菊花挥发油提取及β-环糊精包合物制备工艺研究

戴国梁，朱立静，宗 阳，何书芬，居文政*

(1. 南京中医药大学附属医院 临床药理科，江苏 南京 210029；2. 南京中医药大学 药学院，江苏 南京 210029)



菊花挥发油提取及β-环糊精包合物制备工艺研究

戴国梁1，朱立静2，宗 阳2，何书芬2，居文政1*

(1. 南京中医药大学附属医院 临床药理科，江苏 南京 210029；2. 南京中医药大学 药学院，江苏 南京 210029)

目的: 研究菊花挥发油提取和β-环糊精(β- CD ) 包合工艺。方法: 分别采用单因素和正交实验法, 研究菊花中挥发油的提取和β-环糊精(β- CD ) 包合工艺，其中提取工艺以浸泡时间、蒸馏时间、粉碎度，加水量四个因素为影响因素, 以挥发油得率为指标优选提取工艺；包和物制备以β- CD和菊花挥发油投料比、包合时间、包合温度为影响因素, 以包合物提取量和挥发油包合率的综合评分为指标, 优选包合工艺。结果: 最佳提取条件为: 粉碎度80目,浸泡10 h,加水量14倍,蒸馏时间 12 h。最佳包合条件为: β- CD和菊花挥发油投料比为8 ∶1，包合温度为60 ℃，包合时间为2 h。结论: 按照本试验方法得到较高的提取率及稳定的包合物。

菊花挥发油；单因素；正交实验；提取工艺；β- 环糊精

菊花是菊科植物菊(Dendranthemamorifolium(Ramat. )Tzvel.)的干燥头状花序，是我国常用药食同源的中药材。中医认为菊花具有散风清热、清肝明目功能，可广泛用于风热感冒、头痛眩晕、眼目昏花等症状[1]。药理研究表明，菊花具有广泛的抗菌、抗炎、舒张血管、抗氧化、降血脂等多种药理作用[2-3]，目前菊花化学成分研究比较深入，挥发油是其主要活性成分之一。目前，菊花挥发油的提取方法有水蒸气蒸馏法、有机溶剂提取法、超临界流体萃取法等[4]。其中水蒸气蒸馏法简单、容易操作，并且是《中国药典》中挥发油含量测定方法。挥发油是一类存在于植物中具芳香味，可随水蒸气蒸馏出来且与水不相混溶的挥发油状物，挥发油容易在常温下挥发,对空气、日光及温度又比较敏感,保存比较困难，所以使用一般制剂方法难以对其进行有效的控制[5]。β-环糊精是一种较新的药物包合材料,在防止挥发性成分挥散, 减少刺激, 降低毒副作用,掩盖药物的臭味方面具有较好的优势。本项目分别采用单因素和正交实验法, 研究菊花中挥发油的最佳提取和β-环糊精(β-CD ) 包合工艺，其中提取工艺以浸泡时间、蒸馏时间、粉碎度，加水量四个因素为影响因素, 以挥发油得率为指标优选提取工艺；包和物制备以β-CD和菊花挥发油投料比、包合时间、包合温度为影响因素, 以包合物提取量和挥发油包合率的综合评分为指标, 优选包合工艺。

1 材料与方法

1.1 供试材料

挥发油提取器(南京金正玻璃有限公司)，JFSD-100-11 粉碎机(上海嘉定粮油仪器有限公司)，YP-2002电子天平(上海市精密科学仪器有限公司)，恒温磁力搅拌器(DF-集热式磁力加热搅拌器)，电子调温电热套等。环糊精，氯化钠、无水硫酸钠等其他常规试剂为分析纯，菊花为购至南京同仁堂的杭菊(Chrysanthemummorifolium.)，经南京中医药大学刘训红教授鉴定属于正品。

1.2 菊花挥发油提取工艺

1.2.1 菊花挥发油提取工艺流程 将一定量的菊花进行净选、烘干后粉碎，精密称定，置于圆底烧瓶中，加一定量饱和氯化钠溶液，振摇混合后，连接挥发油测定器与回流冷凝管，自冷凝管上端加水充满挥发油测定器的刻度部分，并溢流入烧瓶时为止，然后将烧瓶置电炉上加热至沸，调温并保持微沸一定时间，停止加热，放置片刻，加入石油醚有机溶剂溶解挥发油，开启测定器下端活塞将水缓缓放出，收集挥发油，无水硫酸钠脱水，得到绿色挥发油，测出挥发油提取量(mL)。

1.2.2 单因素水平确定 按照1.2.1提取工艺流程，分别对提取工艺涉及到的因素水平浸泡时间、蒸馏时间、粉碎度，加水量四个因素为影响因素, 以挥发油提取量(mL)为指标优选提取工艺。

1.2.3 正交实验设计菊花挥发油提取工艺 在单因素实验的基础上，选定涉及到的因素水平浸泡时间(A)、蒸馏时间(B)、粉碎度(C)、加水量(D)四个因素, 每个因素各取3个水平, 采取L9 (3)4正交表进行实验。

1.3 菊花挥发油包合工艺确证

1.3.1 菊花挥发油包合工艺流程 将一定量的菊花挥发油加无水乙醇制成50%的溶液，另取β- CD适量,加10倍量水,加热使溶解,放冷至规定温度, 置于恒温磁力搅拌器中进行包合。挥发油包合方法,保持设定温度,开启搅拌,滴入配好的挥发油乙醇溶液,搅拌至规定时间,放冷,置于2 ℃的冰箱中12 h，滤过，40 ℃干燥，即得。

1.3.2 单因素水平确定 按照1.3.1提取工艺流程，分别对提取工艺涉及到的β- CD和菊花挥发油投料比(A)、包合时间(B)、包合温度(C)因素采用单因素方法确定，为后续的正交实验设计奠定基础。

1.3.3 正交实验设计菊花挥发油包合工艺 根据单因素结果，以包合率为评价指标，以投料比(A)、包合时间(B)、包合温度(C)为考察因素，每个因素三个水平，选择L9(3)4正交表。

2 结果与分析

2.1 菊花挥发油单因素水平

采用单因素方法，分别对提取工艺涉及到的因素水平浸泡时间、蒸馏时间、粉碎度，加水量四个因素进行考察, 以挥发油提取量为指标优选提取工艺，结果详见表1～4。结果表明，菊花挥发油提取率随着粉碎度的增加而提高，但粉碎度达到100目以上时菊花容易糊化并产生很多泡沫、暴沸，导致挥发油溢出，以致收集量很少，表明粉碎越细，挥发油含量越低。过细的粉末加水加热时呈糊状，容易引起焦化和暴沸现象(表1); 菊花挥发油提取量随着浸泡时间的延长而提高，在10 h 达到最大值并保持至14 h，原料预先浸泡, 主要是利用水的作用将植物细胞溶胀, 降低挥发油扩散到水中的阻力,利于挥发油的浸出(表2)；加水量在14倍时菊花挥发油的提取率为最高，加水量过多易导致溶液暴沸，影响提取效果，导致挥发油溢出，水量过少又不能充分浸润(表3)；蒸馏12 h 前挥发油提取量较多，后随着蒸馏时间的延长，挥发油增加缓慢。这是由于随时间推移，料液中油类组分减少，挥发油蒸馏量减少。

表1 不同粉碎度下菊花挥发油提取量

表2 不同浸泡时间下菊花挥发油量

表3 不同加水量下菊花挥发油提取量

表4 不同蒸馏时间下菊花挥发油提取量

2.2 菊花挥发油提取正交结果

表5 挥发油提取的正交实验

由表5菊花挥发油提取正交结果可知，提取的最佳水平组合是A2B1C2D3,即粉碎度是80目,浸泡时间是10 h，加水量是菊花量的12倍，蒸馏时间浸14 h,此结果与单因素实验结果一致。验证实验为了进一步正交试验的准确性和可靠性，按提取的最佳水平组合是A2B1C2D3进行3次实验，挥发油得到分别是0.25 mL、0.26 mL、0.25 mL，挥发油平均量为0.253 mL，与正交实验0.25 mL比较，说明制备工艺稳定可行。

2.3 菊花挥发油包和物单因素结果

在相同的条件下,当投料比挥发油( mL) ∶β-环糊精(g)在1 ∶3～1 ∶8之间时, 随着比例的增大,包合率逐渐增加,投料比超过1 ∶8后,包合率反而略有下降,但变化幅度不大(表6); 随着温度的升高，包合率逐渐大,当温度升到60 ℃，包合率达到最大，再随着温度升高，饱和率下降很快，可能温度升高，一部分挥发油损失了(表7)；包合时间过短，挥发油与环糊精接触不完全，包合不彻底，包合效果差，包合时间过长，挥发油的损失增大，且包合成本增加(表8)。

表6 投料比对菊花挥发油包合率的影响

表7 包合温度对菊花挥发油包合率的影响

表8 包合时间对菊花挥发油包合率的影响

2.4 包和物正交实验结果

表9 挥发油包合物的正交实验

Table 9 Orthogonal test of volatile oil inclusion compound

由正交表9可以确定菊花挥发油包和物的最佳工艺条件: A2B2C3, 即β-CD和菊花挥发油投料比为8 ∶1,包合时间为2 h,包合温度为60 ℃。与单因素比较，差别不大。验证实验对优选出的最佳工艺A2B2C3做验证实验,结果包合率为75%。可见包合率略高于正交实验结果,因此最佳包合工艺可行。

3 结论与讨论

菊花挥发油提取工艺条件中, 因素a (浸泡时间) 和因素D (加水量) 各水平间差异有显著性意义;因素B和C各水平差异无显著性意义。菊花挥发油β- CD包合工艺中,因素a(β-CD和菊花挥发油的投料比)各水平间差异有显著性意义。因素B (包合时间) 和C (包合温度)各水平间差异无显著性意义。最佳工艺条件为:β- CD 和菊花挥发油投料比为8 ∶1,包合时间为2 h,包合温度为60 ℃。本试验采用饱和水溶液法进行包合,操作方便,设备要求不高,便于工业化生产[6]。

包合的过程是β-CD主体分子与客体分子通过疏水相互作用或氢键等相互作用结合的过程[7]。因此包合的温度和时间会影响β-CD与挥发油的相互作用而影响包合率[8]。同时, 考虑到挥发油不稳定性, 要采取合适的包合温度。采用无水乙醇溶解挥发油使其均匀分散,便于β-CD与挥发油的相互作用, 但是乙醇分子同样会被β-CD包合,与挥发油的包合产生竞争性作用,所以乙醇的用量也需控制。β-CD 通过其空腔包合客体分子,因此β-CD与挥发油的质量比也会影响包合率。

本实验中菊花挥发油采用β-环糊精包合,使液体药物固体化,增加药物的稳定性和分散度,从而提高药物的生物利用度。而采用β-环糊精(β- CD)包合后形成包合物,降低挥发性,增加稳定性, 提高挥发油利用率水蒸气蒸馏提取菊花挥发油的最佳工艺条件研究尚未见报道。通过水蒸气蒸馏法提取，以正交试验设计考察菊花粉碎度、浸泡时间、加水量和蒸馏时间对菊花挥发油提取率的影响。确定水蒸气蒸馏法提取菊花挥发油的最佳工艺。本实验对其制成β-CD包合物的工艺进行研究, 并用正交实验法优选了包合工艺。本试验做了挥发油空白回收率的测定,本试验的误差将会更小。用挥发油包合率的综合评分为指标优选包合工艺,将会使实验结果更准确。

[1]姜保平，许利嘉，王秋玲，等．菊花的传统使用及化学成分和药理活性研究进展[J]．中国现代中药，2013，15(6)：523-530．

[2]王存琴，汪荣斌，张艳华．菊花的化学成分及药理活性[J]．长春中医药大学学报，2014，30(1)：28-30．

[3]李响，时维静，孙洁，等．“一测多评法”测定菊花中5种化学成分的含量[J]．安徽科技学院学报，2015，29(4)：57-62．

[4]王盈盈，时维静，孙洁，等．复凝聚法制备滁菊挥发油微囊的工艺研究[J]．安徽科技学院学报，2015，29(3)：31-36．

[5]邹小兵，陶进转，喻彦林，等．微波辅助提取花椒挥发油的动力学及成分分析[J]．高校化学工程学报，2011，25(4)：703-707．

[6]张立国，王飞霞，张超，等．川芎挥发油的β一环糊精包合及其包合物的评价[J]．中成药，2011，33(8)：1432-1435．

[7]裴贵珍，陈文，马世俊，等．孜然挥发油β-环糊精包合物的制备与评价[J]．中成药，2015，37(2)：416-419．

[8]韦吉崇，纪明慧，舒火明，等．花梨木挥发油β-环糊精包合物的制备及稳定性研究[J]．时珍国医国药，2010，21(1)：77-79．

(责任编辑：马世堂)

Extraction of Volatile oil from Chrysanthemum and Preparation Technology of Beta Cyclodextrin Inclusion Compound

DaI Guo-liang1, ZHU Li-jing2, ZONG Yang2, HE Shu-fen2, JU Wen-zheng1*

(1.Department of Clinical Pharmacology, Affiliated Hospital of Nanjing University of Traditional Chinese Medicine, Nanjing 210029, China;2.College of Pharmacy, Nanjing University of Traditional Chinese Medicine, Nanjing 210029, China)

Objective: To investigate the optimum extraction of volatile oil fromChrysanthemumand the inclusion process of beta cyclodextrin. Methods: Respectively using single factor and orthogonal experiment, optimum extraction of volatile oil of chrysanthemum and a beta - loop dextrin (beta CD inclusion process), which extraction process with immersion time, distillation time, crushing degree, the amount of water four factors influencing factors, with the volatile oil rate as index to optimize the extraction process; package and material of preparation with beta CD and chrysanthemum volatile oil feeding ratio, time, temperature as the influencing factors in order to pack the synthetic extract and volatile oil inclusion rate of comprehensive score index, preferably package technology. Results: The optimal extraction conditions were as follows: the degree of grinding was 80 mesh, the soaking 10 h, the amount of water 14 times, the distillation time 12 h. The best inclusion conditions were as follows: the ratio of the CD and the volatile oil to feed ratio was 8 ∶1, the inclusion temperature was 60 ℃, and the inclusion time was 2 h. Conclusion: The higher extraction rate and stable inclusion complex were obtained according to the test method.

Chrysanthemumvolatile oil; Single factor; Orthogonal test; Extraction technology; Beta cyclodextrin

2016-05-01

科技部重大新药创制科技重大专项(2012ZX09303009-002)；江苏省中医药领军人才(LJ200906)；江苏高校优势学科建设工程资助项目(2010)。

戴国梁 (1988-)，男，江苏省扬州市人，硕士，研究实习员，主要从事中药临床药代动力学研究；*通讯作者：居文政，教授，E-mail:wzhju333@163.com。

R944.9

A

1673-8772(2016)05-0036-05