植物药提取废渣中再次提取有效成分的研究*

杨 威，王 丽，王 玮，车春波，李俊生，左金龙

（1.哈尔滨商业大学 环境工程系，黑龙江 哈尔滨150076；2.哈尔滨商业大学 生命科学与环境科学研究中心，黑龙江 哈尔滨150076）

植物药提取废渣中再次提取有效成分的研究*

杨 威1,2，王 丽2，王 玮2，车春波1，李俊生1，左金龙1

（1.哈尔滨商业大学 环境工程系，黑龙江 哈尔滨150076；2.哈尔滨商业大学 生命科学与环境科学研究中心，黑龙江 哈尔滨150076）

利用微波萃取技术针对某中药厂双黄连制剂生产过程中产生的废弃黄芩提取药渣进行了有效成分的再次提取并同传统水提工艺进行了对比。以有效成分（黄芩苷）收率做为考察指标，用正交设计结合单因素分析方法考察微波提取黄芩苷的最佳提取条件，旨在探讨植物药提取废渣的再利用价值、探寻植物药提取废渣资源化的有效途径。结果表明：各因素对黄芩苷收率的影响依次为：乙醇浓度＞粒径＞功率＞提取时间，其中乙醇浓度为显著性影响因素，最佳工艺为：以30%乙醇作为提取溶剂，黄芩药渣粒径80目，微波功率选择500W，微波提取2min。与水提工艺相比，在最佳工艺条件下，微波提取工艺能够获得较高收率的黄芩苷。

植物药提取废渣；有效成分；微波提取；正交实验

前言

中药废渣主要源于各类中药的生产过程，其中在中成药的生产过程中所残留的废药渣最多,约占药渣总量的70%[1]。国内90%以上的生产厂家将药渣作为废料垃圾，对药渣采取堆放或焚烧，利用药渣自身资源的实例鲜有报道。以北药中的重点药材黄芩为例，以黄芩为主要原料的制药厂每年都会产生大量的黄芩提取废渣，这些废弃药渣并未得到很好的处置和利用，仍然作为一种废弃物而被遗弃。

有学者研究了用相同工艺提取黄芩及其提取残渣中的活性成分-黄芩苷，其中70.3%的黄芩苷被遗留在了黄芩药渣中[2]，温度、时间、pH、粒度、结合态等因素对黄芩苷的提取率均有显著的影响。可见，黄芩虽然经过了提取，但其提取残渣中还留存大量有效成分，因此黄芩药渣极具开发利用价值。但是人们对黄芩药渣潜在价值的认识目前还不充分。

微波提取技术是将微波和传统的溶剂萃取法相结合后形成的一种新的萃取方法,该技术是目前公认的绿色样品预处理技术之一[3],其在环境、生化、食品、工业以及天然产物和中药等诸多领域都有着广泛的应用[4]。近年来，应用微波辅助萃取中草药中有效成分的报道已有了一些[5，6]，同传统萃取方法相比，微波法具有高效、简便、省时、环保等诸多优点。

为了探索黄芩植物药废渣的再利用价值，本文采用微波萃取技术对黄芩植物药提取废渣中的有效成分-黄芩苷进行了提取，并通过正交试验优化了微波萃取工艺条件，旨在为进一步开展黄芩药渣的综合利用提供参考依据。

1 仪器与试剂

1.1 实验仪器

惠而浦家用微波炉（顺德惠而浦蚬华微波制品有限公司），UV-2102型紫外分光光度计（尤尼柯上海仪器有限公司）。

1.2 实验材料

黄芩废药渣（哈药集团中药二厂），黄芩苷标准品（中国药品生物制品研究所），所用的其他试剂均为分析纯。

2 实验方法

2.1 黄芩药渣的预处理

将黄芩药渣置于烘箱中在105℃干燥5h，待冷却后粉碎，过筛待用。

2.2 提取工艺

2.2.1 微波提取法

精确称取处理后的黄芩药渣细粉1.0g于微波炉专用容器中，加入一定量的溶剂，微波提取一定时间。提取结束后双层滤纸抽滤，将滤液转移到250mL烧杯中，加入6mol·L-1盐酸，调pH值至1～2，将盛有滤液的烧杯放入80℃水浴锅中加热30min，待黄芩苷沉淀完全，将其转移至离心管中，趁热离心15min（3000r·min-1），弃上清液，沉淀用70%乙醇洗涤，在80℃水浴锅中微热溶解，然后将其转移到50mL容量瓶中，再加入70%乙醇数次入容量瓶中，加至刻度，摇匀，即得样品液。

2.2.2 水煮提取法

精确称取3份1.0g药粉置于三个100mL圆底烧瓶中，加入50mL水作溶剂，在电热套上加热，烧瓶上端接有冷凝管，回流1.5h。其他操作同2.2.1。

2.3 黄芩苷的含量测定方法

2.3.1 标准工作曲线的绘制

2.3.2 样品液中黄芩苷含量的测定

精密量取样品液0.2mL，置25mL容量瓶中，用0.2mol·L-1盐酸定容至刻度，摇匀，在分光光度计上278nm处测定吸光度。根据回归方程计算黄芩苷的含量。

2.3.3 药渣中黄芩苷提取率计算公式

黄芩苷提取率=[C×25mL×50mL/0.2mL]/M× 106×100%

式中：C—样品液的浓度（μg·mL-1）、M—称取药粉质量（g）。

3 结果与讨论

3.1 单因素分析

周岱翰曾治疗过两个同时查出肝癌的患者。其中一个到美国进行肝移植，另一个由他进行中药调理。半年后，两人在美国见面。肝移植的病人大哭不止，因为移植后他几乎被完全监护，开口怕吃错，动手怕做错，过得生不如死。而另一个病人在感觉症状减轻后便携妻子周游世界。288天后，肝移植病人在痛苦中死去了。虽然另一人一年后也过世了，但在他生命最后的日子里，活得很滋润，走得没有遗憾。

3.1.1 药渣粉碎粒径对黄芩苷收率的影响

药渣萃取过程中，为使有效成分溶出率增大，通常采用粉碎法对原料进行预处理[8]。本研究对不同粒度的黄芩药渣进行了提取实验。其他工艺条件相同：选择30%的乙醇作溶剂，微波输出功率500W，微波提取2min。按2.2.1操作，考察原料粒径对黄芩苷提取率的影响情况，结果见图1。由图1可见，当黄芩药渣的直径在0.18～0.4mm之间时，黄芩苷提取率较高；当药渣的直径增大到0.4mm以后，黄芩苷提取率随着药渣粒径的不断增加而出现下降趋势。分析其原因可能是吸附作用和扩散作用决定了黄芩苷溶出量的变化。当粒径大于最佳粉碎粒径时，扩散作用对黄芩苷溶出量起主导作用。黄芩颗粒越大，从颗粒表面到中心的距离就越长，扩散过程所需要的时间也就越长。因此，颗粒越大，黄芩苷的溶出量越小。当药渣粒度小于最佳粉碎粒度范围时，吸附作用对黄芩苷溶出量的影响起主导作用，表面能的影响使得小粒度下的黄芩难以过滤。

在最佳粒径范围内，颗粒的比表面积相对较大，同时其与水的接触面积较大，因此颗粒表面及其附近的黄芩苷就会很快地进入到溶液中。对于颗粒内部的黄芩苷分子，由于颗粒表面到其中心的距离较短，溶剂水向黄芩颗粒内部渗透的过程所需的时间较短，颗粒内部的黄芩苷分子进到溶液中所需的时间就短，因此其就可以较快地进入到溶液中。

当吸附作用与扩散作用对黄芩苷溶出量的影响达到平衡状态时，两种作用影响程度相当，均不起主导作用。二者对黄芩苷溶出量的影响几乎可以相互抵消，在最佳粉碎粒径范围内，黄芩苷的溶出量变化不大。因此这个粒径范围即黄芩提取的最佳粉碎粒径范围[8]。

图1 药渣粒度对黄芩苷提取率的影响Fig.1 Influence of granularity on extraction efficiency of baicalin

3.1.2 微波输出功率的影响

为了探讨微波的输出功率对黄芩苷的提取收率的影响，选取药渣粒度0.25mm，其它工艺参数不变（同上），按2.2.1操作，通过改变微波的输出功率来进行辐照提取，结果见图2。

图2 微波输出功率对黄芩苷提取率的影响Fig.2 Influence of microwave power on extraction efficiency of baicalin

由图2可知，随着微波的输出功率不断增大，黄芩苷的提取率也随之提高，当输出功率达到500W时，提取率达到最大，之后随微波输出功率的不断提高，黄芩苷提取率并没有显著增加的趋势。分析其原因可能是在输出功率较低时，电场强度较小，分子运动较缓慢，达到预设的温度所需时间较长，恒温提取时间较短，同时对细胞膜的破碎作用较小，导致提取率不高；随着输出功率的不断增大，电场强度随之增强，分子运动加剧，升温速度较快，恒温提取时间有所延长，细胞膜的破碎程度不断加大，因此黄芩苷的提取率随着输出功率的增强而升高。但当功率过大时，升温速度过快，在很短的时间内就达到了预设的温度，恒温时间内绝大部分的时间微波已经停止了辐射，只是提取时间在起作用；然而微波对细胞膜的破碎是有一定限度的，随着输出功率的增大，微波对细胞内物质选择性加热的性能差异减小，一些可溶性杂质不断溶出且含量增多，吸附了有效成分，最终导致黄芩苷的提取率下降[9]。

3.1.3 微波提取时间的影响

参照3.1.2的工艺参数，微波功率500W时，通过改变辐照时间进行微波提取实验，操作见2.2.1。目的是探讨微波辐照时间对黄芩苷得率的影响，结果见图3。由图3可以看出，随着提取时间的延长，3min之前黄芩苷提取率不断提高并在3min时达到最大。3mim以后，随提取时间的延长提取率并没有进一步明显增加的趋势，反而略有下降的趋势。分析原因其一可能是微波炉升压到预设的温度需要一定的时间，而对于黄芩苷的萃取在这段时间内已达到完全;其二可能是微波作用的时间过长，使酶的活性有所提高，进而加速了黄芩苷的水解过程[10]。

图3 微波辐射时间对黄芩苷提取率的影响Fig.3 Influence of microwave irradiation time on extraction efficiency of baicalin

3.1.4 溶剂浓度的影响

图4 乙醇浓度对黄芩苷提取率的影响Fig.4 Influence of ethanol concentration on extraction efficiency of baicalin

参照3.1.2项工艺参数，为探讨溶剂的浓度对黄芩苷提取率的影响，改变溶剂浓度进行微波提取实验研究，结果见图4。由图4可知，随着乙醇的浓度不断升高，起初一段时间黄芩苷的提取率也随之升高，当乙醇浓度达到30%时黄芩苷提取率达到最大，当乙醇的浓度超过30%时，随着乙醇的浓度继续增加，黄芩苷的提取率变化则不显著。分析其原因这可能与黄芩苷的结构有关，因为它是一种黄酮衍生物，具有一定的脂溶性[11]，这样黄芩苷在30%的乙醇水溶液中就会有较高的溶解度，所以黄芩苷的提取率较高。

3.2 正交实验设计与结果

3.2.1 正交实验设计

根据单因素试验结果，选取粒径A、输出功率B、提取时间C、乙醇溶液浓度D四因素3水平，建立L9（34）正交表，提取实验因素水平见表1。

表1提取实验因素及水平Table 1 The factors and levels of the extraction experiments

3.2.2 正交实验结果与分析

表2 正交实验结果及分析Table 2 The result and analysis of orthogonal experiment

按L9（34）正交表2安排实验，实验结果见表2。正交实验结果显示，RD＞RA＞RB＞RC,四个因素对得率影响的主次顺序依次为乙醇浓度、粒径、输出功率、提取时间。乙醇浓度是决定黄芩苷得率的最主要因素,其次是粒径和输出功率,影响最小的是提取时间。因此，正交实验优化的最佳工艺为：D3A3B2C3，即以50%乙醇为溶剂，药渣粒径为80目（0.18mm），输出功率500W，微波提取3min。考虑到经济节能以及主次因素对实验结果的影响程度，最佳工艺合理化改进为D2A3B2C2，即选取30%乙醇作溶剂，药渣粒径为80目（0.18mm），输出功率500W，微波提取2min。

3.3 验证实验

精确称取80目（0.18mm）黄芩药渣1.0g，加入50mL 30%乙醇溶液，500W功率条件下微波提取2min，其他操作同2.2。结果见表3。平均提取率为9.03%。

表3 验证实验结果Table 3 The results of validation experiment

重复性实验的目的是为了检查测定的精密度，有利于减少随机误差。从重复性实验的结果来看，测定结果十分接近，离群值较少，实验的精密度较高。

3.4 水提法提取黄芩苷实验

按照2.2.2的操作进行实验，进行三次平行实验。结果见表4。

表4 水提法实验结果Table 4 The results of aqueous extraction

从实验结果可以看出，水提法用时1.5h，黄芩苷提取率为2.60%。而上述微波法在最佳工艺条件下，黄芩苷提取率为9.03%，用时仅2min。可见，微波法不但用时少，而且提取率明显高于水提法。

4 结论

（1）单因素实验表明；乙醇浓度、药渣粒径、微波功率及微波提取时间是影响有效成分-黄芩苷提取率的重要因素。进一步通过正交实验确定了乙醇浓度是决定黄芩苷得率的最主要因素,其次是粒径和输出功率,影响最小的是提取时间，并优选出微波提取最佳艺条件:选取30%乙醇作溶剂，黄芩药渣粒径80目（0.18mm）,微波输出功率500W，微波提取2min。

（2）同传统工艺-水提提取法相比，水煮提取法存在提取时间长，收率低的局限性。而微波提取法具有明显的工艺优势。不仅仅处理时间短,而且提取率高,平行性好。具有省时、高效、节能、环保等诸多优点。

（3）微波提取最佳工艺条件下，废弃的黄芩提取药渣中黄芩苷得率可达9%，说明黄芩提取药渣中仍含有丰富的药用有效成分-黄芩苷，这部分药用有效成分经过提取加工之后，再利用价值较高，会为中药生产企业创造一定的经济效益。这一结果，不仅提供了一种合理处置中药制药企业中大量的废弃药渣的新方法，并且在充分利用药用植物资源、探寻废弃药渣再资源化途径方面具有一定的参考价值。

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［11］国家药典委员会.中华人民共和国药典［S］.北京:化学工业出版社,2005:211.

Extracting Active Component from Extractive Residue of Chinese Herbal Medicine

YANG Wei1,2,WANG Li2,WANG Wei1,CHE Chun－bo1,LI Jun－sheng1and ZUO Jin－long1
（1.Department of Environmental Engineering,Harbin University of Commerce,Harbin 150076,China;2.Center of Research and Development on Life Sciences and Environmental Sciences,Harbin University of Commerce,Harbin 150076,China）

Extracting active component from Chinese herbal medicine extractive residue which came from a traditional Chinese medicine plant was carried out by means of microwave－assisted extraction and the technique was compared with the traditional one（aqueous extraction）.In order to discuss the recycle value of extracting from the extracted Chinese herbal residue,and to seek for the efficient path for recycling of Chinese herbal residue,the process for extracting baicalin was optimized with using yield of baicalin as the investigation index by means of single factor analysis and orthogonal experiments.The results showed influence factors on baicalin yield as follows（form great to less）:ethanol concentration＞granularity of extractive residue＞microwave power＞duration of microwave irradiation.And the ethanol concentration was the significant influencing factor.The optimal parameters were obtained as follows:30%ethanol was chosen as the extraction solvent;the microwave power was 500W;the granularity of the extraction residue was 80 meshes;the duration of microwave irradiation was 2min.The higher yield of baicalin could be achieved by microwave－assisted extraction.

Extractive residue of Chinese herbal medicine;active components;microwave－assisted extraction;orthogonal experiment

X787

A

1001-0017（2014）03-0162-05

2014-03-03 *基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究资助项目（编号：11531071）

杨威（1964～），女，博士，教授，硕士生导师，研究领域：环境化学与水处理技术。