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苎麻叶中总酚酸提取工艺的正交设计优化
作者:周媛,邹坤,汪鋆植,朱静靖,彭元丽,刘闯    
作者单位:三峡大学化学与生命科学学院天然产物研究与利用湖北省重点实验室,湖北 宜昌 443002

《时珍国医国药》 2009年 第8期

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       【摘要】 
       目的研究苎麻叶中总酚酸提取工艺。方法设计不同的工艺路线,在单因素实验基础上采用正交设计优化,采用改进的Folin-Ciocalteu 比色法测定总酚酸含量,检测波长为755 nm。结果适宜的总酚酸提取工艺为用12倍量80%浓度乙醇, 70 ℃提取3次,2 h/次,水稀释体积为700 ml, 碱化pH值为10。 测得苎麻叶80%乙醇提取物中总酚酸粗膏得率为19.9%,总酚酸含量为0.214%。结论该工艺步骤简单,成本较低,提取率高,适合于苎麻叶中总酚酸的工业化提取。
       【关键词】  苎麻 总酚酸 正交实验 提取工艺
       Extraction Technology of Total Polyphenol in Boehmeria nivea (Linn.)Gaudich. by the Method of Orthogonal Test Optimization
       ZHOU Yuan, ZOU Kun*, WANG Junzhi, ZHU Jingjing, PENG Yuanli,LIU Chuang
       (Hubei Key Laboratory of Natural Products Research and Development, College of Chemistry and Life Sciences, China Three Gorges University, Yichang 443002,China)
       Abstract:ObjectiveTo design different extraction and separation technology of total polyphenol in Boehmeria nivea (Linn.)Gaudich.. MethodsThe orthogonal test method was adopted to research the effect of various factors. The samples were determined by spectrophotometer, the detection wavelength was 755 nm. ResultsThe optimum extraction conditions were as follows:extraction three times with 80% alcohol ,extraction time 2 h, 12 times the volume of the alcohol at 70 ℃,the volume 700 ml with water, the pH 10 with basification. The crudely yielding rate of total polyphenol was about 19.9% and the content of total polyphenol was 0.212%  with the technology. ConclusionThe technology is suitable for industrial production.
       Key words: Boehmeria nivea;  Total polyphenol;  Orthogonal test;  Extraction technology
        苎麻叶系荨麻科(Urticaceae)植物苎麻Boehmeria nivea (Linn.)Gaudich.的干燥叶。苎麻为多年生宿根性草本植物,又名家苎麻、白麻、圆麻。其根具有清热、止血、解毒散瘀功效[1]。我国的苎麻产量约占全世界苎麻产量的90%以上,其茎皮主要作为优良的纺织原料。仅以2005年为例,我国苎麻纺织工业苎麻耗量为177 250 t,出口创汇15 597万美元[2]。苎麻叶作为苎麻纺织工业的废弃物资源极其丰富,苎麻叶片约占植株重量的40 %左右[3]。多年来,苎麻根已成为临床常用止血药,而对苎麻叶的研究尚不深入,但根据已有研究资料表明,叶中含有与根相同的成分绿原酸,此外还含有原儿茶酸、野漆树苷、芸香苷等酚酸类等抗氧化活性物质[4~7],因此有望作为根的代用品,并在抗衰老等方面有进一步的开发和利用的价值[8]。
        本实验以苎麻叶为原料,选择了不同的工艺方法提取苎麻叶中的总酚酸,并通过正交实验优化工艺条件,以Folin-Ciocaileu比色法测定总酚酸粗浸膏中的总酚酸含量,为苎麻叶的开发利用提供研究基础。
       1  仪器与材料
       1.1  仪器N1001 EYELA旋转蒸发仪 (上海爱朗仪器有限公司) ,大容量离心机 (北京医用离心机厂),S3100 紫外分光光度计(韩国Scinco 公司),BP211D型十万分之一电子天平(德国Sartorius公司)。
       1.2  材料与试剂苎麻叶,采自湖北省咸宁地区,晒干,粉碎至5 mm以下的碎片,置50℃干燥箱中干燥12 h,密封,备用。没食子酸对照品:基准纯,购于上海分析试剂厂,置50℃真空干燥箱真空中干燥4 h。乙醇为工业级,其他试剂均为分析纯。
       2  方法
       2.1  Folin-Ciocalteu 比色法测定总酚酸含量
       2.1.1  Folin-Ciocalteu试剂配制称取8 g钨酸钠和2 g钼酸钠于圆底烧瓶中,用56 ml蒸馏水溶解,加入4 ml 85%的磷酸溶液和8 ml浓盐酸,文火回流10 h,然后加入1.2 g硫酸锂及6 ml双氧水,加热沸腾15 min 至亮黄色,不得带微蓝和绿色。冷却,移入100 ml容量瓶中,定容,贮于棕色瓶中,4 ℃冰箱保存。
       2.1.2  对照品溶液制备准确称取10.00 mg干燥的没食子酸,加蒸馏水适量,超声溶解,放冷,以蒸馏水定容至100 ml,制成每毫升含0.1 mg没食子酸的溶液,作为对照品溶液。
       2.1.3  待测溶液制备
        提取工艺Ⅰ待测溶液制备: 将全部总酚酸浸膏用70%的乙醇溶解,定容至100 ml,低温避光保存,测定时再稀释至适宜浓度。
        提取工艺Ⅱ待测溶液制备:精密称取一定量总酚酸干浸膏(约20 mg),用70%浓度乙醇溶解,定容至10 ml,低温避光保存,测定时再稀释至适宜浓度。
       2.1.4  总酚酸含量测定准确量取0.5 ml待测溶液置10 ml干燥具塞比色管中,加6 ml水,0.5 ml福林试剂,充分摇匀,加入0.75 ml 20%碳酸钠溶液,混匀,以蒸馏水稀释至刻度。40 ℃水浴40 min。同时制作空白管。为消除供试品溶液本身颜色的干扰,同时制作不加显色剂的对照管。于755 nm波长处测定吸光度值。
       2.1.5  工作曲线绘制准确量取对照品溶液0.00,0.10,0.20,0.30,0.40,0.50,0.60,0.70,0.80 ml于10 ml干燥具塞比色管中,照总酚酸含量测定项下操作,于755 nm波长处测定各吸光度值。以吸光度值 Y 对对照品质量 X(mg) 作图,绘制标准曲线,并进行线性回归,得回归方程为 Y= 17.206 8 X + 0.032 3,r= 0.999 9。该方法的平均加标回收率为102.87%,方法的变异系数为3.60%。
        提取工艺Ⅰ总酚酸含量计算:
        多酚含量(mg/100g)=X(mg)×稀释倍数0.5×总酚酸称样量(mg)×100
        提取工艺Ⅱ总酚酸含量计算:
        多酚含量(mg/100g)=X(mg)×稀释倍数0.5×总酚酸称样量(mg)×总酚酸干浸膏量(mg)原料量(g)×100
       2.2  提取工艺Ⅰ准确称取干燥苎麻叶碎片100 g,加入12倍量的一定浓度的乙醇溶液,浸泡24 h,70 ℃水浴加热提取2 h,再以10倍量的一定浓度的乙醇溶液,同样条件提取2次。提取液过滤合并50℃减压浓缩成浸膏。加一定量的水稀释,再以10%的Na2CO3 溶液调节pH值,在2 000 r·min-1下离心30 min,取上清液以1:1盐酸调pH至中性,浓缩得到总酚酸浸膏,40 ℃真空干燥12 h,得总酚酸粗品1。通过单因素实验,确定乙醇浓度(A),水稀释体积(B),碱化pH值(C)等因素对提取率影响较为显著,各因素设计3个水平,利用L9(34)正交表进行正交实验。正交因素及水平见表1,正交实验结果见表2。表1  提取工艺ⅠL9(34)正交表因素及水平(略)表2   提取工艺ⅠL9(34)正交实验结果(略)
       
       由表2可知, 各因素对醇提碱纯化提取总酚酸的影响分别为:A因子(醇提浓度) >B因子(水稀释体积)>C 因子(碱化pH值)。 以因素A、B、C为方差来源,因素D为误差来源,进行总酚酸含量的方差分析。方差分析结果见表3。表3   提取工艺Ⅰ总酚酸含量方差分析结果(略)
       
        其中醇提浓度为影响总酚酸得率的主要因素。醇提碱纯化提取总酚酸的最佳工艺条件为A2B3C2, 即醇提浓度为80%,水稀释体积为700 ml, 碱化pH值为10, 酸化pH为7。
        选择优化的A因子(80%醇提浓度)和C 因子(碱化pH=10),进一步增加水稀释体积进行试验,发现随着水稀释体积的增加,总酚酸的提取收率略有提高,但变化很小,而且水稀释体积的增加,同时也增加了后面浓缩步骤的成本。
        对上述醇提碱纯化提取总酚酸的最佳工艺条件进行验证实验,总酚酸粗膏的提取率达到19.9%,总酚酸含量为214.3 mg·100g-1,百分含量为0.214%
       2.3  提取工艺Ⅱ准确称取干燥苎麻叶碎片100 g,加入12倍量的一定浓度的乙醇溶液,浸泡24 h,70 ℃水浴加热提取2 h,再以10倍量的一定浓度的乙醇溶液,同样条件提取2次。提取液过滤合并50℃减压浓缩成浸膏。加入150 ml蒸馏水悬浮成胶体溶液后加入醋酸乙酯萃取3次,每次100 ml。合并所得的醋酸乙酯液,加入一定pH值的适量碱水(以10% Na2CO3溶液调节 pH )反萃3次,萃取碱液用1∶1 HCl调 pH至酸性后再用适量( 酸水液:醋酸乙酯 = 3∶1~4∶1)醋酸乙酯萃取3次,合并醋酸乙酯液,减压浓缩成浸膏,40 ℃真空干燥12 h,得总酚酸粗品2。通过单因素实验,确定乙醇浓度(A),碱化pH值(B),碱水与醋酸乙酯的比例(C)和调酸pH值(D)等因素对提取率影响较为显著,各因素设计3个水平,利用进行正交实验。正交因素及水平见表4,正交实验结果见表5。  表4  提取工艺ⅡL9(34)正交表因素及水平(略)
       
        表5正交分析结果表明,乙醇浓度(A),碱水pH值(B),碱水与醋酸乙酯的比例(C)和调酸pH值(D)这4因素中对总酚提取影响顺序为B﹥D﹥A﹥C,其中因素B以pH=11为佳,因素D以pH=4为佳,因素A以80%乙醇为佳,因素C以1:4醋酸乙酯为佳。即最佳提取工艺条件为A2B2C3D3。因该工艺总酚酸得率明显低于提取工艺Ⅰ,故没有进一步实验的必要。
       3  讨论
        提取工艺Ⅱ的总酚酸得率低,主要是提取步骤较为繁琐以及碱水(以10% Na2CO3溶液调节 pH )反萃不完全。我们将萃取过的醋酸乙酯层和萃出的碱水层以薄层层析检查,两者在薄层板上均显现出相同Rf值的斑点。
        提取工艺Ⅰ的总酚酸得率明显高于提取工艺Ⅱ,其最佳工艺条件的验证实验中总酚酸的提取率达到231.6 mg·100 g-1,证明了该工艺条件为最优。且提取步骤简单,避免了使用醋酸乙酯有机溶液,可降低提取成本,有利于环境保护。表5  提取工艺ⅡL9(34)正交实验结果(略)
       
       本文选择了两种工艺方法提取苎麻叶中的总酚酸,并在单因素实验的基础上通过正交实验,优化工艺条件,以Folin-Ciocaileu比色法测定总酚酸粗浸膏中的总酚酸含量。结果表明工艺Ⅰ优于工艺Ⅱ。工艺Ⅰ以80%乙醇提取,浓缩,浸膏以碱水碱化离心,将总酚酸分离,含有总酚酸的上清液以盐酸酸化成中性浓缩得总酚酸粗膏,盐酸酸化成中性可避免总酚酸的破坏。因此苎麻叶中酚酸提取的最佳工艺条件:用12倍量80%浓度乙醇, 70 ℃提取3次,2 h/次, 水稀释体积为700 ml, 碱化pH值为10。该工艺简便,适合工业化生产,总酚酸粗膏得率为19.9%,总酚酸含量为0.214%。
       【参考文献】
           [1]江苏新医学院. 中药大辞典[M].上海:上海科学技术出版社, 1986:1308.
       
       [2]成雄伟. 我国苎麻纺织工业历史现状及发展[J].中国麻业科学, 2007,29(增刊):77.
       
       [3]曹涤环. 苎麻叶的开发与利用[J].特种经济动植物, 2001, 4(12):19.
       
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