超声提取凤眼莲活性成分的工艺研究

李本俊, 徐 鑫, 李奕诺, 关桦楠

(1.辽宁医药职业学院药学系，辽宁沈阳 110101；2. 沈阳药科大学药学院，辽宁沈阳 110016；3. 辽宁中医药大学药学院，辽宁大连 116600；4. 哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江哈尔滨 150076)



超声提取凤眼莲活性成分的工艺研究

李本俊1, 徐 鑫2, 李奕诺3, 关桦楠4

(1.辽宁医药职业学院药学系，辽宁沈阳 110101；2. 沈阳药科大学药学院，辽宁沈阳 110016；3. 辽宁中医药大学药学院，辽宁大连 116600；4. 哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江哈尔滨 150076)

[目的] 研究超声提取凤眼莲活性成分的工艺条件。[方法]通过对超声辅助提取凤眼莲活性成分工艺进行优化，然后设计正交试验，选出较为合理的工艺条件，提高凤眼莲活性成分的提取率。以乙醇为溶剂，以超声波为辅助条件，分别考察提取溶剂乙醇浓度、提取频率、提取时间和物料与溶剂比4个单因素对提取率的影响，通过单因素和正交试验，优化凤眼莲中活性成分的提取工艺。[结果] 凤眼莲中活性成分的最佳提取工艺为乙醇浓度50%、料液比1∶30、超声时间20 min、超声频率70 kHz。[结论]此试验可以作为凤眼莲活性成分提取工艺的参考。

凤眼莲；活性成分；超声提取；正交试验

凤眼莲(EichhorniaCrassipes)为雨久花科凤眼莲属，因其在根与叶之间有一个个像葫芦状的大气泡又称水葫芦，又名水浮莲、水荷花、洋水仙、水生风信子等，学名布袋莲，原产南美洲热带、亚热带地区的委内瑞拉、巴西等国家，为多年生漂移性水生草本植物[1]。在亚洲、北美、大洋州和非洲的很多国家和地区均有生长，是世界上生长、繁殖最快的水草之一[2]。由于其生命力强，繁殖能力快，会覆盖水面、堵塞河道，影响航运、污染水体并降低水质，破坏水生生态系统结构，导致水生动物死亡，破坏自然环境，降低生物多样性；为蚊蝇滋生提供场所，危及人类和家畜的健康，影响农业的发展；其死亡后，腐烂体会形成重金属层，直接杀伤底栖生物。因此，凤眼莲已成为世界性的水生恶性杂草、世界十大害草之一，更是一种“绿色污染”[3-4]。

目前国内外的学者对凤眼莲的药用价值也进行了一系列的研究。有大量文献报道凤眼莲总黄酮、多糖成分的提取工艺[5-8]。也有学者对凤眼莲化学成分进行研究、对凤眼莲的粗提取物和各成分进行活性探索，主要分离出生物碱类、邻苯二甲酸酯衍生物类、苯基衍生物等，初步探讨其活性，得到了凤眼莲具有抗细菌、抗真菌、抗藻类、抗肿瘤、抗氧化等药理作用[9-10]。超声波提取法是采用超声波辅助提取溶剂进行提取的方法。因超声波提取不会改变有效成分的结构，同时缩短了提取时间，提高了有效成分的提取率和原料的利用率，从而为重要成分的提取提供了一种快速、高产的提取新方法。近年来，超声技术应用于提取植物中的生物碱、苷类、生物活性物质、动物组织浆的毒质等研究已有报道[11-12]，表明其具有能耗低、效率高、不破坏有效成分的特点。很多研究表明，利用超声波产生的强烈振动、高的加速度、强烈的空化效应、搅拌作用等,可加速植物材料中的有效成分进入溶剂，从而增加有效成分的提取率，缩短提取时间，还可避免高温对提取成分的影响[11]。笔者以超声波辅助提取水葫芦活性成分，研究其提取工艺条件，为凤眼莲药用价值的开发利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1研究对象。凤眼莲饮片1 kg，购于广西。经辽宁中医药大学药学院中药鉴定教研室翟延君教授鉴定为雨久花科凤眼莲属多年生宿根浮水草本植物凤眼莲(EichhorniaCrassipes)的干燥全草。

1.1.2主要仪器。 超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)，KQ-500DE；循环水式真空泵(巩义市予华仪器有限公司)，SHZ-ⅢA；电热恒温水浴锅(天津市泰斯特仪器有限公司)，DK-98-Ⅱ；电子计重秤(上海香山日衡工贸有限公司)，ACS-6-2E14；旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂)，RE-2000A。

1.1.3主要试剂。95%乙醇、无水甲醇，均为分析纯，市售。

1.2 方法

1.2.1超声辅助提取方法。取凤眼莲饮片，粉碎，并过筛。准确称取凤眼莲粉末5 g，放入250 ml锥形瓶中，按照一定的料液比加入提取剂乙醇，放入一定频率的超声波清洗仪中，在一定的温度下超声提取一定的时间。提取结束后，用砂芯漏斗进行抽滤分离，并用乙醇洗涤凤眼莲残渣2～3次，获得凤眼莲活性成分与乙醇的混合物，然后将获得的混合物进行旋转蒸发，回收溶剂，得到的凤眼莲活性成分用甲醇转移至蒸发皿中，于水浴锅中烘干后称重计算收率。提取率(%)=(提取凤眼莲活性成分质量/凤眼莲粉末质量)×100%。

1.2.2单因素试验。

1.2.2.1乙醇浓度对提取率的影响。分别准确称取5.0 g凤眼莲干粉，加入体积浓度为40%、50%、60%、70%、80%的乙醇溶液100 ml，在温度为23 ℃、超声频率为70 kHz下，提取30 min，探讨乙醇浓度对活性成分提取率的影响。

1.2.2.2提取时间对提取率的影响。分别准确称取5.0 g凤眼莲干粉，加入体积浓度为50%的乙醇溶液100 ml，在温度为23 ℃、超声频率为70 kHz的条件下，提取20、30、40、50、60 min,探讨提取时间对活性成分提取率的影响。

1.2.2.3超声频率对活性成分提取率的影响。分别准确称取5.0 g凤眼莲干粉，加入体积浓度为50%的乙醇溶液100 ml，在温度为23 ℃、频率为50、60、70、80、90 kHz的超声提取30 min，探讨超声频率对活性成分提取的影响。

1.2.2.4料液比对活性成分提取的影响。 分别准确称取5.0 g凤眼莲干粉，加入体积浓度为50%的乙醇溶液，其料液比分别为1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50，在温度为23 ℃、频率为90 kHz下超声提取40 min，探讨料液比对活性成分提取的影响。

1.2.3超声提取正交试验。超声提取过程受很多因素的影响，包括被提取物的性质(样品的粒径等)、提取时间、物料与溶剂的比例和超声功率等。该试验以提取溶剂的浓度、提取时间、超声频率以及物料与溶剂的比例为考察因素，各取3水平，综合超声波法单因素试验，在各单因素最适宜条件下，选用L9(34)表进行正交试验(表1)。以凤眼莲活性成分提取率高低为考察指标，确定凤眼莲干粉中活性成分提取的最佳条件。

表1 正交试验因素水平设定

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1乙醇浓度对提取率的影响。 由图1可知，活性成分提取量在乙醇浓度为50%前上升较快，而后趋于下降，且当乙醇浓度过高时，提取量下降明显。这可能是因为乙醇浓度过高，在超声条件下易挥发失去，导致活性成分溶出降低。40%与50%两处活性成分提取量均比较高，50%乙醇的提取率最高，故该试验选择50%的乙醇溶液。

2.1.2提取时间对提取率的影响。 图2表明，活性成分的提取量总体上随着时间的延长而下降，在30 min时提取量最大，时间再延长呈下降趋势。这可能是由于超声时间太长引起温度升高造成乙醇挥发，以及超声对活性成分结构破坏造成损失导致的，故以30 min为适宜超声时间。

2.1.3超声频率对活性成分提取率的影响。从图3可看出，超声频率越高越不适宜活性成分的提取。可能是由于频率太高，分子内运动太过剧烈，导致溶剂损失，反而不利于活性成分溶出等原因引起的，故选择70 kHz较为适宜。

2.1.4料液比对活性成分提取的影响。 图4表明，随着乙醇溶液体积的增大，活性成分的提取率先上升后下降,到1∶30提取率达最高，基于节约溶剂和回收，该试验选择了1∶30为适宜的料液比。

2.2 超声提取正交试验从表2可以看出，其中以试验号2所得的粗提液中活性成分的含量最高，150 ml的粗提液中含活性成分20.4%，即A1B2C2D2为较好的工艺。从极差R值的大小可以看出，在试验条件范围内，各因素对粗提液中活性成分影响的程度顺序依次为D>B>C>A，即超声频率>乙醇浓度>料液比>超声时间。因此根据Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ值的大小，可以确定各因素较优的水平组合为A1B2C2D2。由表2的结果也可以看出凤眼莲活性成分的提取率较高，平均为27.0%。

表2 正交试验结果

2.3 验证试验根据正交试验结果，初步确定了各因素较优的水平组合为A1B2C2D2，即超声时间为20 min、乙醇浓度为50%、物料与溶剂比为1∶30、超声频率为70 kHz。按优化的工艺条件，重复3次试验，进行稳定性考察。由验证试验结果(表3)可确定工艺条件A1B2C2D2为较优的实际提取工艺。

表3 验证试验结果

3 结论与讨论

通过对超声辅助提取凤眼莲活性成分的研究，由单一因素考察试验和正交试验确定了提取凤眼莲活性成分的最佳工艺条件为乙醇浓度50%、超声时间20 min、超声频率70 kHz、物料与溶剂比1∶30。

此次试验先通过单一因素考察分析了超声辅助提取凤眼莲活性成分提取工艺中的4个重要因素对目标提取率影响，然后通过正交试验选出了最优的工艺条件，即超声时间为20 min、乙醇浓度为50%、物料与溶剂比为1∶30及超声频率为70 kHz，这不违背单因素考察结果，且之后的验证试验3次结果的平均值为27.0%，说明该工艺合理可行。

此试验方法工艺简单，提取率为27.0%，利用文中所提供的超声波提取而得到的活性物质其纯度较高。超声波可以强化乙醇浸提法，达到省时、高效、节能的目的，此方法采用全物理过程，无任何污染，是一条理想的提取活性物质的途径，具有广阔的应用前景。

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Study on the Ultrasonic Extraction ofEichhorniacrassipesActive Ingredient

LI Ben-jun1, XU Xin2, LI Yi-nuo3et al

(1. Department of Pharmacy, Liaoning Medical Vocational College, Shenyang, Liaoning 110101; 2. School of Traditional Chinese Medicine, Shenyang Pharmaceutical University, Shenyang, Liaoning 110016; 3. Department of Pharmacy, Liaoning University of Traditional Chinese Medicine, Dalian, Liaoning 116600)

[Objective] Ultrasonic assisted extraction technology was used to extract active ingredients fromEichhorniacrassipes. [Method] Through optimization of ultrasonic assisted extraction technology and orthogonal experiment design, reasonable process conditions were adopted to improve the extraction yield. With ethanol as solvent and supersonic as supplementary condition, effects of ethanol concentration, extraction frequency, extraction time, solid-liquid ratio on the yield were investigated. The optimum extraction conditions of active ingredients fromEichhorniacrassipeswere obtained by single factor and orthogonal tests. [Result] The results showed that the optimum extraction conditions of active ingredients fromEichhorniacrassipesare as follows: 50% ethanol as the solvent, solid-liquid ratio 1∶30 and 20 min immerge extracting at 70 kHz. [Conclusion] This experiment can be used as the reference of extraction technology for active ingredients fromEichhorniacrassipe.

Eichhorniacrassipes; Active ingredients; Ultrasonic extraction; Orthogonal test

国家自然科学基金资助项目(31201376)。

李本俊(1957- )，男，辽宁丹东人，副教授，从事中药的炮制与鉴定研究。

2014-11-26

S 567；R 932

A

0517-6611(2015)02-110-03