甘草中甘草酸的提取工艺研究

王海峰, 邱芳萍

(长春工业大学化学与生命科学学院,吉林长春 130012)

0 引 言

甘草是临床最常应用的药品。生甘草能清热解毒,润肺止咳,调和诸药性;炙甘草能补脾益气,临床用量特大,出口量大。除药用之外,食品上也大量用甘草做糕点添加剂,它的甜度是蔗糖的百倍。甘草的主要有效成分为甘草酸(glycyrrhizic acid)或甘草甜素(glycyrrhizin)及甘草次酸(glycyrrhetinic acid)等三萜类化合物、甘草黄酮类化合物以及甘草多糖等[1-2]。文献[3]研究表明,甘草酸及甘草次酸具有解毒、消炎、镇痛、抗肿瘤的作用,还用于防治病毒性肝炎、癌症以及艾滋病等。近年来,甘草药材由于遭到过度采挖,资源急剧减少,保护甘草资源已迫在眉睫。国内多采用水回流法,该法存在用水量大、耗时长、甘草酸收率低、杂质多等弊端,也不同程度地造成资源的浪费。为此,文中对甘草酸的氨性醇提法进行了优化,以期对实验研究和生产实践有所帮助[4]。

1 实验材料

1.1 材料与试剂

甘草,河北安国中药材市场。

无水乙醇、氨水等,均为分析纯。

1.2 仪器与设备

DK-98-I电子恒温水浴锅,天津泰斯特仪器有限公司;

T687鼓风干燥箱,天津泰斯特仪器有限公司;

万能粉碎机,常州品正干燥设备有限公司。

2 实验方法

2.1 氨性醇提取法

准确称取甘草粉末5 g于锥形瓶中,加入适量的氨性乙醇溶液,加热到一定温度,保持一段时间,冷却后抽滤,得滤液,冷冻干燥得粗甘草酸。

2.2 甘草酸提取工艺的优化

试验是对提取时间、温度、氨水浓度、乙醇浓度等影响提取效果因素的单因素实验,各单因素初始固定条件是:提取时间为4.5 h,温度为60℃,乙醇浓度为10%,氨水浓度为0.5%。根据单因素试验结果,运用根据DPS的正交回归组合实验设计原理,进行响应面实验。

3 结果与分析

3.1 氨性醇提取法单因素实验

3.1.1 时间对甘草酸提取率的影响

设定温度为60℃,氨水浓度为0.5%,乙醇浓度为10%,改变提取时间,得出提取时间对甘草酸提取率的影响,结果如图1所示。

图1 提取时间对甘草酸提取率的影响

图1表明,随时间的延长,甘草酸的提取率逐渐增加,当提取时间达到6.5 h时,提取率达到最高。

3.1.2 温度对甘草酸提取率的影响

设定提取时间为4.5 h,氨水浓度为0.5%,乙醇浓度为10%,改变温度,得出温度对甘草酸提取率的影响,结果如图2所示。

图2 温度对甘草酸提取率的影响

由图2可知,温度对甘草酸提取率的影响不大,随着温度的不断升高,甘草酸的提取率逐渐增加,40℃时达到最大,此后,其提取率基本保持不变。

3.1.3 氨水浓度对甘草酸提取率的影响

设定时间为4.5 h,温度为60℃,乙醇浓度为10%,改变氨水浓度,得出氨水浓度对甘草酸提取率的影响,结果如图3所示。

图3 氨水浓度对甘草酸提取率的影响

图3表明,在氨水浓度达到0.5%时,甘草酸提取率最高。

3.1.4 乙醇浓度对甘草酸提取率的影响

设定时间为4.5 h,温度为60℃,氨水浓度为0.5%,改变乙醇浓度,得出乙醇浓度对甘草酸提取率的影响,结果如图4所示。

图4 乙醇浓度对甘草酸提取率的影响

图4表明,在乙醇浓度为20%时,提取率最高,随着乙醇浓度的增加,提取率逐渐减少。

3.2 响应面试验分析[5]

3.2.1 因素水平的选取

在氨性醇提法单因素试验的基础上,选取时间、温度、氨水浓度、乙醇浓度4个对甘草酸提取率效果显著的因素进行响应面分析。试验因素与水平设计见表1。

表1 响应面分析因素与水平表

3.2.2 试验设计与结果

以A,B,C,D为自变量,以甘草酸提取率为响应面,试验设计与试验结果见表2。

表2 响应面分析方案及实验结果

采用DPS9.50统计软件对所得试验结果进行多元回归拟合[6]。回归方差分析显著性检验表明,该模型的R2=0.994 2,表明该模型与实际试验拟合较好,自变量与响应值线性关系显著,可以用于甘草酸氨性醇提试验的理论预测。

由于各因素对甘草提取率的影响不是简单的线性关系,为了更明确各因素对响应值Y采用DPS9.50统计软件对表1数据进行多元回归分析,得到如下回归方程:

利用DPS9.50软件对表2数据进行二次多元回归拟合,所得到二次回归方程的响应面,如图5～图8所示。

从响应面分析图上可以找出最佳参数之间的相互作用。得出甘草酸提取率最佳工艺是:提取时间为5.84 h,提取温度为40.28℃,氨水浓度为0.41%,乙醇浓度为16.78%。在此条件下提取率理论值最高达到66.40%。

图5 提取时间与提取温度对甘草酸提取率影响的响应面

图6 提取温度与氨水浓度对甘草酸提取率影响的响应面

图7 氨水浓度与乙醇浓度对甘草酸提取率影响的响应面

图8 乙醇浓度与提取时间对甘草酸提取率影响的响应面

4 讨 论

甘草酸除应用于医药外,它还被广泛应用于食品添加剂(如低热值甜味剂)、化妆品、烟草、酿造、国防等行业,被列为重要的精细化工产品[6-9]。为此,对甘草的深度开发加工和综合利用是一项值得重视的课题。将响应面法应用到甘草酸的提取工艺的研究,采用合理的试验设计,依据回归分析各工艺条件的影响因子,取得了比较好的结果。实际值与理论值相近,这表明利用响应面分析法得到的提取工艺参数是真实可靠、具有实用价值的。根据响应面法实验设计得出最优条件下提取率为66.40%。

[1] 张 继,姚 健,丁 兰,等.甘草的利用研究进展[J].草原与草坪,2000,89(2):12-17.

[2] 王亚红,李战英.甘草酸的提取和精制法研究现状[J].天津化工,2003,17(6):34-36.

[3] 刘虹冰.甘草的有效成分及其药理作用研究进展[J].中华实用医学,2003,5(11),101-102.

[4] 张 磊,罗 鹏,王华强,等.响应面分析法优化向日葵盘中果胶的提取工艺研究[J].食品机械,2007,23(3):84-86.

[5] 田文莹,刘洪霞,邱芳萍.响应面法优化微波辅助提取粪鬼伞多糖工艺的研究[J].长春工业大学学报:自然科学版,2009,30(6):629-632.

[7] 常章富,刘树民.甘草的临床应用与药理研究简介[J].北京中医学院学报,1989,12(2):30-31.

[8] 雷学军.甘草酸制备及其在食品工业中的应用[J].食品研究与开发,1994(1):4.

[9] 苑可武,白 芳,杨 波,等.甘草酸的提取和精制法概述[J].中国医药工业杂志,2002,33(7):362-364.