有限公司生產)；FZl02型微型植物粉碎機(天津斯特儀表有限公司)等.

1.1.2 實驗試劑

牡丹，購于郴州市老百姓大藥房，置于烘箱中80 ℃ 烘干，粉碎、過60目篩后置于干燥器中備用；蘆丁對照品(中國藥品生生物制品檢定所提供，批號100080-200707)；N-甲基咪唑(分析純，臨海凱合化工廠生產)；溴代正丁烷、乙酸乙酯、無水乙醇、氫氧化鈉、硝酸鋁、亞硝酸鈉(以上試劑均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司生產)；實驗過程均采用二次蒸餾水.

1.2 試驗方法

1.2.1 溴化-1-丁基-3-甲基咪唑([bmim]Br)的合成[15,16]

在100 mL的圓底燒瓶中，加入13.12 g(約0.16 mol)的N-甲基咪唑，然后在超聲環境下用滴管將24.08 g (約0.176 mol)溴代正丁烷緩慢加入甲基咪唑中，加畢，將燒瓶放入微波爐反應器中，接好冷凝回流裝置，微波功率選擇500 W，溫度80 ℃，間歇式加熱，加熱時間為每次30 s共 7次，每次停止加熱后，振蕩搖勻，使反應物均勻分散在體系中.反應結束后冷卻到室溫，得到淡黃色黏稠液體，得到的初產品用20 mL去離子水稀釋，將水溶液倒入60 mL分液漏斗中，用5 mL乙酸乙酯洗滌5次.放出下層水，70 ℃旋轉蒸發除去水，剩余物質在70 ℃下真空干燥8.0 h，得到淡黃色黏稠液體，密封放入冰箱中冷凍，即可得到溴化-1-丁基-3-甲基咪唑([bmim]Br)離子液體純品.

1.2.2 蘆丁標準曲線的繪制

準確稱取0.0150 g蘆丁，用30%乙醇溶解，并定容至100 mL的容量瓶中，得到質量濃度為150 μg/mL的蘆丁標準液.分別吸取標準溶液0.00 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、3.00 mL、4.00 mL分別置于10 mL容量瓶中，各加30%乙醇溶液至5.0 mL，再加入0.05 g/mL NaNO2溶液0.3 mL搖勻，放置6 min后，加入0.1 g/mL Al(NO3)3溶液0.3 mL，搖勻，放置6 min，加1.0 mol/L NaOH溶液2.0 mL，再用30%的乙醇定容至刻度，搖勻，靜置10 min.在510 nm波長下測定溶液的吸光度.以無水乙醇為空白對比，以蘆丁溶液質量濃度C(μg/mL)為縱坐標，以吸光度A為橫坐標，繪制標準曲線，得到的回歸方程為C=117.69A-0.82，R2= 0.9972，蘆丁標準溶液在0-60 μg/mL范圍內呈良好線性關系.

1.2.3 臭牡丹黃酮類化合物的提取方法以及提取率的測定

準確稱取0.5 g過篩后的臭牡丹樣品置于100 mL圓底燒瓶中，加入10 mL一定濃度的離子液體水溶液，調整好溶液的pH值，在不同條件下進行微波輔助提取，提取液經抽濾后用體積分數為30%的乙醇溶液定容至一定體積，準確吸取一定體積的提取液，加0.05 g/mL NaNO2溶液0.2 mL，搖勻后放置6 min，加0.1 g/mL Al(NO3)3溶液0.2 mL，搖勻后放置6 min，加1.0 mol/L NaOH溶液2.0 mL，再用30%的乙醇定容至10 mL，搖勻，放置15 min，510 nm波長處測定其吸光度，根據回歸方程由吸光度求出各處理液中黃酮類化合物的含量，并按照公式(1)計算出黃酮類化合物提取率.

提取率/(%)=[臭牡丹中黃酮類化合物的質量/臭牡丹樣品的質量] × 100

(1)

2 結果與討論

2.1 離子液體的濃度對提取率的影響

純的[bmim]Br離子液體為淡黃色粘稠液體，其水溶液的粘度會隨著濃度的減少而減少.離子液體的濃度過大，不但會增加成本，而且還會增加后續固液分離的難度，因此需要對離子液體的濃度進行控制.實驗過程中，固定料液比為1∶20，微波功率為500 W，pH值為7.0，提取溫度為70 ℃，提取時間為5.0 min，只改變離子液體水溶液的濃度，研究不同濃度對臭牡丹黃酮類化合物提取率的影響，結果如表1所示.

表1 離子液體濃度對黃酮類化合物提取率的影響Table 1 Effect of ionic liquid concentration on the extraction rate of flavonoid compound

由表1可見，當離子液體濃度從0.2 mol/L逐漸增加到1.0 mol/L時，提取率明顯增加，當離子液體濃度大于1.0 mol/L時，提取率基本保持不變，這說明繼續增大離子液體濃度，臭牡丹中黃酮類化合物的溶出量不再有較大提高，并且繼續增大提取液的濃度，溶液的粘度會明顯增大，后續分離困難.因此，從降低成本和便于操作出發，實驗過程中控制離子液體水溶液濃度為1.0 mol/L是合適的.

2.2 料液比對提取率的影響

固體溶質的擴散系數不僅與溶質和溶劑的種類、物質狀態有關，還會受固體原料與提取液比例的影響，因此合適的料液比不僅能促進固體溶質的溶出，還能提高提取效率.實驗采用濃度為1.0 mol/L的[bmim]Br水溶液為提取劑，微波功率為500 W，pH值為7.0，提取溫度為70 ℃，提取時間為5.0 min，只改變體系的料液比，研究料液比對臭牡丹黃酮類化合物提取率的影響，結果如表2所示.

表2 料液比對黃酮類化合物提取率的影響Table 2 Effect of ratios of material to solvent on the extraction rate of flavonoid compound

由表2可見，當料液比從1∶10到1∶30時，提取液中提取率明顯增加.但當料液比大于1∶30后，提取率變化不再明顯，甚至出現提取率下降明顯的現象，也即繼續增大提取液的用量，已無法提高提取率，同時還加大了提取液的消耗量，不利于后續溶液的回收，更不符合經濟高效的要求，因此選擇料液比為1∶30是適宜的.

2.3 微波功率對提取效率的影響

微波加熱功率過低，溶液升溫緩慢，而功率過大溫度又難以控制，因此需控制好微波加熱功率.實驗時固定離子液體水溶液的濃度為1.0 mol/L，料液比為1∶30，pH值為7.0，提取溫度為70 ℃，提取時間為5.0 min，只改變微波功率，研究不同微波功率對提取率的影響，結果如表3所示.

表3 微波功率對黃酮類化合物提取率的影響Table 3 Effect of microwave power on the extraction rate of flavonoid compound

由表3可見，當微波功率較低時，如采用400 W以下的功率進行加熱，提取液的溫度升高緩慢，加熱5 min后，提取液的溫度還很難以達到70 ℃，因此提取率不高；而當微波功率較高時，如600 W和700 W，溫度又升高過快，以至于提取液的溫度難以控制，極短時間內就會超過設定的70 ℃，另一方面，溫度過高也容易導致部分黃酮類化合物的水解，不利于提取率的提高，因此微波提取功率設置為500 W是科學合理的.

2.4 pH值對提取效果的影響

控制離子液體水溶液的濃度為1.0 mol/L，料液比為1∶30，微波功率500 W，提取溫度為70 ℃，提取時間為5.0 min，只改變提取溶液的pH值，研究不同pH值對提取率的影響，結果如表4所示.

表4 pH值對黃酮類化合物提取率的影響Table 4 Effect of pH on the extraction rate of flavonoid compound

由表4可知，隨著pH值的逐漸升高，提取率也逐漸增加，當pH為8.0左右時提取效果最好.這可能是黃酮類化合物一般為酸性物質，易溶于弱堿性溶液.但堿性過強，黃酮類化合物又會水解，因此，微波輔助提取過程中控制離子液體水溶液的pH為8.0左右是適宜的.

2.5 提取溫度對提取效果的影響

一般地，提取溫度高，分子運動劇烈，有利于溶質的擴散，但溫度過高不但消耗能源，而且對天然活性物質的穩定性也不利.因此需對提取溫度進行篩選.實驗時，選擇離子液體的濃度為1.0 mol/L，料液比為1∶30，微波功率500 W，pH值為8.0，提取時間為5 min，只改變微波提取的溫度，探索不同溫度下臭牡丹中黃酮類化合物提取率的變化，結果如表5所示.

表5 提取溫度對黃酮類化合物提取率的影響Table 5 Effect of microwave temperature on the extraction rate of flavonoid compound

由表5可見，當溫度從室溫到70 ℃變化時，隨著提取溫度的升高，提取率明顯增大，而當溫度達到70 ℃時，提取率達到最大，之后進一步提高溫度，提取率反而開始下降.究其原因，可能是由于溫度過高時，部分黃酮類化合物分解，因此，最佳提取溫度可選擇為70 ℃.

2.6 提取時間對提取效果的影響

實驗時，固定離子液體水溶液的濃度為1.0 mol/L，料液比為1∶30，微波功率為500 W，pH值為8.0，提取溫度為70 ℃，只改變提取時間，探索不同時間對臭牡丹中黃酮類化合物提取率的影響，結果如表6所示.

表6 提取時間對黃酮類化合物提取率的影響Table 6 Effect of microwave time on the extraction rate of flavonoid compound

由表6可見，在一定時間范圍內，隨著時間的延長，提取率會逐漸提高；但當提取時間超過8 min后，提取率下降十分明顯.這可能是因為微波加熱時有段升溫過程，在 1～6 min以內，黃酮類化合物的溶出速度主要是受熱的控制，因此溫度升高時，黃酮類化合物的溶出速度也加快，但當時間達到 6 min后，大部分細胞膜已被破壞，黃酮類化合物的溶出速度主要受擴散影響，因此，進一步延長提取時間，對提高提取率貢獻不大，而且微波照射時間太長，由于微波的強熱效應，對黃酮類化合物有分解作用，也會導致了提取率下降.因此，提取時間最控制為6.0 min為佳.

2.7 離子液體與傳統溶劑乙醇對臭牡丹黃酮類化合物提取率的比較

根據本課題組前期的研究工作，采用70%乙醇水溶液為提取劑提取臭牡丹中黃酮類化合物也取得了較好的提取效果[16]，為與本實驗進行比較，在各自最優條件下進行實驗，結果發現：采用離子液體[bmim]Br水溶液為提取劑，借助微波加熱手段提取臭牡丹中的黃酮類化合物，所得提取率比用70%乙醇溶液為提取劑要高，前者為4.318%，后者為3.353%，說明本實驗采用的離子液體微波輔助提取臭牡丹中黃酮類化合物，其提取效率要優于70%的乙醇水溶液，而且該方法環保、省時、高效，具有良好的工業化應用前景.

3 結 語

以離子液體[bmim]Br水溶液為提取劑，微波輔助加熱條件下提取臭牡丹中的黃酮類化合物，得到的最佳工藝提取提條件為：離子液體[bmim]Br水溶液的濃度為1.0 mol/L，料液比為1∶30，微波功率為500 W，pH值為8.0，微波提取溫度為70 ℃，微波提取時間為6.0 min，在此條件下，臭牡丹中黃酮類化合物的提取率為4.318%.該方法具有綠色環保、節能省時、提取效率高等優點，顯示出一定的工業化應用前景和推廣價值.

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【責任編輯：徐明忠】

Study on ionic liquid-microwave assisted extraction for flavonoid compound inClerodendrumbungei

FENG Jinan,FENG Siyu, DENG Bin*

(Department of Chemistry and Life Science, Xiangnan University, Chenzhou 423000, China)

A microwave-assisted extraction method for flavonoid compound inClerodendrumbungei. with [bmim]Br solution as extracting agent were investigated. The solution concentration, solid-liquid ratio, microwave power, pH, extraction temperature and time were researched, respectively. The results showed that the optimal extraction conditions for flavonoid compound inClerodendrumbungei. were that the concentration of [bmim]Br solution was 1.0 mol/L, the solid-liquid ratio(g:mL) was 1∶30, pH was 8.0, the microwave power was 500 W, the extraction temperature was 70℃，and microwave extraction time was 6.0 min. Under these optimum conditions, the extraction efficiency of flavonoid compound inClerodendrumbungei. reached as high as 4.318%. Compared with traditional ethanol extraction method, the advantages of this proposed method were rapid, efficient, low-solvent consumption, environmentally-friendly, high-yield, and so on.

ionic liquid;Clerodendrumbungei.; flavonoid compound; microwave-assisted extraction.

2014-09-19

湖南省自然科學基金資助項目(12JJ3019); 湖南省科技廳計劃項目(2010GK3123); 湖南省教育廳重點科研基金資助項目(10All3);湘南學院2012年度大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目

馮紀南(1958-), 男, 湖南湘潭人, 湘南學院副教授, 主要從事天然產物有效成分分離、提取及應用的研究.

鄧斌(1972-), 男, 湖南永州人, 湘南學院教授，理學博士,博士后, 主要從事納米催化、有機合成、天然產物有效成分分離提取的研究.

R284.255

A

1672-3600(2015)03-0051-05