加拿大楊樹皮總類脂提取工藝的篩選與優(yōu)化

劉飛 嚴(yán)奇 胡俊 趙友誼 王鳴 李冬玲 佟海英 王奇志

摘要：采用浸漬法、滲漉法、回流法、超聲法、索氏法提取方法對(duì)楊樹皮總類脂的提取工藝進(jìn)行研究，通過比較不同提取方法的總類脂得率、操作難度，選擇滲漉法作為楊樹皮總類脂的最佳提取方法。以楊樹皮總類脂得率為指標(biāo)，設(shè)計(jì)4因素3水平的L9（34）正交試驗(yàn)，考察浸漬時(shí)間、粉碎程度、液料比、流速對(duì)滲漉法提取得率的影響，優(yōu)化滲漉提取工藝。滲漉法的最佳提取條件如下：楊樹皮粗粉過篩孔徑為（335±13） μm，浸漬時(shí)間為3 d，液料比為12 mL ∶ 1 g，流速為3 mL/min。研究得出的提取工藝簡單有效，是楊樹皮總類脂的最佳提取工藝。

關(guān)鍵詞：加拿大楊;楊樹皮類脂;提取工藝;正交試驗(yàn)法

中圖分類號(hào)： S132 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2020）10-0236-04

收稿日期：2019-05-07

基金項(xiàng)目：江蘇省科技計(jì)劃社會(huì)發(fā)展-面上項(xiàng)目（編號(hào)：BE2016753）。

作者簡介：劉 飛（1985—），男，山東臨沂人，博士，助理研究員，主要從事有機(jī)合成研究。E-mail：liufeiseu@163.com。

通信作者：王奇志，博士，研究員，主要從事天然產(chǎn)物化學(xué)研究。 E-mail：wangqizhi@cnbg.com。

楊樹系楊柳科楊屬植物的統(tǒng)稱，全球約有100余種，生長于亞洲、歐洲及北美洲。我國楊樹資源豐富、種類繁多，約有62種，廣泛分布于全國各地[1]。加楊，亦稱加拿大楊，為大喬木，是美洲黑楊與歐洲黑楊的雜交種，除西藏自治區(qū)、云南省、廣東省等地區(qū)外，其他省份均有種植。加楊樹干通直挺拔，樹皮粗厚，因其生長速度快、適應(yīng)性強(qiáng)、繁殖能力強(qiáng)，是造林、綠化的優(yōu)良樹種之一;其材質(zhì)輕軟，紋理直，易干燥加工，也被應(yīng)用于建筑材料行業(yè)，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1]。

楊樹皮類脂是一種從楊樹皮中提取得到的橙黃色脂溶性物質(zhì)，能夠止癢消腫、促進(jìn)潰瘍愈合、減少皮膚損傷;能夠抑制大腸桿菌，治療家畜腹瀉;外用于禽畜，能夠殺螨止癢[2]。楊樹皮類脂不僅含有動(dòng)物體內(nèi)不可缺少的、構(gòu)成生物膜的重要結(jié)構(gòu)成分，如磷脂、糖脂、固醇等，還含有多種常量和微量元素、維生素E、18種氨基酸及不飽和脂肪酸、甾醇等天然生物學(xué)活性成分[3]。不飽和甾醇是合成維生素D和各種激素的原料組分，具有降血脂、預(yù)防心血管疾病等功效[4-5]，能夠誘導(dǎo)口腔鱗狀細(xì)胞癌、宮頸癌等癌細(xì)胞凋亡[6-7]。維生素E可作為催化劑參與物質(zhì)代謝，能夠保護(hù)生殖系統(tǒng)，提高動(dòng)物的受精率和產(chǎn)蛋率[2，8]。脂肪酸可用于生產(chǎn)肥皂、洗發(fā)乳等日化產(chǎn)品，特別是其中的亞油酸，不僅是機(jī)體代謝的必需脂肪酸[9]，其鈣鹽還可作為功能性飼料添加劑;鋅鹽可用于治療皮膚性疾病;鎂鹽可用于生產(chǎn)各類藥品、保健品;鈉鹽、鉀鹽可作為食品防腐劑，同時(shí)兼?zhèn)錉I養(yǎng)保健功能[10]。由于楊樹皮類脂獨(dú)有的天然生物學(xué)活性，并在畜牧、醫(yī)藥等領(lǐng)域具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和應(yīng)用前景，因此，開發(fā)高效、環(huán)保、精準(zhǔn)、簡潔的從木材加工副產(chǎn)物楊樹皮中提取的類脂類成分具有重要意義，可為楊樹皮資源的進(jìn)一步開發(fā)利用提供相關(guān)科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料 木材加工副產(chǎn)物楊樹皮由江蘇泗陽昇茂木業(yè)有限公司提供，經(jīng)江蘇省中國科學(xué)院植物研究所袁昌齊研究員鑒定為加拿大楊，粉碎成粗粉，備用。標(biāo)本現(xiàn)存于江蘇省中國科學(xué)院植物研究所藥用植物研究開發(fā)中心（標(biāo)本編號(hào)：Pc20170919）;所用試劑均為分析純。

1.1.2 儀器 R-210型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，瑞士Buchi公司生產(chǎn);LIBROR AEL-200型電子天平，南京科爾儀器設(shè)備有限公司;DK-98-Ⅱ 型電熱恒溫水浴鍋，南京科爾儀器設(shè)備有限公司;超聲儀，南京科爾儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn);索氏提取器，南京科爾儀器設(shè)備有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

為了選擇提取楊樹皮總類脂的最佳提取方法，以石油醚為溶劑，采用浸漬法、滲漉法、回流法、超聲法及索氏法進(jìn)行中試規(guī)模的提取工藝研究，通過比較總類脂得率，選出楊樹皮總類脂的最佳提取方法。

1.2.1 浸漬法 稱取1 kg楊樹皮粗粉置于錐形瓶中，加入5倍生藥體積的石油醚（60～90 ℃），室溫浸漬7 d后，抽濾，收集濾液;重復(fù)上述過程，用薄層層析法檢測植物甾醇和維生素E是否提取完全。停止浸漬，共提取4次，合并濾液;壓榨粗粉，將壓榨液與濾液合并，減壓濃縮得到楊樹皮總類脂，計(jì)算總類脂得率。總液料比為20 mL ∶ 1 g，總類脂得率為5.39%。

1.2.2 滲漉法 稱取1 kg楊樹皮粗粉置于燒杯中，加入3倍生藥體積的石油醚（60～90 ℃），均勻攪拌后，密閉放置3 h。而后，將混合液均勻裝入滲漉筒，緩慢加入石油醚以排除氣泡（始終保持溶劑浸沒藥材表面）。室溫浸漬3 d后，開始滲漉，流速為 3 mL/min。先收集粗粉量85%的初漉液，續(xù)漉液減壓濃縮后與初漉液合并;用薄層層析法檢測植物甾醇與維生素E是否提取完全。停止?jié)B漉，壓榨粗粉，將壓榨液與滲漉液合并，減壓濃縮得到楊樹皮總類脂，計(jì)算總類脂得率。總液料比為12 mL ∶ 1 g，總類脂得率為8.19%。

1.2.3 回流法 稱取1 kg楊樹皮粗粉置于回流裝置中，加入約3.5倍生藥體積的石油醚（60～90 ℃），80 ℃加熱回流2 h，抽濾，收集提取液;重復(fù)上述過程，用薄層層析法檢測植物甾醇和維生素E是否提取完全。停止回流，共提取3次，每次2 h，合并抽濾液;壓榨粗粉，將壓榨液與濾液合并，減壓濃縮得到楊樹皮總類脂，計(jì)算總類脂得率。總液料比約為10 mL ∶ 1 g，總類脂得率為7.91%。

1.2.4 超聲法 稱取1 kg楊樹皮粗粉置于錐形瓶中，加入約3.5倍生藥體積的石油醚（60～90 ℃），室溫浸泡過夜。設(shè)定超聲頻率為175 W，室溫提取30 min，抽濾，收集提取液;重復(fù)上述過程，用薄層層析法檢測植物甾醇和維生素E是否提取完全。停止超聲，共提取3次，合并抽濾液;壓榨粗粉，將壓榨液與濾液合并，減壓濃縮得到楊樹皮總類脂，計(jì)算總類脂得率。總液料比約為10 mL ∶ 1 g，總類脂得率為6.86%。

1.2.5 索氏法 稱取1 kg楊樹皮粗粉置于索氏提取裝置中，加入6倍生藥體積的石油醚（60～90 ℃），80 ℃加熱提取5 h，共虹吸7次;壓榨粗粉，將壓榨液與濾液合并，減壓濃縮得到楊樹皮總類脂，計(jì)算總類脂得率。總液料比為6 mL ∶ 1 g，總類脂得率為8.31%。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同提取方法的比較

表1結(jié)果表明，浸漬法液料比為20 mL ∶ 1 g時(shí)，總類脂得率為5.39%;滲漉法液料比為 12 mL ∶ 1 g，總類脂得率為819%;回流法液料比為10 mL ∶ 1 g，總類脂得率為791%;超聲法液料比為10 mL ∶ 1 g，總類脂得率為686%;索氏法液料比為6 mL ∶ 1 g，總類脂得率為8.31%。

從表1還可以看出，不同提取方法的楊樹皮總類脂得率排序?yàn)樗魇戏?滲漉法>回流法>超聲法>浸漬法，即索氏法對(duì)楊樹皮總類脂的提取率最高，滲漉法次之，而浸漬法的提取率最低。雖然索氏法提取率最高且溶劑用量最少，但需加熱，消耗能源;同時(shí)，工業(yè)生產(chǎn)中缺乏大型的索氏提取器，無法承擔(dān)大規(guī)模的低極性物質(zhì)提取;此外，與滲漉法相比，對(duì)楊樹皮總類脂的提取率相差不大。因此，綜合考慮提取溶劑的用量、水電成本、操作簡單安全等因素，滲漉法較適合楊樹皮總類脂的提取。

2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在前期單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，綜合考慮各方面因素，確定以滲漉法作為楊樹皮總類脂的最佳提取方法。以楊樹皮總類脂得率為指標(biāo)，以楊樹皮粉碎程度（過篩孔徑）、浸漬時(shí)間、液料比、流速為考察因素，設(shè)計(jì)了4因素3水平的L9（34）正交試驗(yàn)，研究滲漉法的最佳提取條件，正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)置見表2。

2.3 正交樣品的制備

將楊樹皮粉碎成中等粉（按表2設(shè)定的孔徑，過篩），稱取1 kg楊樹皮粗粉置于燒杯中，加入3倍生藥體積的石油醚（60～90 ℃），均勻攪拌后，密閉放置3 h。而后均勻裝入滲漉筒，緩慢加入石油醚以排除氣泡（始終保持溶劑浸沒藥材表面）。在室溫下，按表2設(shè)定的時(shí)間浸漬后，按表2設(shè)定的液料比和流速開始滲漉。先收集粗粉量85%的初漉液，減壓濃縮續(xù)漉液后，將其與初漉液合并;用薄層層析法檢測植物甾醇和維生素E是否提取完全，停止?jié)B漉，壓榨楊樹皮粉，將壓榨液與滲漉液合并，減壓濃縮得到楊樹皮總類脂，計(jì)算得率。

2.4 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

按L9 （34）正交試驗(yàn)表（表2）進(jìn)行正交試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

從表4可以看出，以楊樹皮總類脂得率為考察指標(biāo)，影響因素依次為A、B、D、C，即粉碎程度的影響最大，其依次為浸漬時(shí)間、流速、液料比。根據(jù)方差分析結(jié)果，A因素對(duì)滲漉法的影響有顯著性差異，B、D因素并無顯著性差異。根據(jù)表2各因素k值的變化，A2 >A3 >A1，B3 >B2 >B1，C1>C2>C3，D3 >D2 >D1，得出A因素應(yīng)選擇水平2，B和D因素應(yīng)選擇水平3，C因素應(yīng)選擇水平1，即A2B3C1D3。最終確定采用滲漉法提取楊樹皮總類脂的最佳提取條件為A2B3C1D3，即將楊樹皮粉碎成中等粉，過篩孔徑為（335±13）μm，加入3倍生藥體積的石油醚（60～90 ℃），均勻攪拌后，密閉放置3 h。而后均勻裝入滲漉筒，緩慢加入石油醚以排除氣泡（始終保持溶劑浸沒藥材表面）。室溫浸漬 3 d 后，以液料比12 mL ∶ 1 g、流速3 mL/min開始滲漉，先收集粗粉量85%的初漉液，減壓濃縮續(xù)漉液后，將其與初漉液合并;洗脫液耗盡后，停止?jié)B漉，壓榨粗粉，將壓榨液與滲漉液合并，減壓濃縮即得楊樹皮總類脂。

2.5 最佳滲漉提取條件的驗(yàn)證

按照上述最佳滲漉提取工藝進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5。由驗(yàn)證結(jié)果可知，按最佳滲漉提取工藝得到的楊樹皮總類脂得率均高于其他各正交試驗(yàn)值，3份樣品楊樹皮總類脂的平均得率為8.81%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為0.177%，說明該提取工藝得率高、穩(wěn)定，達(dá)到了優(yōu)化楊樹皮總類脂提取工藝的目的。

3 結(jié)論

楊樹皮總類脂的主要活性成分為植物甾醇、維生素E等，本試驗(yàn)選用植物甾醇和維生素E 2種成分作為主要鑒別物質(zhì)，采用薄層層析法檢測楊樹皮總類脂是否提取完全，操作簡單，干擾少，測定結(jié)果更為準(zhǔn)確。

本研究以石油醚為溶劑，采用浸漬法、滲漉法、回流法、超聲法、索氏法提取楊樹皮總類脂，比較其得率，選擇楊樹皮總類脂的最佳提取方法為滲漉提取法。

本研究對(duì)楊樹皮粉碎程度（過篩孔徑）、浸漬時(shí)間、液料比、流速等條件進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)了4因素3水平的L9（34）正交試驗(yàn)，確定了楊樹皮總類脂的最佳提取條件：將楊樹皮粉碎成中等粉，過篩孔徑為（335±13）μm，加入3倍生藥體積的石油醚（60～90 ℃），攪拌均勻后，密閉放置3 h。而后均勻裝入滲漉筒，緩慢加入石油醚以排除氣泡（始終保持溶劑浸沒藥材表面）。室溫浸漬3 d后，以液料比 12 mL ∶ 1 g、流速3 mL/min開始滲漉，先收集粗粉量85%的初漉液，減壓濃縮續(xù)漉液后，將其與初漉液合并;洗脫液耗盡后，停止?jié)B漉，壓榨粗粉，將壓榨液與滲漉液合并，減壓濃縮即得楊樹皮總類脂。該提取工藝安全穩(wěn)定、操作簡單、提取率高，適用于楊樹皮總類脂的工業(yè)化提取。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國科學(xué)院中國植物志編輯委員會(huì). 中國植物志（第20卷第2分冊）[M]. 北京：科學(xué)出版社，1984：2，71.

[2]張興曉，李丙更. 具有高度生物學(xué)活性的楊樹皮類脂[J]. 中國禽業(yè)導(dǎo)刊，2002（24）：28-29.

[3]周維純，王金鍬，宋金表. 楊樹皮類脂萃取試驗(yàn)[J]. 天然產(chǎn)物研究與開發(fā)，1990，2（4）：74-80.

[4]Rysz J，F(xiàn)ranczyk B，Olszewski R，et al. The use of plant sterols and stanols as lipid-lowering agents in cardiovascular disease[J]. Current Pharmaceutical Design，2017，23（17）：2488-2495.

[5]Weingartner O，Bohm M，Laufs U. Plant sterols as dietary supplements for the prevention of cardiovascular diseases[J]. Deutsche Medizinische Wochenschrift，2008，133（22）：1201-1204.

[6]裴 浩，李海朋，黃瑩瑩，等. β-谷甾醇誘導(dǎo)口腔鱗狀細(xì)胞癌SCC9細(xì)胞凋亡及機(jī)制研究[J]. 口腔醫(yī)學(xué)研究，2019，35（1）：42-45.

[7]肖 琳，劉 明，劉 格，等. 麥角甾醇衍生物通過抑制NF-κB通路誘導(dǎo)人宮頸癌HeLa細(xì)胞凋亡[J]. 腫瘤藥學(xué)，2018，8（4）：512-518.

[8]Balakrishnan R，Kumar C S，Rani M U，et al. Evaluation of protective action of α-tocopherol in chromium-induced oxidative stress in female reproductive system of rats[J]. Journal of Natural Science，Biology and Medicine，2013，4（1）：87-93.

[9]程 欣，林 立，林樂靜，等. 4種槭樹種子油脂肪酸組成及含量比較[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（7）：220-224.

[10]劉曉偉，金 青，孟 娟. 共軛亞油酸鹽的研究進(jìn)展[J]. 天津化工，2011，25（1）：4-7.