山药皮提取物中功效成分的分离纯化研究

张森旺，徐建国，顾 震，徐 刚

（江西省科学院食品工程创新中心，江西南昌 330096）

山药皮提取物中功效成分的分离纯化研究

张森旺，徐建国，顾 震，徐 刚

（江西省科学院食品工程创新中心，江西南昌 330096）

采用重结晶和柱分离法对山药皮提取物中功效成分尿囊素和皂苷进行同步分离试验，研究结果表明，选用AB-8型大孔树脂为皂苷的吸附树脂，吸附流速2 mL/min；吸附完成后用70%的乙醇进行洗脱，其洗脱率可达90%；收集洗脱液并对其进行真空浓缩后，再进行真空干燥，得淡黄色的皂苷产品，经法定机构检测，其纯度为71.5%，得率为0.17%；将含尿囊素的浓缩液进行结晶，温度为0～4℃，时间为24 h。所得晶体再以水作为溶剂，在料液比为1∶3的情况下重结晶2次，干燥后得到纯度为85.8%的尿囊素产品，得率为0.25%。

山药皮提取物；功效成分；分离纯化

0 引言

山药，种名薯蓣（Dioscorea opposita），又名怀山药、淮山药、土薯、山薯、玉延，气味（根）甘、温、平、无毒［1］。《本草纲目》记载，薯蓣由于唐代宗叫李豫，为避讳而改为薯药，又因为宋英宗叫赵曙，为避讳而改为山药。

瑞昌山药素有“江南人参”的美称，据明隆庆年间《瑞昌县志》的记载，山药已是瑞昌重要物产和药材之一，距今已有500年以上的栽培历史，其块茎富含氨基酸、淀粉、维生素、蛋白质和糖等多种营养成分，具有较强的健脾、养肺、益肾等功效，可作为药、菜两用的上等佳品。瑞昌山药久煮不糊，风味独特，具有较好的适用性、丰产性以及耐贮性。尿囊素（Allantoin），又称1-脲基间二氮杂茂烷二酮-［2，4］或5-脲素乙内酰脲，是一种无味无嗅的白色结晶固体，熔点228～235℃，不溶于冷水、氯仿、乙醚及乙醇，可溶于热水以及丙三醇，其饱和水溶液为弱酸性，pH值为6［2］。其在轻化工行业，尤其是化妆品行业是一种优质的添加剂；在农业生产上，可作为植物生长添加剂，能够促进细胞组织的生长，加速伤口之愈合，对多种皮肤疾病具有较好的疗效。

1 材料与方法

1.1 试验材料

山药皮提取液，由江西省科学院食品工程中心提供。

大孔树脂，型号为H103，HPD-400，NKA-Ⅱ，D141，X-5，D301，AB-8，上海劲凯树脂有限公司产品。

NaOH，HCl，乙醇等化学试剂均为分析纯。

1.2 试验方法

1.2.1 分离纯化工艺①②

山药皮提取液→上柱→低浓度洗脱→高浓度洗脱→洗脱液→回收溶剂→真空干燥→皂苷产品

①泄漏液 →合并→真空浓缩→多效重结晶→②洗脱液

真空干燥→尿囊素产品。

1.2.2 树脂的预处理方法

用去离子水分别对溶胀后的各种树脂进行浮选，之后用质量浓度为1 mol/L氢氧化钠溶液浸泡4 h，以去离子水洗至中性，再用浓度为0.5 mol/L的盐酸浸泡24 h，用去离子水洗至中性。最末，以70%乙醇浸泡24 h，浸泡过程中不断搅拌，再用去离子水进行清洗，直至无白色浑浊、无醇味，最后以去离子水浸泡、备用。

1.2.3 树脂静态吸附性能比较方法

选用H103，HPD-400，NKA-Ⅱ，D141，X-5，D301，AB-8，测定这7种树脂的静态吸附量、吸附率，然后进行筛选。称取经过预处理的树脂5 g，装进200 mL的磨口三角瓶中，准确加入适当量的吸附原液，拧紧瓶塞，在25±0.5℃的恒温水浴摇床上振摇24 h。经充分吸附后过滤，然后测定吸附液中皂苷的含量，吸附量A（mg/g）和吸附率M（%）的计算公式如下［3］：A，M=

式中：T0——原液中的皂苷质量浓度，mg/mL；

Te——吸附液中的皂苷质量浓度，mg/mL；

L——吸附液的体积，mL；

W——树脂的质量，g。

1.2.4 不同吸附流速对泄漏率的影响

经过处理的树脂装柱，吸附柱直径为2 cm× 50 cm，树脂装填高度为40 cm，然后取待处理液上柱吸附，将吸附流速控制在合适范围，并收集好流出液。比较吸附流速为1，2，3，4，5 mL/min对泄漏率的影响，按照以下式子计算泄漏率：泄漏率=×100%.

1.2.5 不同体积分数洗脱剂对目标物质洗脱效果的影响

丙酮、乙醇、甲醇等均可作为皂苷的洗脱剂，但是在工业生产实际中，由于丙酮、甲醇对人体有较大的毒性，并且由于其挥发性太强，难以回收利用；而乙醇由于其对人体的毒性较小，回收利用比较方便，因而工业生产中多被使用。

取适量树脂装柱，加入一定量吸附原液进行吸附，吸附完全后依次采用10%，30%，50%，70%， 90%乙醇进行洗脱，分别收集洗脱液，测定洗脱液中皂苷浓度，按下式计算皂苷的回收率：回收率=×100%.

2 结果分析

2.1 皂苷的分离与纯化

2.1.1 树脂静态吸附的性能比较

各种树脂对皂苷和尿囊素的吸附量（t=24 h）见表1。

表1 各种树脂对皂苷和尿囊素的吸附量（t=24 h）

由表1可知，吸附皂苷效果较好树脂有的D141及AB-8系列，但是D141对尿囊素的吸附效果也较好，而AB-8对尿囊素的吸附效果较差。因此，选择AB-8型树脂对皂苷和尿囊素能较好地分离。所以，选用AB-8型树脂进行吸附。

2.1.2 不同吸附流速下吸附效果的变化

溶质向树脂表面的扩散效果受到吸附流速的影响，而其扩散效果影响吸附效果。若待处理液流速太快，大部分溶质分子将直接穿过吸附柱，不能及时地扩散到树脂颗粒表面，由此会造成样品的损失。

不同吸附流速下吸附效果的变化见图1。

图1 不同吸附流速下吸附效果的变化

由图1可知，当吸附流速分别为1，2，3，4，5 mL/min时，与之对应的皂苷泄漏率分别为4.57%，6.56%，12.65%，21.36%，28.53%。试验结果说明，待吸附流速越大，导致皂苷的泄漏就越严重；相反，过慢的吸附流速则会拉长生产周期，导致生产成本上升。综合考虑试验结果，吸附流速应控制在2 mL/min比较合适。

2.1.3 不同体积分数的洗脱剂对样品回收率的影响

洗脱剂体积分数对样品回收率的影响见图2。

由图2可知，当乙醇体积分数分别为10%，30%，50%，70%，90%时，皂苷的回收率分别为15.47%，44.38%，78.84%，89.53%，91.02%，由此可以反映出，样品回收率是随着洗脱剂体积分数的升高而升高的，然而当洗脱剂的体积分数在超过70%以后，皂苷已基本洗脱完全，体积分数再增大对回收率影响不大。考虑到生产实际，70%的乙醇是比较合适的洗脱剂。

图2 洗脱剂体积分数对样品回收率的影响

2.1.4 皂苷产品的获得

收集洗脱液并对其进行真空浓缩后，再进行真空干燥，得到淡黄色的皂苷产品，经法定机构检测，其纯度为71.5%，得率为0.17%。

2.2 重结晶纯化尿囊素的工艺参数研究

尿囊素在水中的结晶体为单棱柱体或无色结晶性粉末，在热水、稀氢氧化钠以及热醇中具有较好的溶解性，在冷水、乙酸乙酯、氯仿等试剂中难溶。根据尿囊素的能溶于热水而难溶于冷水的特性，采用重结晶技术对尿囊素进行纯化，以得到纯度较高的产品［4］。

2.2.1 溶剂的选择

选择溶剂的方法包括容积的沸点、挥发性以及毒性等不同的物理和化学特性。把准备好的晶体样品放入试管中，分别加入甲醇、乙醇、水、乙酸乙酯、丙酮、乙醚等溶剂，一边加热一边振摇，并观察加热以及冷却过程中样品溶解情况。当溶剂沸腾后，样品不溶解，缓慢地滴入溶剂，并继续加热，在此过程中样品仍然不溶解，则说明此溶剂对这个样品不适用。若样品溶解于沸腾溶剂中，慢慢冷却溶液，同时观察样品晶体的析出情况。

不同溶剂中尿囊素的溶解性见表2。

表2 不同溶剂中尿囊素的溶解性

由表2可知，相同的条件下，尿囊素在乙酸乙酯、乙醚中几乎不能溶解，在水中加热能迅速溶解，在甲醇、乙醇、丙酮等极性溶剂中溶解度很大。从晶体数量来看，在水中收获晶体最多，甲醇、乙醇、丙酮能获得部分晶体。所以，水是尿囊素重结晶的最佳溶剂，且其来源简单、价格低廉，适合于大工业生产。

2.2.2 溶剂用量对结晶纯度和得率的影响

根据上述试验选定溶剂，需对溶剂的合适用量做试验。取结晶体分别按一定比例加入溶剂混合均匀后，进行重结晶，当料液比分别为1∶1，1∶2，1∶3，1∶4，1∶5时，分别对尿囊素一次重结晶体的纯度和得率进行测定。

料液比对结晶体纯度与得率的影响见图3。

图3 料液比对结晶体纯度与得率的影响

由图3可知，随着溶剂用量的增加，尿囊素的纯度呈逐渐上升的趋势，并在1∶3时基本达到平衡；尿囊素的得率则先增后减，于1∶3时达到峰值。这是因为随着料液比的增加，尿囊素和杂质逐渐溶于溶剂中，结晶体纯度与得率是尿囊素和杂质在溶剂中随温度变化溶解及析出二者的协同效应。试验证明，料液比取1∶3较为适宜。将重结晶产物进行干燥后，经法定检测机构检测其纯度为85.8%，得率为0.25%。

3 结论

试验结果表明，皂苷的吸附树脂为AB-8型大孔树脂，吸附流速2 mL/min；使用70%的乙醇作为洗脱剂，产品洗脱率在90%以上。

收集洗脱液并对其进行真空浓缩后，再进行真空干燥，得到淡黄色的皂苷产品，经法定机构检测，其纯度为71.5%，得率为0.17%。

使用大孔树脂对山药皮提取液进行有效成分的分离提取，对皂苷具有较好的选择性，洗脱效果也较好，且易再生、成本低，适合工业化生产。

将含尿囊素的浓缩液进行结晶，温度为0～4℃，时间为24 h。所得晶体再以水作为溶剂，在料液比为1∶3的情况下重结晶2次，干燥后得到纯度为85.8%的尿囊素产品，得率为0.25%。

［1］郑晗，龚千锋，张的凤.山药 ［J］.食品与药品，2007，11（9）：74-76.

［2］章茹，万义玲.尿囊素的性质和作用 ［J］.南昌大学学报，1997，19（2）：81-85.

［3］朱翠萍，刘国庆，罗敏，等.大孔吸附树脂对大豆皂苷的吸附研究 ［J］.离子交换与吸附，2003，19（4）：318-323.

［4］刘亚强.尿囊素的提纯 ［J］.日用化工工业，1998（6）：57-58.◇

由表4可知，随着超微粉碎时间的延长，与番薯粗粉相比，番薯微粉的持水力和持油力均呈逐渐降低的趋势。随着样品粒径减小，样品内部的多孔网状结构破坏，膳食纤维结构受到破坏，长链断裂，其中的可溶性成分溶出，对水和油的滞留能力均降低。番薯微粉的粒径减小，细胞被破碎时粉中的水溶性成分更易溶出，对水分的束缚和吸附能力降低，与番薯粗粉相比，吸湿性和溶胀度均降低。另外，随着粒径的细化，番薯微粉粉体与水的接触面积相应增加，有利于水溶性成分充分溶解，番薯微粉溶解性高于番薯粗粉。

3 结论

（1）番薯粗粉经过超微粉碎处理5 min后，平均粒径减小到28.58±2.84 μm，达到超微粉级别。随着超微粉碎时间的延长，番薯微粉的平均粒径进一步减小，比表面积增大，离散度减小，微粉颗粒大小更均匀，亮度更大，颜色更均匀。

（2）与番薯粗粉相比，番薯微粉的休止角和滑角均增大，粉体流动性减弱。番薯微粉堆积更为膨松，松装密度和振实密度均小于粗粉。

（3）随着超微粉碎时间的延长，番薯微粉的持水力、持油力、吸湿性和溶胀度逐渐降低，溶解性增加。超微粉碎处理可以显著改善番薯全粉的颗粒均匀性、颜色均匀性、溶解性等物化特性。

参考文献：

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Study on Separation and Purification of Functional Components in Chinese Yam Peel Extract

ZHANG Senwang，XU Jianguo，GU Zhen，XU Gang
（Food Engineering Enter，Jiangxi Academy of Sciences，Nanchang，Jiangxi 330096，China）

Using the recrystallization and column separation method for effect of Chinese yam peel extract components of allantoin and saponin sync separation.The results show that the selected AB-8 macroporous resin adsorption resin saponin，adsorption velocity is 2 mL/min；adsorption finished with 70%ethanol elution，eluting rate in more than 90%；washing liquid to collect and vacuum concentrating on its，then vacuum drying，light yellow saponin product，by legal institutions detection，its purity 71.5%，the yield is 0.17%；concentrate containing allantoin to crystallization，temperature is 0～4℃，time 24 h. The crystals with water as solvent，ratio of material to liquid is 1∶3 in case 2 times recrystallization，drying to obtain allantoin product purity of 85.8%，the yield is 0.25%.

Chinese yam peel extract；functional components；separation and purification

R284

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.01.004

2015-11-06

江西省科学院产学研项目（2013-04）。

张森旺（1980— ），男，硕士，助理研究员，研究方向为农产品加工及贮藏工程。