三种不同萃取方法对印楝种子活性物提取率的影响

邸向辉，徐国祺，刘泽旭，王立海

(东北林业大学 工程技术学院，哈尔滨 150040)

随着经济的建设与发展，国内木制品的需求逐年增加，致使木材资源锐减。因此，通过外力干预进行木材保护而实现木材节约已成为我国发展循环经济和建设集约型社会的必然要求。通过对耐腐性较差的人工林木材进行防腐保护处理，提高其耐腐防虫能力和防变色能力，进而延长木材的使用寿命是目前木材应用中的常见手段[1-2]。随着人们的环保意识的增强，在我国木材防腐研究领域中寻求对人、畜无害，对环境无污染的木材防腐剂成为研究热点[3-4]。很多学者与企业合作研究开发了一些防腐效果优异的环境友好型木材防腐剂，在这些研究中也对植物提取物的防腐性能展开了广泛而深入的研究，并取得了一些可喜的成绩[3，5]。植物中的次生代谢产物超过40万种，其中生物碱、类黄酮、酚类、氨基酸和多糖等均具有广谱的杀虫或抗菌效果，因此，对作为新型木材防腐剂的植物活性物开发与利用的前景十分广阔[5]。

近年来，印楝植物提取物作为植物源木材防腐剂的潜在可能性被众多学者所研究。印楝果核含有以印楝素为主的具有杀虫、抑菌功效的活性物质。印楝素的除虫抑菌机理主要是作用在昆虫神经肽，阻止昆虫表皮几丁质形成。印楝素不影响胆碱脂酶活性，因此对人及其他高等动物不会产生毒害作用。印楝素等成分是目前世界公认的广谱、高效、低毒、易降解和无残留的杀虫剂，且没有抗药性，对几乎所有植物害虫都具有驱杀效果[6]。为了提高活性物质的提取率、节约资源和能源，经过长期的研究与开发，现已有很多高效的提取(萃取)方法，其中有超声波萃取法(UE)、大孔树脂吸附分离法、微波萃取法(MAE)、酶法萃取和超临界CO2萃取法(SFE)等。为了在众多方法中选出一种适合印楝活性成分的提取方法，以获得更高的提取率，本文采用乙醇-水溶液作为提取溶剂，分别采用超声波震荡萃取法、微波辅助萃取法和温水浴搅拌加速萃取法三种不同的萃取方法对印楝种子粉末的活性物进行提取，比较3种提取方法对活性物质提取率的影响。

1 超声波法、微波法和水浴法萃取原理

1.1 超声波震荡萃取法

超声波震荡萃取法是利用超声波独有特性而对物质进行溶解萃取。超声波振动频率大于20千赫兹，是一种方向性强、震荡频率高、波长短、加速度高的声波，能够在气、液、固或固熔体等介质中传播很强的能量[7-8]。超声波在植物活性物提取方面的应用中，能够提高物质分子间的碰撞速度，分散并破坏植物组织，使得溶剂能够穿透组织，促进植物活性成分溶入溶剂中，缩短作用时间，进而提高植物活性物的提取率，同时大大减少萃取时间。超声波震荡萃取法是将电能直接转化为动能，区别于加热法的能量转换过程。超声波震荡法能使溶剂提取工作在常温或室温下进行，能够有效保护植物活性物中对温度敏感成分的保护[7，9]。

1.2 微波萃取法

微波萃取法是利用电磁波中波长1 mm-1 m的高频微波，将被萃取物溶于溶剂中，通过微波反应器发射高频电磁波，使得被萃取物中的化学活性成分迅速溶出[10-12]。微波萃取法操作简便、省时迅速、成本较低、提取物质纯度高以及提取率高等特点，微波萃取法具有较大的应用空间，主要表现在样品分析制备、植物活性物提取等方面的应用。微波萃取法的主要机理有热效应、溶剂界面扩散效应和溶剂激活效应等，微波萃取的热效应是物料极性分子在微波作用下运动方向发生周期性变化，分子间频繁碰撞摩擦，产生大量热，使得物料在短时间内温度迅速升高，物料物理性质发生改变，迅速溶入溶剂；界面扩散效应是指电磁波产生的电磁场加速溶剂界面扩散速率，使得物料与溶剂充分接触，提高萃取率；激活效应是指极性溶剂吸收微波能力较非极性溶剂容易，从而提高溶剂的活性，使得溶剂与物料间的作用更为有效，进而提高萃取率[13-15]。

1.3 水浴搅拌法

水浴搅拌法是利用水浴锅对物料与溶剂进行温水浴并均匀搅拌，加速物料中活性物的萃取。水浴搅拌法具有操作简便、条件要求低、成本低等优点。水浴加热搅拌能够避免直接加热造成剧烈、过高的、不可控的温度产生，能平稳加热，防止温度过高使得温度敏感的植物活性物失去活性。温水浴的同时，辅助自动搅拌，使得物料与溶剂充分接触，实现溶剂对物料活性物的最大溶解程度，进而提高溶剂的萃取率。

2 材料与方法

2.1 材 料

印楝(Meliaazederach)种子，于2013年4月采自云南昆明，成熟饱满的种子随机采自于不同印楝树，采后室内阴干。无水乙醇(分析纯，天津市天理化学试剂有限公司)；蒸馏水。

2.2 仪器设备

主要仪器有三孔萃取瓶、烧杯、量杯、玻璃棒、布氏漏斗和滤纸等；其他仪器设备(见表1)。

表1 仪器设备

2.3 方 法

将阴干后印楝种子(种皮和种仁)用高速离心粉碎机磨成过20～40目筛子的粉末；用电子天平，称取20 g(m0)印楝种子干粉末，置于烧杯中；按照试验所需物液比加入不同浓度的乙醇水溶液，充分搅拌，用保鲜膜封住烧杯口；分别放入数码超声波清洗机、微波反应罐、数显恒温水浴锅中，设置功率、温度、搅拌速度和时间等参数(见表2)，反复提取3次，用真空泵、布氏漏斗抽滤液；将3种工艺提取出的滤液置于已称重(m1)的旋转蒸发瓶中，在旋转蒸发仪上进行旋转蒸发，旋转蒸发水浴温度为40℃。旋转蒸发后，称取蒸发瓶与瓶壁剩余物的总重(m2)。

表2 试验参数

每组试验做三次平行重复试验，计算平均值。

印楝粗提率的计算公式如下：

(1)

在对印楝活性物进行提取时，为避免其在提取过程中失去防腐、防虫活性，萃取过程中温度控制在60℃以内，因此，温度选择为30、40、50℃3组；为了充分溶解活性物且尽可能保证不浪费溶剂，查阅并参考相关文献[3，6]，本文将物液比参数设置成常见的3组比例，即粉末与乙醇水溶液选择1∶8、1∶10和1∶12。

3 结果与分析

3.1 提取温度对提取率的影响

对印楝种子粉末进行活性物提取时，温度不宜过高，为此选择了30、40、50℃，3组温度参数，采用超声波震荡法、微波萃取法和水浴搅拌法等3种方法，在物液比1∶10条件下，乙醇水溶液的体积分数80％条件下对印楝种子粉末进行萃取。根据公式(1)计算采用三种萃取方法取得印楝活性物的粗提率，根据平均粗提率绘制的散点折线如图1所示。

由图1可以看出，3种萃取方法的提取率均随着温度的升高而增大，增大的幅度略有不同，增幅最大的是微波萃取法，其次是水浴搅拌法，最后是超声波萃取法；3种方法在30℃和40℃条件下，提取率的大小关系一致，即：超声波萃取法>微波萃取法>水浴搅拌法；50℃条件下，微波萃取法>超声波萃取法>水浴搅拌法。

图1 采用3种萃取方法在不同温度条件下提取率比较

表3方差分析

Tab.3 Analysis of variance

方差来源离差平方和自由度均方F值临界值LA提取温度7.5723.7927.07∗LB提取方式13.3126.6647.57∗Le0.5440.14—F0.005(2,4)=26.28

由表3的方差分析可知，在水平α=0.005下，提取温度、提取方式的F值均大于临界值F0.005(2，4)=26.28，所以可以得出提取温度和方式对提取率具有显著性的影响。

3.2 物液比对提取率的影响

采用超声波震荡法、微波萃取法和水浴搅拌法等3种方法，分别在物液比1∶8、1∶10和1∶12条件下，温度控制在50℃，乙醇水溶液的体积分数80％条件下对印楝种子粉末进行萃取。根据公式(1)计算采用三种萃取方法取得印楝活性物的粗提率，据平均粗提率绘制的散点折线如图2所示。

表4方差分析

Tab.4 Analysis of variance

方差来源离差平方和自由度均方F值临界值LA物液比5.2522.63350.67∗LB提取方式1.8420.92122.67∗Le0.0340.0075—F0.001(2,4)=61.25

由图2的3种萃取方法在同温度下，物液比不同的条件下，提取率均随着物液比的减小而增大；采用3种提取工艺在3种物液比的条件的粗提率大小关系是：微波法>超声波法>水浴法。

根据表4中的方差分析数据显示，物液比和提取方式的F值远大于临界值F0.001(2，4)=61.25，说明物液比也对提取率具有很大的影响。

4 结 论

通过试验结果分析可得以下结论：

(1)超声波震荡萃取法、微波萃取法、水浴搅拌法在对印楝种子活性成分提取时，提取率均随着温度的升高而增大，随着物液比的降低而增大。

(2)提取温度、提取方式和物液比对印楝种子活性成分的提取率均具有显著性的影响，在检验水平α非常低的情况下，提取温度的显著性检验F=27.07>F0.005(2，4)=26.28，提取过程中的物液比的显著性检验F=350.67≫F0.001(2，4)=61.25。

(3)在对印楝活性物提取过程中，通过3种常见方法的提取率试验结果的比较，控制提取温度在50℃，印楝种子粉末与乙醇-水之比为1∶12的条件，采用微波萃取法能够获得比超声波震荡法和水浴搅拌法更高的提取率，其值高达12.84％。

(4)采用超声波震荡法与水浴搅拌法对印楝活性物提取时所用的仪器设备价格便宜，操作简便，而微波萃取法试验设备价格较贵，操作复杂，因此尽管具有高提取率优势的微波萃取法也有其试验成本高的劣势。

【参 考 文 献】

[1]邸向辉，李 琛，王立海.ACQ-B防腐处理对木箱包装材料力学性能的影响[J].森林工程，2013，29(1)：50-53.

[2]邸向辉，鲍震宇，侯捷建，等.小兴安岭天然次生林伐区伐根高度统计分析[J].森林工程，2013，29(6)：1-3

[3]胡生辉，徐国祺，付跃进，刘君良.植物源提取物木材防腐剂的研究现状与展望[J].世界林业研究，2011，24(1)：51-55.

[4]Xu G，Wang L，Liu J，et al.Decay resistance and thermal stability of bamboo preservatives prepared using camphor leaf extract[J].International Biodeterioration & Biodegradation，2013，78：103-107.

[5]李 权，林金国.树木提取物用作木材防腐剂的研究进展[J].广东农业科学，2012，39(15)：96-99.

[6]陈笳鸿.国树木提取物开发利用现状与展望[J].林产化学与工业，2008，28(3)：111-116.

[7]彭黎旭，冯信平，吴莉宇等.印楝种子中杀虫活性成分的分离提取研究[J].热带作物学报，2001，22(4)：55-60.

[8]钟振声，冯 焱，孙立杰，等.超声波法从葡萄籽中提取原花青素[J].精细化工，2005，22(1)：41-43.

[9]刘希夷，陈均志，吴永彦，等.超声波萃取法提取紫苏籽油的研究[J].粮油加工，2008，(3)：55-57.

[10]陈 正，刘常坤.超声波萃取菠菜叶中叶绿素的研究[J].化学与生物工程，2004，21(6)：37-38，56.

[11]陈亚妮，张军民.微波萃取技术研究进展[J].应用化工，2010，39(2)：270-272，279.

[12]骆健美，卢学英，张敏卿.微波萃取技术及其应用[J].化工进展，2001，20(12)：46-49.

[13]刘春娟.微波萃取技术应用及其研究进展[J].广东化工，2008，35(3)：53-55，58.

[14]刘川生，王 平，王立飞，等.微波萃取技术在天然药物提取中的研究进展[J].中国天然药物，2003，1(3)：60-65.

[15]王明芝，于丽梅，高春梅.等.微波萃取技术在中药及天然产物提取中的应用[J].人参研究，2009，21(2)：29-33.