庫拉索蘆薈大黃素制備工藝研究

曾懷彬，易明霞， 鄧愛華，劉亞菲，張 婷

（湖南文理學(xué)院 生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖南 常德 415000）

庫拉索蘆薈 （Aloevera(L.) Burm.f），百合科蘆薈屬植物，含有蘆薈苷、蘆薈大黃素和大黃酸等[1]。蘆薈大黃素也叫蘆薈瀉素，是天然且高效的自由基清除劑，具有抗腫瘤、抗氧化、調(diào)節(jié)機體免疫功能，以 及 保 護 心 血 管 、 抵 抗 病 原 微 生 物 和 抗 炎 癥 等 作用[2-3]。目前，蘆薈大黃素的制備方法主要有溶劑提取法、超聲波提取法、微波提取法、超臨界 CO2萃取法和凝膠色譜分離法等[4-8]。由于蘆薈中大黃素含量低，直接提取收率低。試驗通過溶劑提取法得到蘆薈苷，再通過三氯化鐵氧化法制備蘆薈大黃素。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

庫拉索蘆薈石，丹鳳峻嶺藥業(yè)有限責(zé)任公司提供；蘆薈大黃素標準品，南京道斯夫生物科技有限公司提供；甲醇 （分析純），天津市富宇精細化工有限公司提供；鹽酸、磷酸，湖南匯虹試劑有限公司提供；三氯化鐵、甲醇 （色譜純），國藥集團化學(xué)試劑有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

W1100 型高效液相色譜儀，大連依利特分析儀器有限公司產(chǎn)品；TX323L 型電子天平，賽多利斯有限公司產(chǎn)品；KQ5200E 型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司產(chǎn)品；DZF 型真空干燥箱，邦西儀器科技上海有限公司產(chǎn)品；JTE-6000 型恒溫油浴鍋，常州朗越儀器制造有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

1.3.1 蘆薈大黃素標準曲線

精確稱取 20 mg 蘆薈大黃素標準品，倒入 20 mL容量瓶中，用甲醇溶液完全溶解，定容成質(zhì)量濃度1 mg/mL 的蘆薈大黃素標準品母液[9]。再將母液進行梯度稀釋，分別制成質(zhì)量濃度為 0.02，0.04，0.06，0.08，0.10 mg/mL 的標準品溶液。將配置好的標準品溶液按照質(zhì)量濃度梯度依次在高效液相色譜儀中進行檢測。以蘆薈大黃素的質(zhì)量濃度為橫坐標，相應(yīng)的峰面積為縱坐標，繪制標準曲線，能夠得到線性回歸方程：Y=98 906X+77.191，相關(guān)系數(shù)R2=0.996 （X為蘆薈大黃素質(zhì)量，單位為 mg；Y為相應(yīng)的峰面積）。

1.3.2 單因素試驗

精確稱取 5 份 13.52 g 蘆薈粉樣品分別置于 5 個錐形瓶中，加入 50 mL 濃度為 2 mol/L 的鹽酸溶液，搖晃均勻，加熱至沸騰，預(yù)處理一段時間。將得到的蘆薈苷鹽酸溶液自然冷卻到室溫，抽濾，以純水洗滌濾渣，將濾液和洗滌液合并，然后加純水定容至 200 mL，重新加熱至 100 ℃并通入氧氣[10]。將配置好的三氯化鐵溶液緩慢滴加至已沸騰的蘆薈苷鹽酸溶液中，保溫反應(yīng)一定時間。反應(yīng)結(jié)束后，將留下來的溶液放置空氣中自然冷卻至室溫抽濾，濾餅以純水洗滌后，將所得到的濾餅放于 60 ℃下真空干燥 30 min，得到蘆薈大黃素粗品，用高效液相色譜儀檢測蘆薈大黃素含量。

1.3.3 蘆薈大黃素轉(zhuǎn)化率計算公式

用高效液相色譜儀對所得到 的 樣品進行檢測，確定流動相為甲醇和 0.1%磷酸溶液的混合液 （體積為 80∶20），流速 0.8 mL/min，注射體積 20 μL，檢測波長為 254 nm。蘆薈大黃素的轉(zhuǎn)化率為樣品中的蘆薈大黃素制備量占蘆薈大黃素理論制備量的百分比，蘆薈大黃素的轉(zhuǎn)化率按以下公式計算：

式中：η——蘆薈大黃素的轉(zhuǎn)化率，%；

n——稀釋倍數(shù)；

C——稀釋后的蘆薈大黃素質(zhì)量濃度，mg/mL；

V——粗品定容后的體積，mL；

m——蘆薈粉的質(zhì)量，g。

1.3.4 響應(yīng)面試驗設(shè)計

依次進行上面的 5 個單因素試驗，能夠得到對蘆薈大黃素轉(zhuǎn)化率影響比較明顯的 4 個因素，分別鹽酸濃度、氧化劑用量、氧化反應(yīng)時間、氧化溫度。利 用 響 應(yīng) 面 試 驗 設(shè) 計 軟 件 即 Design Expert 8.0.6 軟件，進行 Box-behnken 響應(yīng)面試驗設(shè)計及數(shù)據(jù)分析，確定鹽酸體積為 100 mL。

響應(yīng)面設(shè)計因素與水平設(shè)計見表 1。

表1 響應(yīng)面設(shè)計因素與水平設(shè)計

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 氧化劑用量 對大黃素轉(zhuǎn) 化率的影響

氧化劑用量對大黃素轉(zhuǎn)化率的影響見圖 1。

圖1 氧化劑用量對大黃素轉(zhuǎn)化率的影響

由圖 1 可知，在保持其他條件恒定時，蘆薈大黃素轉(zhuǎn)化率隨氧化劑用量的增加而增加；當氧化劑用量大于 15 g 之后，蘆薈大黃素轉(zhuǎn)化率反而出現(xiàn)下降趨勢。

2.1.2 鹽酸體積對大黃素轉(zhuǎn)化率的影響

鹽酸體積對大黃素轉(zhuǎn)化率的影響見圖 2。

圖2 鹽酸體積對大黃素轉(zhuǎn)化率的影響

由圖 2 可知，在保持其他條件恒定時，蘆薈大黃素轉(zhuǎn)化率隨著鹽酸體積的增加出現(xiàn)增加趨勢；但隨著鹽酸體積的繼續(xù)增大，蘆薈大黃素轉(zhuǎn)化率反而出現(xiàn)下降趨勢。

2.1.3 氧化反應(yīng)時間對大黃素轉(zhuǎn)化率的影響

氧化反應(yīng)時間對大黃素轉(zhuǎn)化率的影響見圖 3。

圖3 氧化反應(yīng)時間對大黃素轉(zhuǎn)化率的影響

由圖 3 可知，在保持其他條件恒定時，蘆薈大黃素轉(zhuǎn)化率隨著氧化反應(yīng)時間的增加出現(xiàn)越來越高的趨勢；當氧化反應(yīng)時間超過 6 h 后，蘆薈大黃素轉(zhuǎn)化率隨著氧化反應(yīng)時間的增加反而出現(xiàn)越來越低的趨勢。

2.1.4 氧化反應(yīng)溫 度對大黃素 轉(zhuǎn)化率的影響

氧化反應(yīng)溫度對大黃素轉(zhuǎn)化率的影響見圖 4。

圖4 氧化反應(yīng)溫度對大黃素轉(zhuǎn)化率的影響

由圖 4 可知，在保持其他條件恒定時，蘆薈大黃素轉(zhuǎn)化率隨著反應(yīng)溫度的提高出現(xiàn)越來越高的趨勢，當溫度高于 100 ℃之后，轉(zhuǎn)化率沒有太大變化。

2.1.5 鹽酸濃度對大黃素轉(zhuǎn)化率的影響

鹽酸濃度對大黃素轉(zhuǎn)化率的影響見圖 5。

圖 5 鹽酸濃度對大黃素轉(zhuǎn)化率的影響

由圖 5 可知，在保持其他條件恒定時，蘆薈大黃素轉(zhuǎn)化率會隨著鹽酸濃度的增加出現(xiàn)越來越高的趨勢；當鹽酸濃度超過 6 mol/L 之后，蘆薈大黃素轉(zhuǎn)化率隨著鹽酸濃度的增加反而出現(xiàn)越來越低的趨勢。

2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果

運用響應(yīng)面試驗 Box-behnken 設(shè)計 原 理，在軟件 中 依 次 輸 入 氧 化 反 應(yīng) 時 間 （A）、氧 化 反 應(yīng) 溫 度（B）、氧化劑用量 （C）、鹽酸濃度 （D） 4 個因素，確定鹽酸用量為 100 mL。以蘆薈大黃素轉(zhuǎn)化率 （Y）作為響應(yīng)面試驗結(jié)果的評價標準。

響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果見表 2。

表2 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果

2.2.2 交互作用結(jié)果

交互作用對轉(zhuǎn)化率影響三維曲面圖見圖 6。

由圖 6 可知，隨氧化反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度的逐漸增加，蘆薈大黃素轉(zhuǎn)化率表現(xiàn)出先逐漸升高然后緩慢下降的趨勢，在氧化反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間的中間位置出現(xiàn)一個最大值；氧化劑用量和氧化反應(yīng)時間逐漸增加，蘆薈大黃素轉(zhuǎn)化率表現(xiàn)出先逐漸升高然后慢慢下降的趨勢，在氧化劑用量和氧化反應(yīng)時間的中間位置出現(xiàn)一個最大值；氧化反應(yīng)時間和鹽酸濃度逐漸增加，蘆薈大黃素轉(zhuǎn)化率表現(xiàn)出先逐漸升高然后緩慢下降的趨勢，在鹽酸濃度和氧化反應(yīng)時間的中間位置出現(xiàn)一個最大值；氧化劑用量和氧化反應(yīng)溫度逐漸增加，蘆薈大黃素轉(zhuǎn)化率表現(xiàn)出先逐漸升高然后緩慢下降的趨勢，在氧化劑用量和氧化反應(yīng)溫度的中間位置出現(xiàn)一個最大值；鹽酸濃度和氧化反應(yīng)溫度逐漸增加，蘆薈大黃素轉(zhuǎn)化率表現(xiàn)出先逐漸升高然后緩慢下降的趨勢，在鹽酸濃度和氧化反應(yīng)溫度的中間位置出現(xiàn)一個最大值；鹽酸濃度和氧化劑用量逐漸增加，蘆薈大黃素轉(zhuǎn)化率表現(xiàn)出先逐漸升高然后緩慢下降的趨勢，在鹽酸濃度和氧化劑用量的中間位置出現(xiàn)一個最大值。

圖 6 交互作用對轉(zhuǎn)化率影響三維曲面圖

2.2.3 建立回歸方程并進行顯著性分析

利用響應(yīng)面試驗設(shè)計軟件對表 2 中試驗數(shù)據(jù)結(jié)果進行多元線性回歸模擬，得到 4 個因素與蘆薈大黃素轉(zhuǎn)化率 （Y） 的回歸方程為：

對回歸方程進行方差分析，檢驗所得到回歸方程的顯著性，以及氧化反應(yīng)時間、氧化反應(yīng)溫度、氧化劑用量、鹽酸濃度 4 個因素對響應(yīng)值的影響程度。

蘆薈大黃素轉(zhuǎn)化率回歸模型以及顯著性檢驗見表3。

表3 蘆薈大黃素轉(zhuǎn)化率回歸模型以及顯著性檢驗

3 結(jié)論

以庫拉索蘆薈石為原料，以鹽酸為溶劑提取得到蘆薈苷鹽酸溶液，利用三氯化鐵氧化法制備得到蘆薈大黃素。優(yōu)化后的最優(yōu)工藝參數(shù)為氧化反應(yīng)時間6.68 h，氧化反應(yīng)溫度 104.97 ℃，鹽酸濃度 7.13 mol/L，氧化劑用量 16.69 g，鹽酸用量 100 mL，轉(zhuǎn)化率所能達到的最大值為 85.48%。

目前，蘆薈大黃素開發(fā)和利用等方面的研究還不夠深入，在精深加工方面也相對比較薄弱。所以，優(yōu) 化 蘆 薈 大 黃 素 的 提 取 工 藝 對 深 入 發(fā) 展 蘆 薈 大 黃 素產(chǎn)業(yè)具有十分重要的意義。