复合乳化剂对黄姜薯蓣皂苷在水中分布的影响

杨春月，朱靖博，*，王振中，肖伟

（1.大连工业大学植物资源化学与应用研究所，辽宁大连116034；2.江苏康缘股份药业有限公司，江苏连云港222001）

复合乳化剂对黄姜薯蓣皂苷在水中分布的影响

杨春月1，朱靖博1，*，王振中2，肖伟2

（1.大连工业大学植物资源化学与应用研究所，辽宁大连116034；2.江苏康缘股份药业有限公司，江苏连云港222001）

以span-60和tween-40配制而成的不同HLB值复合乳化剂研究不同HLB值及不同复合乳化剂添加量对薯蓣皂苷在水中分布的影响。通过单因素试验考察了HLB值与薯蓣皂素在水提取物及水提取物上清液中含量的关系，并考察不同复合乳化剂添加量与薯蓣皂素在水提取物及水提取物上清液中含量的关系。结果显示HLB值在4～12范围内，HLB值为8的乳化剂对用水提取的薯蓣皂苷的增溶作用最强；HLB值在12～15.6范围内，HLB值为15.6的乳化剂对用水提取的薯蓣皂苷增溶作用最强；HLB值在4～15.6范围内，HLB值为15.6的乳化剂对用水提取的薯蓣皂苷增溶作用最强；HLB值在4～15.6范围内，乳化剂对水提取薯蓣皂苷离心后的上清液中皂苷浓度影响不大；HLB值为8和15.6的复合乳化剂添加量为1.5％时，对薯蓣皂苷在水提物及水提物上清中增溶效果最好。

复合乳化剂；HLB值；薯蓣皂苷；水提取

盾叶薯蓣（Dioscorea zingiberensis C.H.W right），又名黄姜，其根茎中含有多种薯蓣皂苷，黄色素、单宁、淀粉和纤维素[1]，薯蓣皂苷水解后得到的薯蓣皂素（薯蓣皂苷元）具有治疗冠心病、调节新陈代谢、抗高血脂、抗癌等效果，是合成甾体激素类药物的重要原料[2-4]。我国目前已形成湖北郧西、陕西安康、湖南怀化三大种植基地[5]。工业上生产薯蓣皂素多用直接酸解法，水解用酸量大及共存淀粉水解产生了严重的污染。为了实现薯蓣皂素的清洁化生产，人们尝试了发酵、酶解[6]、磨浆、超声、微波、超临界CO2流体萃取[7]、近临界水萃取[8]、离子交换树脂[9]、热分解代替酸解[10]等等方式及它们之间的相互组合[11]来改进原有直接酸水解法。

盾叶薯蓣中淀粉的含量约为40％～50％，薯蓣皂苷类化合物与淀粉、纤维以弱结合的状态存在于植物中，以水为主溶剂提取薯蓣皂苷生产薯蓣皂素工艺的关键在于分离出可作为食品加工原料或辅料的淀粉、纤维，并保证薯蓣皂苷在水中高的溶解度。由于薯蓣皂苷分子具有两亲性，同时亲脂性强于亲水性，实现薯蓣皂苷在水中高溶解度须向水中加入必要的助剂，以促进薯蓣皂苷在水中的溶解。乳化剂可明显改善薯蓣皂苷在水中的分配，韩刚[12]等用十二烷基硫酸钠水溶液提取姜黄中的姜黄素，提取率提高16％；高虹[13]等用Tween-20与微波共用提取山竹外衣色素；Sanjay等[14]用异丙基苯磺酸钠水溶液提取薯蓣根茎中薯蓣皂素；李谦[15]、刘树兴[16]、杨转萍[2]、李详[17]、刘运美[18]等的研究是从阴离子、阳离子、非离子三种类型表面活性剂中选取部分表面活性剂与水或有机溶剂按一定比例混合后，再与黄姜干粉拌匀，用不同方式提取皂苷，考察皂苷提取率。前人的研究从未从乳化剂HLB值角度研究不同HLB值复合乳化剂对薯蓣皂苷在水中分布，本文从复合乳化剂HLB值的角度，考察了不同HLB值乳化剂对薯蓣皂苷在水中分布及对薯蓣皂素提取率的影响，以期为薯蓣皂素清洁化生产奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黄姜：购于湖北省十郾市；薯蓣皂素标准品：湘西华立制药有限公司（纯度≥97.7％）；Span 60、Tween 40、单硬脂酸甘油酸（均为化学纯）；硫酸、氨水、石油醚（均为分析纯）。

1.2 仪器与设备

BS224S型电子天平：北京赛多斯仪器系统有限公司；SK250H超声波清洗器：上海科导超声仪器有限公司；CL-2型恒温加热磁力搅拌器：巩义市英峪高科仪器厂；中佳SC-3610离心机（低速）：安徽中科中佳科学仪器有限公司；LDZ-50K立式电热压力蒸汽灭菌器：上海申安医疗器械厂；GC7890（F）气相色谱仪：上海天美科技仪器有限公司；DZF-6050真空干燥箱：巩义市予华仪器有限责任公司；DHG-9030A型电热恒温鼓风干燥箱：上海一恒科技有限公司。

1.3 乳化剂的选择及不同HLB值乳化剂的配制

1.3.1 乳化剂的选择

常用的非离子型乳化剂有span和tween系列。工业上选用乳化剂时，通常先用span和tween系列乳化剂复配成不同HLB值梯度的乳化液，本研究选用span-60和tween-40，单硬脂酸甘油酯配制4.0～15.6的HLB值梯度的乳化液。

1.3.2 复合乳化剂的配制

按表1配比配制HLB值梯度，每种复合乳化剂配制10 g，配制过程中各加30mL去离子水加热拌匀，静置备用。

表1 复合乳化剂配比表Table1 Composite emulsifier ratio list

1.4 总皂苷的提取与薯蓣皂素的测定

1.4.1 总皂苷的提取方法

鲜黄姜经清洗去须切片，准确称取500 g，加入70％乙醇回流提取5次，提取液浓缩、干燥、研磨成粉，即得含薯蓣皂苷的粉末，将粉末均分成多份，按0.5 g/份置于烧杯中，备用。

1.4.2 不同HLB值乳化剂对薯蓣皂苷在水中分布影响实验方法

取1.4.1中备好的醇提干粉45份，1组为不加复合乳化剂的对照组，14组为实验组，每组一式3份。14个实验组的42份样品中分别加1.5％（复合乳化剂溶解在水中时形成的水溶液溶质质量分数为1.5％，以下提到实验过程中添加的复合乳化剂质量百分数均指其溶解在水中时溶质质量分数）的1.3.2中配好的不同HLB值乳化剂，再向实验组和对照组烧杯中各加50mL水，恒温磁力搅拌10min，超声30min，冷却，用玻璃棒拌匀样品液，各取样3mL置于试管中，共45支水提物样液。取完水提物样液后试管中的剩余液2 000 r/min离心15min后，各取上清液5mL置于试管中，得45支水提物上清样液。

1.4.3 不同乳化剂添加量对薯蓣皂苷在水中分布影响实验方法

取1.4.1中备好的醇提干粉27份，1组是不加乳化剂的对照组，8组是实验组，每组一式3份。实验组分为A类和B类，分别各有4组。A类中添加HLB值为8的复合乳化剂，B组中添加HLB值为15.6的复合乳化剂。A类和B类的4组添加量分别为1％、1.5％、2％、3％。实验组和对照组后续操作与1.4.2相同。得到27支水提取物样液和27支水提取物上清样液。

1.4.4 薯蓣皂素含量的测定

因黄姜中薯蓣皂苷为混合物，不易定量，故以薯蓣皂苷元含量考察总皂苷的提取效果。气相色谱法测定薯蓣皂素含量参考刘杨[19]等人方法，并根据本研究中样品特点进行了改进（将程序升温变为等温程序，否则基线飘移过大；仪器其他条件的变动是根据本实验室气相仪特点进行的修改，改进后仪器条件如

1.4.4.1 中所述。

1.4.4.1 气相色谱分析条件

色谱柱SE-54（交联）毛细管柱；FID检测器；载气N20.4MPa，H2流速20mL/min，柱温280℃，进样品温度300℃，检测器温度300℃，等温程序。

1.4.4.2 标准曲线的绘制

1）取0.021 4 g薯蓣皂素标准品用甲醇超声溶解后定容至1 L容量瓶中，配制成浓度为0.021 4mg/mL的标准品溶液。2）取0.125 0 g薯蓣皂素标准品加甲醇超声溶解后定容到100mL容量瓶中，再各取0.4、2、4、6mL用甲醇定容至10mL容量瓶中，配制成浓度为0.050、0.250、0.500、0.750mg/mL标准品溶液。5种标准溶液按气相色谱分析条件分别进样3次，每次4μL，取其中两次峰面积相近的数据求平均峰面积，以样品浓度为横坐标，以峰面积为纵坐标，做线性回归，得回归方程：Y=172 507X-1 483.5，相关系数r=0.999 7，线性范围0.021 4mg/mL～0.75mg/mL。

1.4.4.3 样品含量测定

向1.4.2和1.4.3中得到的水提物样液和水提物上清液样中各加3mL和5mL 2mol/LH2SO4，试管封口后121℃下水解4 h，中和水解液，各加5mL石油醚萃取薯蓣皂素，静置2 h后分别取石油醚相4μL进气相检测得峰面积。每支样品进样3次。

1.5 样品浓度的计算

样品进气相测得峰面积求平均值后，根据标准曲线得出薯蓣皂素浓度值，再根据取样量的大小换算成相应薯蓣皂素浓度。

2 结果与分析

2.1 不同HLB值乳化剂对薯蓣皂苷在水中分布影响

2.1.1 不同HLB值乳化剂对薯蓣皂苷在水提物中分布影响

不同HLB值乳化剂对薯蓣皂苷在水提物中分布影响，见图1。

图1 不同HLB值乳化剂对薯蓣皂素在水提物中浓度的影响Fig.1 Effects of the different HLB value emulsifiers on concentration of diosgenin in water extract

如图1所示，在黄姜水提物中，从整体HLB值与水提物中皂苷浓度的关系来分析（HLB在4.0～15.6范围），HLB值越高，水提物中皂苷浓度越大；

从分段HLB值上来分析，HLB值小于8时，随着HLB值的升高，水提物中皂苷浓度不断上升，HLB值大于12后也呈现相同的趋势，并且浓度上升幅度较大，从HLB值为4时的浓度0.139mg/mL上升到HLB值为15.6时的0.365mg/mL。

实验组与对照品相比，当HLB值大于7时，复合乳化剂对黄姜水提物中皂苷提取效果优于对照组；当HLB值小于7时，复合乳化剂对黄姜水提物中皂苷提取效果低于对照组。在李祥等[17]的研究中，所选用24种表面活性剂，其中十二烷基磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮溶质质量分数为1.0％时对薯蓣皂苷元的得率与对照组（不加表面活性剂）相比起抑制作用（溶质质量分数1.5％为最佳浓度）。理论上，低浓度表面活性剂对薯蓣皂苷的提取是起促进作用的，本文研究与李祥等人的研究中均出现了与此理论相悖的现象，原因有待进一步考察。

2.1.2 不同HLB值乳化剂对薯蓣皂苷在水提物离心后上清中分布影响

不同HLB值乳化剂对薯蓣皂苷在水提物离心后上清中分布影响，见图2。

如图2所示，在黄姜水提物上清液中，薯蓣皂素含量最大与最小浓度之差为0.074mg/mL，相比于水提物中薯蓣皂素浓度最大与最小值之差0.226mg/mL，前者显得数值偏小，因此，从整体上看，离心后上清中皂苷浓度受HLB值影响不大。造成这种现象的原因可能是：离心操作破坏了乳化剂、薯蓣皂苷、水三者构成的稳定体系，从而导致乳化剂对薯蓣皂苷在水中的增溶作用减弱甚至丧失。

图2 不同HLB值乳化剂对薯蓣皂素在离心后上清液中薯蓣皂素浓度的影响Fig.2 Effects of the different HLB value emulsifiers on concentration ofdiosgenin up clear liquid after centrifugation

从分段HLB值上看，当HLB值小于9时，HLB值与上清中皂苷浓度关系没有明显规律性，呈上下波动趋势。当HLB值由9上升到15.6时，皂苷浓度随着HLB值的上升不断升高。造成这种现象的原因可能是：离心操作破坏了乳化剂、薯蓣皂苷、水三者构成的稳定体系后，水相体系中溶解的乳化剂与薯蓣皂苷相互作用处于无序状态，HLB值的变化无法使薯蓣皂苷与乳化剂之间的相互作用恢复到特定体系，导致薯蓣皂苷在上清液中的含量变化与HLB值变化之间没有明确的对应关系。

与对照品相比，所选乳化剂系列对离心后上清液中薯蓣皂苷浓度的提高，影响不明显。

水提物与上清中皂苷浓度相比，HLB值为8时，均为浓度变化的一个拐点。HLB值为15.6时，为水提物与上清中皂苷浓度最高点。

2.2 不同乳化剂添加量对薯蓣皂苷在水中分布影响

2.2.1 不同乳化剂添加量对薯蓣皂苷在水提物中分布影响

对于HLB值为8的乳化剂，不同乳化剂添加量对薯蓣皂苷在水提物中分布影响见图3。

当乳化剂添加量小于1％时，水提物中皂素浓度基本保持平稳，高于1％后，提取率上升；当乳化剂添加量为1.5％时，对水提物中薯蓣皂素的提取效果最好，超过1.5％后，薯蓣皂素浓度迅速下降。根据李祥等人[17]的研究，出现这种现象的原因可能为：当表面活性剂水溶液的溶质浓度质量分数较小时，随着浓度上升，体系中形成的胶团增多，对薯蓣皂苷增溶作用增大，当超过饱合值时，形成的胶团结构过于紧密，薯蓣皂苷进入胶团内核的空间阻力太大，同时过多的表面活性剂超过了其在水中的溶解度，不溶解的表面活性剂将薯蓣皂苷包裹，使薯蓣皂苷水解不完全。

图3 乳化剂添加量对水提物中薯蓣皂素浓度的影响（HLB值=8）Fig.3 Effects of emulsifiers added amout on concentration ofdiosgenin in water extract

对于HLB值为15.6的乳化剂，不同乳化剂添加量对薯蓣皂苷在水提物中分布影响见图4。

图4 乳化剂添加量对水提物中薯蓣皂素浓度的影响（HLB值=15.6）Fig.4 Effects of emulsifiers added amout on concentration of diosgenin in water extract

水提物中薯蓣皂素浓度随乳化剂添加量的变化，其变化总趋势与HLB值为8时基本一致，但显然HLB值为15.6时，其受乳化剂浓度变化影响更为明显。

2.2.2 不同乳化剂添加量对薯蓣皂苷在水提物离心后上清中分布影响

不同乳化剂添加量对薯蓣皂苷在水提物离心后上清中分布影响如图5和图6所示。

图5 乳化剂添加量对水提物在离心后上清液中薯蓣皂素浓度的影响（HLB值=8）Fig.5 Effects of emulsifiers added amout on concentration of diosgenin up clear liquid after centrifugation

图6 乳化剂添加量对水提物在离心后上清液中薯蓣皂素浓度的影响（HLB值=15.6）Fig.6 Effects of emulsifiers added amout on concentration of diosgenin up clear liquid after centrifugation

在离心后上清液中，HLB值为8和15.6时，薯蓣皂苷浓度随着乳化剂添加量的变化总趋势与水提物中基本一致。这充分证明乳化剂添加量为1.5％时添加量为乳化剂适宜加入量。离心后上清中，薯蓣皂苷含量几乎都是水提物中含量的一半，可以得出离心后上清与离心后沉淀中薯蓣皂苷含量之比近似于1∶1。

李祥等[17]认为表面活性剂的浓度大小对黄姜中薯蓣皂苷提取的影响先促进后抵制的原因在于：低浓度，体系中所形成的胶团具有增溶作用，浓度达到一定程度时，超过了体系对表面活性剂的溶解度，表面活性剂将皂苷包裹，导致水解不彻底。

3 讨论

党民团[20]认为HLB值大于15时，表面活性剂具有增溶作用，HLB值在3～6或＞6时具有乳化作用。但显然HLB值大于15就有增溶作用无法解释HLB值的变化与在水中薯蓣皂苷提取量变化之间的关系。

将复合乳化剂应用到薯蓣皂苷的提取，目前尚未发现该研究的相关报道。在李谦[10]等的研究中，所选7种表面活性剂（非复合），随着HLB值（11～38.33）的升高，皂素提取率依次升高。此结论与本文结果吻合（HLB值4～15.6）。但在李祥[17]等的研究中，所选24种表面活性剂（非复合），皂素提取率的变化与HLB值（5.8～40）的变化之间无明显相关性。在杨转萍[2]等的研究中，随着HLB值（15.0～40）的升高，提取率与其也无明显相关性，关键在于作者添加表面活性剂的量是以临界胶团浓度而不是以表面活性剂的质量分数作为添加量参照标准。此作者与刘树兴等[16]持相同观点，认为表面活性剂在超过其临界胶团浓度后，具有很好的增溶作用。但他们的研究成果表明，其所选表面活性剂提高皂素提取率效果并不如李祥等明显。而李详等是以表面活性剂的质量分数作为添加量的参照标准。

是否复合乳化剂HLB值与乳化剂添加量之间的相互作用才引起薯蓣皂苷在水中分布的变化，而不是HLB值的变化或添加量的变化才引起薯蓣皂苷在水中分布的变化，这种可能性是存在的，但是根据李详[17]的研究表明：乳化剂添加量为溶质质量分数为1.5％时，得到的薯蓣皂素得率最好，这个添加比例跟本研究结果相同。本文是在复合乳化剂添加1.5％最佳比例的前提下，做了复合乳化剂不同HLB值变化对水中薯蓣皂苷分布影响的实验，即复合乳化剂的HLB值与乳化剂添加量之间的相互作用引起薯蓣皂苷在水中分布的变化可能性极小。

4 结论

通过对由单硬脂酸甘油酯、Span-60和tween-40配制而成的14种不同HLB值乳化剂对薯蓣皂苷在水中分布影响比较研究发现：HLB值在4～12范围内，HLB值为8的乳化剂对用水提取的薯蓣皂苷的增溶作用最强；HLB值在12～15.6范围内，HLB值为15.6的乳化剂对用水提取的薯蓣皂苷增溶作用最强；HLB值在4～15.6范围内，HLB值为15.6的乳化剂对用水提取的薯蓣皂苷增溶作用最强；HLB值在4～15.6范围内，乳化剂对水提取薯蓣皂苷离心后的上清液中皂苷浓度影响不大；乳化剂添加量为1.5％时，对薯蓣皂苷在水提物及水提物上清中增溶效果最好。

本研究的实验结果为下一步清洁生产工艺的设计提供了基础数据。

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Effect of the Composite Emulsifiers on Dioscin from Dioscorea zingiberensis C.H.Wright Distribution in Water

YANG Chun-yue1，ZHU Jing-bo1，*，WANG Zhen-zhong2，XIAO Wei2
（1.Institute of Chemistry and Applications of Plant Resources，Dalian Polytechnic University，Dalian 116034，Liaoning，China；2.JiangsuKanion Pharmaceutical Co.，Ltd.，Lianyungang 222001，Jiangsu，China）

Effect of different HLB value composite emulsifiers which was prepared by span-60 and tween-40 and emulsifier amount ondioscin distribution in waterwere investigated.The relationships between the HLB value and content of diosgenin in water extract and water extract supernatant，and between the different amount of emulsifiers and content of diosgenin in water extract and water extract supernatant were examinedthrough the single factor experiments.The results showed as follows：whenHLB value was in the 4 to 12 range，there was the strongestdioscinsolubilizationin water extraction for HLB value of8 compositeemulsifier.When HLB value was in the 12-15.6 range，there was the strongestdioscinsolubilization in water extraction for HLB value of 15.6 composite emulsifier.When HLB value was in the 4-15.6 range，there was thesolubilization strongestdioscinin water extraction for HLB value of15.6 composite emulsifier.When HLB value was in the 4-15.6 range，there was not obvious impact on dioscin concentration in the supernatant fluid after centrifugation of water extraction for composite emulsifier.Composite emulsifiers with HLB value of 8 and 15.6 that content was 1.5％had the bestsolubilization effect on dioscin in the water extraction and supernatant of water extraction.

composite emulsifiers；HLB value；dioscin；extract in water

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.04.007

2012-12-25

中药制药过程新技术国家重点实验室资助（SKL2010M 0205，SKL2010Z0201）

杨春月（1987—），女（汉），硕士研究生，主要从事天然产物的化学利用。

*通信作者：朱靖博（1963—），男（汉），教授，博士，主要从事天然产物的化学利用。