2種紫草中紫草素提取工藝優化及含量比較

潘樺麗，張鏢*，丘利霞，付裕

中山大學新華學院藥學院（廣州 510520）

《中華人民共和國藥典》（2015年版）收載的紫草（Arnebiae Radix）為紫草科（Boraginaceae）多年生草本植物的干燥根，分為新疆紫草（Arnebia euchroma（Royle）Johnst），或內蒙紫草（Arnebia guttataBunge）[1]。田佳鑫等[2]通過考證得出，歷代《中華人民共和國藥典》《中華本草》《中華藥海》等書皆稱新疆紫草為軟紫草，紫草、滇紫草、內蒙紫草均屬硬紫草。

據文獻[3]報道，紫草中含有萘醌類、單萜苯酚及苯醌類、酚酸及其鹽類、生物堿類、脂肪族及酯類化合物等多種化學成分，其中脂溶性萘醌類是主要生物活性成分，具有消炎抗癌、抗腫瘤、殺菌抗病毒、降血糖、保肝和免疫調節等藥理作用。主要藥效成分紫草素類具有抑菌、抗炎、抗氧化等功效。張帥等[4]通過試驗對比水浴、超聲、微波3種常用提取方法，得出微波提取法在快速提取方面有顯著優勢。試驗主要對新疆軟紫草和硬紫草中紫草素微波提取工藝進行優化，并對2種紫草的紫草素含量進行比較。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

軟紫草（產地新疆，批號1801001，廣州市嶺南中藥飲片有限公司）；硬紫草（產地廣東，廣州市清平藥材批發市場）；乙醇（廣州化學試劑廠）。

1.2 主要儀器

MARS6微波消解萃取儀（CEM）；UV-6000型紫外分光光度計（上海元析儀器有限公司）；FA2104分析電子天平（上海良平儀器儀表有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

紫草→前處理→稱量→微波提取→抽濾→定容→測吸光度

1.3.2 紫草前處理

軟紫草、硬紫草，經50℃烘干，粉碎，過3號篩，備用。

1.3.3 含量測定

精密稱取2.0 g紫草粉末，加入一定量對應體積分數的乙醇溶液，置微波消解萃取儀中提取，冷卻至室溫后減壓抽濾。取一定量濾液置25 mL容量瓶，加95%乙醇溶液定容，得供試品。在紫外分光光度計516 nm下，95%乙醇作空白對照，測定吸光度。根據朗伯-比爾定律推算比較2種紫草提取液中紫草素含量。

紫草素含量=色素質量（g）/紫草質量（g）×100%

1.3.4 單因素試驗

根據單因素隨機區組試驗設計方法，分別精密稱取2.0 g軟紫草粉末、硬紫草粉末，分別改變提取溫度（50，60，70，80和90℃），乙醇體積分數（50%，60%，70%，80%和90%），提取時間（5，7，9，11和13 min），料液比（1∶6，1∶9，1∶12，1∶15和1∶18 g/mL）的條件進行微波提取，優選各因素提取軟紫草、硬紫草的工藝條件。

1.3.5 正交試驗

根據單因素試驗結果，分別選取提取溫度、乙醇體積分數、提取時間、料液比的最佳工藝條件，對軟、硬紫草分別建立L9(34)正交表，因素水平見表1和表2。比較2種紫草中紫草素含量，并根據色素含量優選提取工藝條件。

表1 軟紫草色素正交試驗因素水平表

表2 硬紫草色素正交試驗因素水平表

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 提取溫度對提取結果的影響

在500 W功率下，按料液比2∶25（g/mL）分別加入95%乙醇溶液，分別在不同溫度下提取5 min，取濾液定容，以95%乙醇作參比液，在516 nm下測吸光度，根據朗伯-比爾定律計算紫草素含量。結果見圖1。對于軟紫草，提取溫度50～70℃時，色素含量隨著溫度上升而增大，提取溫度大于70℃時，色素含量隨著溫度上升而減小；對于硬紫草，色素含量隨著溫度上升而增大。因此選擇軟紫草的提取溫度70℃、硬紫草90℃較適宜。

2.1.2 乙醇體積分數對提取結果的影響

在500 W功率下，分別用不同體積分數的乙醇溶液，按料液比2∶25（g/mL），在70℃下提取5 min，取濾液定容，以95%乙醇作參比液，在516 nm下測吸光度，根據朗伯-比爾定律計算色素含量。結果見圖2。對于軟紫草，色素含量隨著乙醇體積分數增大而增大，乙醇體積分數90%時色素含量最大；對于硬紫草，乙醇體積分數低于60%時，色素含量隨著乙醇體積分數增加而增大，乙醇體積分數高于60%時，色素含量隨著乙醇體積分數增加而減小。因此選用90%乙醇溶液提取軟紫草、60%乙醇溶液提取硬紫草較適宜。

圖1 提取溫度對提取結果的影響

圖2 乙醇體積分數對提取結果的影響

2.1.3 提取時間對提取結果的影響

在500 W功率下，按料液比2∶25（g/mL）加入95%乙醇溶液，在70℃下分別提取不同時間，取濾液定容，以95%乙醇作參比液，在516 nm下測吸光度，根據朗伯-比爾定律計算色素含量。結果見圖3。對于軟紫草，提取時間5～8 min時，色素含量隨時間增加而顯著減小，提取時間大于8 min時，色素含量隨時間增加無明顯變化。對于硬紫草，提取時間小于9 min時，色素含量隨著時間增加而增大，提取時間大于9 min時，色素含量隨著時間增加而減小。因此選擇軟紫草提取5 min、硬紫草提取9 min較適宜。

2.1.4 料液比對提取結果的影響

在500 W功率下，按不同料液比加入95%乙醇溶液，在70℃下提取5 min，取濾液定容，以95%乙醇作參比液，在516 nm下測吸光度，根據朗伯-比爾定律計算得色素含量。結果見圖4。對于軟紫草，色素含量隨著溶劑量增加而減小，但料液比達到1∶12（g/mL）之后，色素含量隨著溶劑量增加而增大。料液比1∶18（g/mL）時提取率2.56%，是料液比1∶6（g/mL）時（提取率2.43%）的1.05倍，故微波提取軟紫草色素的最佳料液比1∶18（g/mL）。對于硬紫草，色素含量隨著料液比增大而減小，料液比達到1∶15（g/mL）后，色素含量變化不大，因此選擇料液比1∶6（g/mL）較適宜。

圖3 提取時間對提取結果的影響

圖4 料液比對提取結果的影響

2.2 正交試驗結果

根據單因素試驗結果與分析，對提取軟硬紫草的提取溫度、乙醇體積分數、提取時間、料液比進行L9(34)試驗，結果見表3和4。根據紫草素含量優選提取工藝條件。

由表3正交試驗直觀分析數據可知，RB＞RD＞RC＞RA，所以各因素對軟紫草色素含量的影響程度關系為：乙醇體積分數＞提取時間＞料液比＞提取溫度。微波提取軟紫草色素最佳方案為B3D3C1A2，即：乙醇體積分數90%、提取時間9 min、料液比1∶12（g/mL）、提取溫度80℃。由表4正交試驗直觀分析數據可知，RB＞RA＞RC＞RD，所以各因素對硬紫草色素含量的影響程度關系為：乙醇體積分數＞提取溫度＞料液比＞提取時間。微波提取硬紫草最佳方案為B1A2C2D3，即：乙醇體積分數60%、提取溫度80℃、料液比1∶9（g/mL）、提取時間13 min。在各組提取條件下，軟紫草色素含量均高于硬紫草色素含量。在相應最佳提取工藝條件下，軟紫草色素含量2.65%是硬紫草色素含量0.63%的4倍。

表3 軟紫草正交試驗結果

表4 硬紫草正交試驗結果

2.3 驗證試驗

精密稱取軟紫草、硬紫草分別按B3D3C1A2、B1A2C2D3進行試驗，平行操作3次，所得提取液紫草素含量均值分別為2.49%和0.61%，分別高于對應正交試驗表中其余試驗組的紫草素含量，與正交試驗結果相吻合，因此微波提取軟紫草、硬紫草色素的最佳工藝穩定可行。

3 結論

隨著社會變遷、技術進步和對健康的關注，安全、綠色、無毒、來源廣的天然色素掀起開發和應用高潮。紫草素是多種萘醌類色素總稱，不僅可作為藥物，也是一種天然色素，可用于食品、醫藥、化妝品和印染等領域，具有較大開發應用前景。微波技術提取天然色素，能強化浸提過程，具有高效率、高選擇性、環保、耗時少、低能耗、成本低等優點，適用面更廣。選取軟、硬2種紫草進行紫草素的提取試驗，在微波提取技術中含量最高的是軟紫草，色素含量達到2.49%，適作為紫草素的提取原料，最佳提取工藝條件為：乙醇體積分數90%、提取時間9 min、料液比1∶12（g/mL）、提取溫度80℃。該工藝穩定可行，重現性好、色素得率高。