超高壓法提取蕁麻中3,4-二香草基四氫呋喃的工藝研究

蘇學輝，劉玲，姚德坤,*，吳海龍

(1.大興安嶺科麗爾生物工程有限責任公司，黑龍江大興安嶺165012 ；

2. 大興安嶺林格貝寒帶生物股份有限公司，黑龍江大興安嶺165012)

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超高壓法提取蕁麻中3,4-二香草基四氫呋喃的工藝研究

蘇學輝1，劉玲1，姚德坤1,2*，吳海龍2

(1.大興安嶺科麗爾生物工程有限責任公司，黑龍江大興安嶺165012 ；

2. 大興安嶺林格貝寒帶生物股份有限公司，黑龍江大興安嶺165012)

摘要：對超高壓法提取蕁麻中的3,4-二香草基四氫呋喃的工藝進行了研究，以3,4-二香草基四氫呋喃提取率為評價指標，在單因素試驗的基礎上，利用響應面法(Response Surface Methodology)對超高壓萃取的條件進行優化。響應面法優化超高壓提取的結果是在提取時間22min、提取壓力206MPa、料液比9∶1的條件下，3,4-二香草基四氫呋喃的提取率最佳，可達104.06%。

關鍵詞：蕁麻；3,4-二香草基四氫呋喃；超高壓提??；響應面

蕁麻別名蜇人草、咬人草、蝎子草，防盜草、無情草、植物貓、咬人貓，為蕁麻科蕁麻屬多年生草本植物，葉對生，雌雄同株或異株，其莖葉上的蜇毛有毒性(過敏反應)，它的毒性使皮膚接觸后立刻引起刺激性皮炎。蕁麻全草可以入藥，其味苦、辛，性溫，有小毒。具有祛風定驚、消食通便之功效。主治風濕性關節炎、產后抽風、小兒驚風、小兒麻痹后遺癥、高血壓、消化不良、大便不通；外用治蕁麻疹初起、蛇咬傷等。蕁麻全草含多種維生素、鞣質。莖皮主要含蟻酸、丁酸及有刺激作用的酸性物質等。

蕁麻科有47屬，約1300種，分布于兩半球熱帶與溫帶。我國有25屬，352種，26亞種，63變種， 3變型，產于全國各地，多數種類喜好生于陰濕環境。本科許多種類的莖皮富含纖維，如苧麻屬、水麻屬等都為重要的纖維植物。苧麻屬、蕁麻屬、蝎子草屬等的種子可榨油，供工業用。有些種類可作藥用[1]。該科藥用植物中，除極少數作中藥外，多為民間用藥[2]。本科眾多的屬、種多數具有抗菌消炎、活血化瘀、抗蛇毒、抗風濕的效果[3]。

3，4 二香草基四氫呋喃是一種對人類健康有顯著保健作用的天然活性物質，在國外用于精神科用藥，已引起國際社會的普遍關注。近年來，人們發現天然植物蕁麻中含有大量的3，4 二香草基四氫呋喃，由于其原料蕁麻野生生長范圍較廣，從中提取3，4 二香草基四氫呋喃并且取得了可喜進展。目前所用的常規提取方法的分離效果遠遠不如超高壓提取再進行硅膠柱層析分離的效果，使得蕁麻當中的各種活性成分的提取分離受到嚴重制約[4-6]。超高壓技術是在常溫及近常溫條件下對原料施加以壓力大于100流體靜壓力的一種處理方法，超高壓力可使溶劑進入植物細胞內部，泄壓后溶劑可帶著有效成分而溢出，實現植物有效成分的高提取效率。

1材料與方法

1.1主要試驗材料

蕁麻：產自黑龍江省大興安嶺地區松嶺區小揚氣鎮；3,4-二香草基四氫呋喃標準品：Sigma公司。

1.2主要儀器及設備

TD5A大容量低速離心機：金壇市城西春蘭實驗儀器廠；YRE-201D旋轉蒸發儀：鞏義市予華儀器有限責任公司；QE-300粉碎機：浙江屹立工貿有限公司；ACS-30電子案秤：青島海億達衡器有限公司；FA2004N電子天平：上海菁海儀器有限公司；DZF-6050真空干燥箱：鞏義市予華儀器有限責任公司；Agilent 1260高效液相色譜儀：安捷倫科技(中國)有限公司；HPP.L3-500/0.8超高壓提取器：天津市華泰森淼超高壓設備有限公司。

1.3提取工藝路線

1.4有機溶劑的選擇

本研究比較了石油醚、乙酸乙酯、甲醇、乙醇/水(40/60)、乙醇/水(60/40)、乙醇/水(80/20)、乙醇/水(95/5)分別作為提取溶劑的效果。本實驗方法：準確稱取一定質量的蕁麻，粉碎后加入5L的提取溶劑于超高壓提取器中，提取20min，提取壓力為200MPa。

1.5超高壓提取工藝條件的優化

超高壓提取過程中，選取萃取時間、萃取壓力和料液比3個主要因素分別進行單因素試驗，然后通過響應面法對萃取工藝進行優化以獲得最佳萃取條件。

提取時間的單因素試驗：準確稱取6份一定量的蕁麻，粉碎后分別轉入超高壓提取器中，加入物料重量5倍體積的提取溶劑，在200MPa的壓力下于超高壓提取裝置中分別萃取5、10、20、30、40、50min。提取壓力的單因素試驗：準確稱取5份一定量的蕁麻，粉碎之后將其分別轉入超高壓提取器中，加入物料重量5倍體積的提取溶劑，分別在100、150、200、250、300MPa的壓力下提取20min。

料液比的單因素試驗：準確稱取5份一定量的蕁麻，粉碎之后將其分別轉入超高壓提取器中，按提取溶劑與原料比(V/m)為4∶1、6∶1、8∶1、10∶1、12∶1的料液比加入提取溶劑，在200MPa的壓力下于超高壓提取裝置中提取20min。

2結果與分析

2.1有機溶劑的確定

采用不同的有機溶劑對3,4-二香草基四氫呋喃進行提取，結果見表1。

表1　不同有機溶劑的效果

由表1可知，混合溶劑對3,4-二香草基四氫呋喃的提取的提取效果最好，因為混合溶劑的極性和3,4-二香草基四氫呋喃的極性相似；其中，乙醇/水(60/40)混合溶液的提取率最大，且這種溶劑無毒，因此在本實驗過程中確定乙醇/水(60/40)的混合液作為最佳萃取溶劑。

2.2單因素試驗

經單因素試驗，得出當超高壓提取時間達到20min，提取壓力達到200MPa，料液比為8∶1時為宜。2.3響應面法優化3,4-二香草基四氫呋喃的提取條件在單因素試驗的基礎上，根據Box-Behnken中心組合設計原理，本試驗以提取率Y為響應值，利用Design Expert 8.0.6軟件設計了三因素三水平的響應面法試驗，共有17個試驗點。因素水平見表2；試驗設計和結果見表3。

表2　因素水平表

表3　Box-Behnken 設計方案及響應值結果

2.3.1方差分析。利用軟件對實驗結果進行二次多元回歸擬合，對表3的數據進行方差分析后得到模型的二次多項回歸方程為：

提取率=+102.76+4.50A+4.27B+2.98C-2.78AB-0.89AC-0.82BC-10.18A2-14.41B2-4.20C2

方差分析的結果見表4。

由表4可知，失擬項不顯著(P=0.3384>0.05),而模型的P值為<0.0001，小于0.05，表明模型顯著。從表4還可以看出因素一次項(A、B、C)、二次項(A2、B2、C2)、交互相AB對結果影響是顯著的(P<0.05)，而交互相BC和AC對結果影響是不顯著的(P>0.05)。

表4　方差分析

2.3.2回歸模型的優化

表5　去掉交互項AC和BC后的優化結果

由于交互相BC和AC對結果影響是不顯著的(P>0.05)，因此采用手動優化的方法對回歸模型進行優化，優化的結果見表5。

經手動優化后的回歸方程為：

提取率=+102.76+4.50A+4.27B+2.98C-2.78AB -10.18A2-14.41B2-4.20C2

2.3.3響應面曲面分析。經對手動優化后的回歸方程中的AB交互項所做的響應面曲面見圖1。

由圖1可知，當液料比一定時，3,4-二香草基四氫呋喃提取率隨著提取時間的延長和提取壓力的增加都是先增加后減??；圖1的響應曲面圖呈鐘罩型，說明提取時間和提取壓力的交互作用比較顯著，這和表5的結果一致(交互項中AB的P值最小)。

圖1提取時間A與提取壓力B對3,4-二香草基四氫呋喃提取率的影響

2.2.4最佳提取條件的預測和驗證

通過Design Expert 8.0.6軟件經手動優化后的回歸方程求解，在試驗的因素水平范圍內預測超高壓提取的最佳條件為：提取時間22.04min，提取壓力206.42MPa，液料比8.71∶1，在此條件下3,4-二香草基四氫呋喃提取率可達104.02%。由于試驗操作的可行性，將超高壓提取的最佳條件修正為：提取時間22min、提取壓力206MPa、料液比9∶1，在此條件下進行3次驗證性試驗，測得的3,4-二香草基四氫呋喃的提取率的均值為104.06%，與理論預測值104.02%的相對誤差很小，說明經手動優化后的回歸方程對超高壓法提取3,4-二香草基四氫呋喃進行分析和預測非?？煽?。

3結論

響應面法預測超高壓提取的最佳條件為：提取時間22.04min，提取壓力206.42MPa，液料比8.71∶1，此時3,4-二香草基四氫呋喃提取率可達104.02%。修正后3,4-二香草基四氫呋喃的最佳提取條件為：提取時間22min、提取壓力206MPa、料液比9∶1，在此條件下3,4-二香草基四氫呋喃的提取率可達104.06%，與理論預測值104.02%的相對誤差很小。

參考文獻

[1]中國科學院中國植物志編輯委員會.中國植物志(第23卷第二分冊)[M].北京:科學技術出版社, 1995.

[2]岳俊三.我國蕁麻科的藥用植物資源[J].中草藥, 1987, 18(7):29- 32.

[3]李明生.漫話福建蕁麻科藥用植物[J].福建中醫藥, 1993, 24(3):42- 43.

[4]冀保全, 馮寶民, 史麗穎, 等. 蕁麻根中化學成分的研究[J]. 中國藥學雜志, 2009 (18): 1372-1374.

[5]閆興國, 冀保全, 周淵, 等. 三角葉蕁麻根的化學成分[J]. 沈陽藥科大學學報, 2008, 25(11): 880-882.

[6]王煒, 周淵, 唐玲, 等. 滇藏蕁麻根中化學成分的分離與鑒定[J]. 沈陽藥科大學學報, 2008, 25(9): 711-713.

中圖分類號:S789.9

文獻標識碼:A

作者簡介：蘇學輝( 1981-)，男，碩士，工程師，主要從事食品加工和天然植物有效成分提取技術研究，E-mail: sxh@lgberry.com；*通訊作者：姚德坤，E-mail: ydk2266@163.com 。

基金項目：國家林業局948項目(2013-4-21)

收稿日期 ：2016-01-15

DOI.:10.13268/j.cnki.fbsic.2016.02.002