超聲波輔助提取劍麻總皂苷的工藝研究

周　寧，趙曉璐，謝慶武

（廣西大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣西南寧　530004）

超聲波輔助提取劍麻總皂苷的工藝研究

周寧，趙曉璐，*謝慶武

（廣西大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣西南寧530004）

以劍麻為原料，采用超聲波輔助提取法對(duì)劍麻總皂苷進(jìn)行提取。采用分光光度法測(cè)定總皂苷含量，以提取溫度、超聲時(shí)間、液料比和乙醇體積分?jǐn)?shù)為考察因素，采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)選總皂苷的提取工藝。優(yōu)化后總皂苷的提取工藝為提取溫度65℃，超聲時(shí)間30 min，液料比60∶1（mL∶g），乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，在此工藝條件下劍麻總皂苷的提取量為52.17 mg/g。試驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)選出的工藝穩(wěn)定、方便快捷，適合劍麻總皂苷的提取。

超聲波；劍麻；皂苷；提??；正交

劍麻（Agave sisalana Perrine）為龍舌蘭科植物，又名菠蘿麻，原產(chǎn)于美洲；我國(guó)為世界第二劍麻生產(chǎn)國(guó)，南方等地有廣泛種植［1］。劍麻具有豐富的應(yīng)用價(jià)值，其纖維常用于制備各種復(fù)合材料［2］。國(guó)內(nèi)外研究表明，劍麻提取物具有殺蟲(chóng)［3］、抗腫瘤［4］、抗氧化、抗菌和防治植物炭疽?。?］等多種藥用功能，其活性物質(zhì)主要為劍麻皂苷，劍麻中含有大量的皂苷類(lèi)活性物質(zhì)［6］。目前，劍麻總皂苷的提取方法主要有常規(guī)浸提法［7］和超臨界CO2萃取法［8］，往往具有耗時(shí)、提取量低、成本高等缺點(diǎn)，關(guān)于劍麻總皂苷的超聲波提取法卻少有研究。本研究采用超聲波輔助提取法優(yōu)化劍麻總皂苷的提取工藝，旨在為合理開(kāi)發(fā)利用劍麻皂苷提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

劍麻，采自廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)田。

薯蕷皂苷標(biāo)準(zhǔn)品（純度98.78%，生產(chǎn)批號(hào)為MUST-15110210），成都曼思特生物科技有限公司產(chǎn)品；無(wú)水乙醇、高氯酸、冰乙酸、香草醛，均為國(guó)產(chǎn)分析純；水為蒸餾水。

1.2儀器與設(shè)備

DFT-200型手提式高速萬(wàn)能粉碎機(jī)，溫嶺市林大機(jī)械有限公司產(chǎn)品；101A-2B型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司產(chǎn)品；Scientz-1000CT型超聲波中藥提取儀、DC-2006型節(jié)能型智能恒溫槽，寧波新芝生物科技股份有限公司產(chǎn)品；UVmini-1240型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，島津有限公司產(chǎn)品。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1材料的預(yù)處理

取曬干后的劍麻渣，粉碎2 min，過(guò)40目篩后制成劍麻粉，放置于70℃干燥箱中烘干至恒質(zhì)量后備用。

1.3.2標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

精密稱(chēng)取70℃下烘干至恒質(zhì)量的薯蕷皂苷標(biāo)準(zhǔn)品5.0 mg，用甲醇溶解并定容于25 mL的容量瓶中，搖勻后得質(zhì)量濃度為0.2 mg/mL的薯蕷皂苷標(biāo)準(zhǔn)液。

1.3.3標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作［9］

分別吸取0.2 mg/mL的薯蕷皂苷標(biāo)準(zhǔn)液0，0.1，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 mL于試管中，置于70℃干燥箱內(nèi)蒸干溶劑后取出，先后加入0.2 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的香草醛-冰乙酸溶液和0.8 mL高氯酸，搖勻后于70℃水浴中閉口加熱15 min，然后迅速置于冰水中10 min終止反應(yīng)，再加入5 mL的冰乙酸稀釋?zhuān)瑩u勻后靜置10 min，以不加標(biāo)準(zhǔn)液試管中的反應(yīng)液為空白對(duì)照，于最大吸收波長(zhǎng)454 nm處測(cè)定吸光度。以薯蕷皂苷標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)（X）、吸光度為縱坐標(biāo)（Y）繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到線性回歸方程為Y=4.009 6X-0.035 66，相關(guān)系數(shù)R2=0.999 13，表明皂苷標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)量濃度在0.02～0.20 mg/mL的范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。

1.3.4樣品總皂苷的含量測(cè)定

按照1.3.3顯色方法分別測(cè)定各提取參數(shù)下樣品液反應(yīng)后的吸光度，代入回歸方程計(jì)算樣品液總皂苷的質(zhì)量濃度（C）。

總皂苷提取量計(jì)算公式為：

式中：C——測(cè)得的樣品液總皂苷質(zhì)量濃度，mg/mL；

n——液料比的倍數(shù)；

V——測(cè)定時(shí)吸取樣品液的體積，mL。

1.3.5劍麻總皂苷的超聲波提取條件優(yōu)化

（1）單因素試驗(yàn)。提取溫度的選擇：精密稱(chēng)取0.4 g劍麻粉5份，選取超聲時(shí)間18 min，液料比40∶1，乙醇體積分?jǐn)?shù)60%，分別設(shè)置提取溫度為35，45，55，65，75℃，考察提取溫度對(duì)劍麻總皂苷提取量的影響。

超聲時(shí)間的選擇：精密稱(chēng)取0.4 g劍麻粉5份，選取提取溫度55℃，液料比40∶1，乙醇體積分?jǐn)?shù)60%，分別設(shè)置超聲時(shí)間為6，12，18，24，30 min，考察超聲時(shí)間對(duì)劍麻總皂苷提取量的影響。

液料比的選擇：分別稱(chēng)取0.800，0.533，0.400，0.320，0.267 g劍麻粉，選取提取溫度55℃，乙醇體積分?jǐn)?shù)60%，提取時(shí)間18 min，分別設(shè)置液料比為20∶1，30∶1，40∶1，50∶1，60∶1，考察液料比對(duì)劍麻總皂苷提取量的影響。

乙醇體積分?jǐn)?shù)的選擇：精密稱(chēng)取0.4 g劍麻粉6份，選取提取溫度55℃，液料比40∶1，超聲時(shí)間18 min，分別設(shè)置乙醇體積分?jǐn)?shù)為50%，60%，70%，80%，90%，100%，考察乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)劍麻總皂苷提取量的影響。

（2）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，采用正交試驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化工藝。選擇提取溫度（A）、超聲時(shí)間（B）、液料比（C）和乙醇體積分?jǐn)?shù)（D）為考察因素，選取L9（34）正交表設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)。

正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1　正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

2　結(jié)果與分析

2.1劍麻總皂苷提取的單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1提取溫度對(duì)總皂苷提取量的影響

提取溫度對(duì)劍麻總皂苷提取量的影響見(jiàn)圖1。

圖1　提取溫度對(duì)劍麻總皂苷提取量的影響

由圖1可知，提取溫度對(duì)劍麻總皂苷提取量有著較為顯著的影響。提取溫度為45～55℃，提取溫度升高對(duì)劍麻總皂苷提取量有顯著的促進(jìn)作用；當(dāng)提取溫度高于55℃后，隨著提取溫度的升高，劍麻總皂苷的提取量趨于平穩(wěn)，沒(méi)有顯著的提高。過(guò)高的提取溫度容易造成溶劑的揮發(fā)及能量的過(guò)多損耗，因此選取提取溫度45，55，65℃作為正交試驗(yàn)提取溫度的考察水平較為合適。

2.1.2超聲時(shí)間對(duì)總皂苷提取量的影響

超聲時(shí)間對(duì)劍麻總皂苷提取量的影響見(jiàn)圖2。

圖2　超聲時(shí)間對(duì)劍麻總皂苷提取量的影響

由圖2可知，超聲時(shí)間為6～30 min時(shí)，劍麻總皂苷的提取量逐漸增加；當(dāng)超聲時(shí)間超過(guò)24 min后，劍麻總皂苷提取量增加很少趨向穩(wěn)定。過(guò)長(zhǎng)的超聲時(shí)間容易造成生產(chǎn)效率低下、生產(chǎn)成本較高等問(wèn)題，因此選取超聲時(shí)間18，24，30 min作為正交試驗(yàn)超聲時(shí)間的考察水平較為合適。

2.1.3液料比對(duì)劍麻總皂苷提取量的影響

液料比對(duì)劍麻總皂苷提取量的影響見(jiàn)圖3。

由圖3可知，隨著液料比的提高，劍麻總皂苷的提取量逐漸提高。在液料比為20∶1～50∶1時(shí)，劍麻總皂苷提取量增加較快；在液料比為50∶1～60∶1時(shí)，劍麻總皂苷提取量增加很少，提取量變化不大。較高的液料比能夠提高溶質(zhì)的溶解效率，提取后乙醇可通過(guò)蒸餾回收以節(jié)省溶劑，因此選擇液料比40∶1，50∶1和60∶1作為正交試驗(yàn)液料比的考察水平較為合適。

2.1.4乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)劍麻總皂苷提取量的影響

乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)劍麻總皂苷提取量的影響見(jiàn)圖4。

圖4　乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)劍麻總皂苷提取量的影響

由圖4可知，乙醇體積分?jǐn)?shù)在50%～70%時(shí)，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的提高，劍麻總皂苷提取量逐漸提高；當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)高于70%后，劍麻總皂苷提取量逐漸降低。劍麻總皂苷在乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%處有最大提取量，因此選取乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%，70%和80%作為正交試驗(yàn)乙醇體積分?jǐn)?shù)的考察水平較為合適。

2.2劍麻總皂苷提取工藝的優(yōu)化

依據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)。

正交試驗(yàn)結(jié)果與分析見(jiàn)表2，方差分析見(jiàn)表3。

由表2和表3可知，以上4個(gè)因素對(duì)劍麻總皂苷提取量的影響大小依次為A＞C＞B＞D，即提取溫度＞液料比＞超聲時(shí)間＞乙醇體積分?jǐn)?shù)，其中提取溫度對(duì)劍麻總皂苷提取量有著較為顯著的影響，乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)劍麻總皂苷的提取量影響較小。綜合考慮劍麻總皂苷最佳提取工藝為A3B3C3D2，即提取溫度65℃，超聲時(shí)間30 min，液料比60∶1，乙醇體積分?jǐn)?shù)70%。

表2　正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

表3 方差分析

2.3劍麻總皂苷提取工藝的驗(yàn)證

精確稱(chēng)取0.267 g劍麻粉3份，采用正交試驗(yàn)得到的最佳超聲波輔助提取工藝A3B3C3D2進(jìn)行總皂苷的提取，得到在此優(yōu)化條件下劍麻總皂苷的提取量平均值為52.17 mg/g，高于正交試驗(yàn)中出現(xiàn)的最大提取量，表明該工藝合理可行。

3　結(jié)論

目前，超聲波提取法已應(yīng)用到多種皂苷的提取并取得了不錯(cuò)的效果［10］。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用超聲波法提取劍麻總皂苷穩(wěn)定可行，優(yōu)選的超聲波輔助提取劍麻總皂苷最佳工藝條件為提取溫度65℃，超聲時(shí)間30 min，液料比60∶1，乙醇體積分?jǐn)?shù)70%。采用最優(yōu)工藝后劍麻總皂苷的提取量可達(dá)52.17 mg/g，較常規(guī)方法節(jié)約時(shí)間且有著更高的提取效率，適合劍麻總皂苷的提取，為劍麻總皂苷的提取方法提供了一定的試驗(yàn)基礎(chǔ)。

［1］姚先超，張雪紅，梁玉石，等.響應(yīng)面分析法優(yōu)化微波輔助提取劍麻果膠的工藝 ［J］.食品科學(xué)，2013，34（18）：56-60.

［2］李展洪，馮彥洪，劉斌，等.PBS/劍麻復(fù)合材料制備與性能研究 ［J］.現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2010，22（2）：1-4.

［3］Jesus F N，Damasceno J C A，Barbosa D H S G，et al. Control of the banana burrowing nematode using sisal extract［J］.Research Article，2015，35：783-791.

［4］胡力飛，梅文莉，易克賢，等.劍麻提取物的細(xì)胞毒活性研究 ［J］.天然產(chǎn)物研究與開(kāi)發(fā)，2010，22：907-908.

［5］常金梅，詹儒林，柳鳳，等.劍麻葉汁對(duì)采后杧果炭疽病的防治效果及其抗逆指標(biāo)研究 ［J］.果樹(shù)學(xué)報(bào)，2013，30（5）：865-870.

［6］趙文浩，黃周峰，王俊，等.劍麻渣中的皂苷皂苷元成分研究 ［J］.廣西大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，40（3）：532-544.

［7］馬超，丁怡，王偉，等.劍麻總皂苷制備工藝研究 ［J］.中國(guó)中藥雜志，2005，30（5）：391-393.

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［9］智秀娟，李棟，曹新杰，等.苦蕎總皂苷的提取工藝優(yōu)化 ［J］.中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2015，30（7）：97-103.

［10］尤新軍，郭蕊，王琳，等.黃精總皂苷超聲提取工藝研究 ［J］.西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，25（3）：163-166.◇

Ultrasonic Extraction Process of Total Saponins from Agave Sisalana Perrine

ZHOU Ning，ZHAO Xiaolu，*XIE Qingwu
（College of Life Science and Technology，Guangxi University，Nanning，Guangxi 530004，China）

To optimize of ultrasonic-assisted extraction of total saponins from Agave sisalana Perrine.The content of total saponins is determined by spectrophotometer.The effects of four factors including extraction temperature，ultrasonic time，liquid-solid ratio and ethanol concentration on the yield of total saponins are investigated.The optimum technological conditions of total saponins exaction are confirmed through the single factor test and orthogonal test.The best optimization process of total saponins exaction are as follows：extraction temperature 65℃，ultrasonic time 30 min，liquid-solid ratio 60∶1（mL∶g）and ethanol concentration 70%.Under the conditions，the total saponins yield is 52.17 mg/g.The results show that this extraction method stable，convenient，rapid and applicable for the extraction of total saponins from Agave sisalana Perrine.

ultrasonic；Agave sisalana Perrine；saponins；extraction；orthogonal

R284.2

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.08.008

1671-9646（2016）08a-0026-03

2016-06-16

廣西科技計(jì)劃項(xiàng)目（桂科攻1348006-9）。

周寧（1990— ），男，碩士，研究方向?yàn)樘烊凰幬铩?/p>

謝慶武（1959— ），男，碩士，副研究員，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樯锛夹g(shù)。