超高压提取丹参素的研究.pdf_第1页
超高压提取丹参素的研究.pdf_第2页
超高压提取丹参素的研究.pdf_第3页
超高压提取丹参素的研究.pdf_第4页
超高压提取丹参素的研究.pdf_第5页
全文预览已结束

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

第1期 陈瑞战等:超高压提取丹参素的研究 291 超高压提取丹参素的研究 陈瑞战 1,张守勤2,张永宏1,白鹤龙1,孟繁磊1 (1长春师范学院化学学院,长春 130032; 2吉林大学生物与农业工程学院,长春 130025) 摘 要:该文研究常温下超高压提取丹参素的最优工艺。采用超高压常温提取,正交试验对丹参素超高压提取工艺优化, 高效液相色谱法测定丹参素的含量, 并与传统的热回流提取法进行比较。 结果显示优选的最优工艺为: 提取压力300 MPa, 溶剂乙醇浓度80,溶液pH 13,浸泡时间16 h,在此条件下丹参素得率为0.465%。超高压提取不仅得率高、时间短、 耗能低,而且提取产物易于分离、纯化,同时超高压提取可以维持在低温下进行,特别适宜于受热不稳定化合物的提取, 该技术适合中药有效成分的快速提取。 关键词:丹参素;超高压;提取;高效液相色谱 中图分类号:S567.9;TQ460.2 文献标识码:A 文章编号:1002-6819(2008)-1-0291-05 陈瑞战,张守勤,张永宏,等. 超高压提取丹参素的研究J.农业工程学报,2008,24(1):291295. Chen Ruizhan, Zhang Shouqin, Zhang Yonghong, et al. Ultrahigh pressure extraction of DanshensuJ. Transactions of the CSAE, 2008, 24(1):291295. (in Chinese with English abstract) 0 引 言 丹参为唇形科植物丹参(Salvia miltiorrhiza Bge.)的根 及根茎。具有祛瘀止痛,活血通经,清心除烦之功效。 其有效成分为脂溶性丹参酮(Tanshinon)类及水溶性丹参 素(Danshensu)、 丹 酚 酸(Salvianlic acid)、 原 儿 茶 醛 (Protocatechuic aldehyde)类1 ,2。经药理研究证明,丹参 素(3,4-二羟基苯基)乳酸)具有较强的生理活性, 具有缩小 心肌梗死范围和减轻病程的作用3。 丹参素还有促进肝细 胞修复再生的作用4,抗肿瘤作用5,增强免疫力等作 用6。 目前,丹参素主要来源于植物,提取方法有传统水 煎法、乙醇回流法、动态温浸法、渗漉法7,以及近年来 研究和开发的微波法8、超声波法9、超临界流体萃取10 等新技术。但丹参素在丹参中的含量约为0.5%,且植物 的来源有限,加之提取分离步骤繁琐,且其极易被氧化, 故将从植物中提取丹参素的传统方法,应用于工业生产 有相当的局限性,限制了丹参素的推广应用。因此迫切 需要“安全、高效、稳定”的丹参素提取新工艺。本文首次 采用超高压技术提取丹参素,为中药有效成分的提取提 供了一种新方法,与传统的回流提取方法相比,超高压 提取在缩短提取时间、降低能耗、减少杂质成分溶出的 同时,提高了丹参素的收率。同时超高压提取可以在接 收稿日期:2006-11-25 修订日期:2007-11-15 基金项目:国家自然科学基金资助项目(30472135) 作者简介:陈瑞战(1967) ,男,山东青岛人,副教授,博士,主要从事 天然产物有效成分提取研究。长春 长春师范学院化学学院,130032。 Email: ruizhanchen 近常温的条件下进行,避免了因长时间热效应引起的有 效成分的结构变化、损失以及生理活性降低,且超高压 提取是在密闭环境下进行的,没有溶剂挥发,不会对环 境造成污染,因此该技术是一项“绿色”环保的新技术11 13,应用于丹参素的提取在国内外未见报导。 1 材料与方法 1.1 原料试剂与仪器 丹参购于吉林省宏检医药药材有限公司,在60真 空干燥箱中干燥24 h,粉碎后过孔径为0.42 mm的样品 筛,备用;丹参素对照品(中国药品生物制品检定所) ; 甲醇(美国Fisher公司,色谱纯),超纯水,其它试剂 均为分析纯。 Agilent1100高效液相色谱仪(Agilent 四元梯度泵, 二极管阵列检测器,自动进样器,在线脱气机,柱温箱), Agilent1100化学工作站;DL700间歇式超高压提取设备 (上海大隆机器厂) ;MA110电子天平(精度0.1mg, 上海 天平仪器厂) 等。 1.2 色谱分析条件 Diamonsil(TM)C18烷 基 键 合 硅 胶 分 析 柱 (250 mm4.6 mm,5 m) ;流动相:甲醇0.5乙酸 (17,V/V) ;流速:1.0 mL/min;柱温:40;检测波 长281 nm14。 1.3 工作曲线的绘制 准确称取丹参素对照品适量, 置于容量瓶中, 加70% 甲醇水溶液(V/V)溶解,超声振荡5 min后用70%甲醇 定容至刻度,摇匀,用微孔滤膜(0.45 m)滤过,得含 丹参素0.018 mg/mL的对照品溶液。 第24卷 第1期 农 业 工 程 学 报 Vol.24 No.1 2008年 1月 Transactions of the CSAE Jan. 2008 291 292 农业工程学报 2008年 分别精密吸取对照品溶液1,2,4,8,16 L,依次 注入液相色谱仪,按色谱条件测定峰面积,谱图见图1。 图1 标准品丹参素的高效液相色谱图 Fig.1 High Performance Liquid Chromatography(HPLC) chromatogram of standard Danshensu 以进样量(g)为横坐标,峰面积为纵坐标进行线 性回归,得标准曲线,回归方程:y=13993324.9701x 2278.6667,R2=0.9999。说明在0.0180.288 mg/mL的范 围内,峰面积与其浓度有良好的线性关系。 1.4 试样溶液的制备 准确称取一定质量的丹参粉末,按照一定的料液比 加入一定浓度、pH值的乙醇水溶液,密封混匀,浸泡一 定时间,置于超高压容器内,升压至所需压力。在超高 压下,溶剂的渗透,有效成分的溶解平衡和扩散在短时 间内即可完成,因此试验选择保压时间5min, 迅速卸压, 料液过滤,用11盐酸中和,滤液减压蒸干,浸膏加甲 醇-水(11)溶解定容至一定体积,摇匀,用微孔滤膜 (0.45 m)滤过,得试样待测液。在上述色谱条件下, 进样试样液,测得试样液的峰面积,由标准曲线计算出 丹参素的含量(其谱图见图2)15。 注:提取压力 300 MPa,乙醇浓度 80,pH 13,浸泡时间 16 h, 溶剂与原料比 251 图2 样品的高效液相色谱图 Fig.2 HPLC chromatogram of sample 2 结果与分析 2.1 提取压力对丹参素得率的影响 选择同一批次样品6份, 在提取溶剂乙醇浓度80%、 溶液pH值 13、浸泡时间16 h、溶剂与原料比251 (mL/g) 、 室温条件下考察不同提取压力对丹参素得率的 影响,结果(n=3)如图3。 注:乙醇浓度 80,pH 13,浸泡时间 16 h, 溶剂与原料比 251 图 3 提取压力对丹参素得率的影响 Fig.3 Effect of pressure on the extraction yield of Danshensu 由图3可以看到,在0.1300 MPa的压力范围内, 压力和得率成正相关关系, 压力增加, 得率增加; 在0.1 100 MPa的压力范围内, 随提取压力的增加, 得率迅速增 加,之后缓慢增加,但当压力超过300 MPa以后,压力 增加得率的增加并不明显,达到500 MPa时,得率反而 有所降低。 压力是超高压提取的一个重要因素,对得率的影响 是多方面的。一方面在提取温度一定时,提取压力越高, 溶质的溶解能力越强;另一方面在升压和卸压过程中压 力的快速变化,可以大大加快溶剂的浸润速率,使提取 溶剂在较短的时间内渗透到组织细胞内,而在有效成分 由组织细胞向外扩散的过程中,反向压力差作为传质动 力,大大加快了有效成分向外扩散的速率。而且在升压 和卸压过程中,压力的快速变化,可以导致细胞壁和细 胞膜的破坏,有效成分暴露更充分,从而使有效成分的 溶出更加迅速完全,提高了得率。在压力超过500 MPa 时,出现得率降低的可能原因是超高压条件下提取成分 发生了转化,以及蛋白质等生物大分子发生变性凝结, 堵塞组织微孔,影响有效成分的扩撒,使得率降低。 同时在实际生产中压力增加,设备的投资费用大幅 增加。因此综合考虑得率和生产成本,提取压力在 300 MPa较为适宜。 2.2 溶剂浓度对丹参素得率的影响 选择同一批次样品5份,在提取压力300MPa、溶液 pH 13、浸泡时间16 h、溶剂与原料比251(mL/g) 、室 温条件下考察不同提取溶剂浓度对丹参素得率的影响, 其结果(n=3)如图4。 第1期 陈瑞战等:超高压提取丹参素的研究 293 注:提取压力 300 MPa,pH 13,浸泡时间 16 h,溶剂与原料比 251 图4 溶剂浓度对丹参素得率的影响 Fig.4 Effect of solvent concentration on the extraction yield of Danshensu 由图4可以看到在5080的乙醇浓度范围内, 乙醇浓度与得率呈正相关关系,随溶剂乙醇浓度的增加, 得率缓慢增加,超过80时得率呈现下降趋势。因此, 提取溶剂乙醇的浓度在80较为适宜。 超高压提取溶剂选择所遵循的原则与传统溶剂萃取 法相似,要求根据目标成分的性质,选择一种对有效成 分溶解度大,对杂质成分溶解度小的溶剂。由于不同的 溶剂浓度其极性大小不同,对目标成分的溶解能力不同, 对组织细胞结构的影响程度也不同,因此得率不同。 2.3 溶液 pH 对丹参素得率的影响 选择同一批次样品4份,在提取压力300MPa、提取 溶剂浓度80%、 浸泡时间16h、 溶剂与原料比25:1(mL/g) 、 室温条件下考察不同溶液pH值对丹参素得率的影响, 结 果(n=3)如图5。 注:提取压力 300 MPa,乙醇浓度 80,浸泡时间 16 h, 溶剂与原料比 251 图5 溶液pH对丹参素得率的影响 Fig.5 Effect of pH value on the extraction yield of Danshensu 由图5可以看到,随提取溶剂pH值的增加,丹参素 的得率迅速增加。主要原因是丹参中含有丹酚酸及迷迭 香酸等丹参素缩合物,在超高压、高pH值条件下酯键能 够快速水解生成丹参素,使丹参素得率迅速增加,但增 加的程度受限于丹参中可转化成分的含量。因此,超高 压提取丹参素溶液的pH值选择13较为适宜。 2.4 浸泡时间对丹参素得率的影响 选择同一批次样品6份, 在提取压力300 MPa、 提取 溶剂浓度80%、 溶液pH 13、 溶剂与原料比251(mL/g) 、 室温条件下考察不同浸泡时间对丹参素得率的影响,结 果(n=3)如图6。 注:提取压力 300 MPa,乙醇浓度 80,pH 13,溶剂与原料比 251 图 6 浸泡时间对丹参素得率的影响 Fig.6 Effect of dipping time on the extraction yield of Danshensu 由图6可以得到,在其他条件不变的情况下未经过 浸泡,丹参素的得率较低,在06 h的浸泡时间内,得 率增加迅速,之后随浸泡时间的增加得率缓慢增加,超 过18 h以后随浸泡时间的增加出现得率下降的趋势。可 能的原因是丹参素为酚酸类化合物,结构中含有邻苯二 羟基,性质较不稳定。在水溶液中邻二酚羟基的电荷密 度增大,易解离形成氧负离子,发生自动氧化生成有色 醌类物质16。 2.5 正交试验 在 单 因 素 试 验 的 基 础 上 , 固 定 料 液 比1 25, 选取对丹参素得率影响较大的4个因素(每个因素 取三个水平):压力(MPa) 、溶剂乙醇浓度() 、溶液 pH值、浸泡时间(h)进行正交试验考察。正交试验方 案及结果见表1。 表 1 L9(3 4)正交试验设计方案及结果 Table 1 Design and results of orthogonal experiment(n=3) 实 验 号 A 提取压力 /MPa B 乙醇浓度 / C 溶液 pH 值 D 浸泡时间 /h 丹参素 得率 / 1 100 60 9 8 0.186 2 100 70 11 12 0.253 3 100 80 13 16 0.435 4 300 60 11 16 0.365 5 300 70 13 8 0.418 6 300 80 9 12 0.313 7 500 60 13 12 0.389 8 500 70 9 16 0.228 9 500 80 11 8 0.317 1 k 0.2913 0.3133 0.2423 0.3070 2 k 0.3653 0.300 0.3117 0.3183 3 k 0.3113 0.3550 0.414 0.3427 级差 R0.074 0.055 0.1717 0.0357 表 2 方差分析表 Table 2 Variance analysis 因素偏差平方和 自由度F 比 临界值 F显著性 P A 0.009 2 4.500 19.000 B 0.005 2 2.500 19.000 C 0.045 2 22.500 19.000 D 0.002 2 1.000 19.000 P0.05 注:F0.05(2,2)=19.00。 294 农业工程学报 2008年 由正交试验结果和方差分析表可以得到溶液pH值 对丹参素得率有显著影响,提取压力对丹参素得率有较 大影响,醇浓度和浸泡时间对丹参素得率影响较小,各 因素对测定结果的影响程度大小次序为CABD, 优选 工艺为A2B3C3D3,即提取压力300 MPa、提取溶剂乙醇 浓度80水溶液、溶液pH 13、浸泡时间16 h,在此最 优工艺条件下丹参素的平均得率为0.465%。 2.6 常压回流提取丹参素 在单因素试验的基础上,选取对常压回流提取影响 较大的3个因素进行正交试验优化,得到最佳回流提取 工艺条件,按照常压回流提取的最佳工艺条件:乙醇浓 度80、pH值13、回流时间6 h,加热回流提取3次, 丹参素的平均得率为0.3477。由此,可以得到以下结 论: 1)超高压提取丹参素时间短:超高压提取升压和卸 压时间都很短,提取时间主要决定于保压时间,一般情 况下保压时间在5min内即可达到溶解平衡,延长保压时 间无助于提高得率。超高压提取丹参素提取时间是常规 回流提取的1.4%。 2)超高压提取丹参素效率高:在最优工艺条件下, 超高压提取丹参素得率为0.465%,而回流得率为 0.3477%,因此超高压较回流提取得率提高了33.7%。 3)超高压提取丹参素能耗低:超高压提取在保压、 卸压阶段,能量的转化和热量的对外交换相对来讲很小, 仅在升压阶段抵抗流体形变的应力消耗一定能量,引起 流体温度小幅升高,储存一定的压缩能。以溶剂水为例, 1 L水加热到90需要热量2.93105 J,1 L水加压到400 MPa耗能仅为1.884104 J,在回流提取过程中,还需要 不断地吸收能量,使溶剂维持在沸腾状态,大量能量消 耗于液体的汽化,而且由电能转化为热能的效率要远低 于转化为压缩能,因此高压提取消耗的能量相对较低, 仅占热回流提取的的1/15左右。 2.7 精密度试验 精密吸取对照品溶液10 L,重复进样6次,丹参素 的峰面积积分值的平均值为1941088, 相对标准偏差只有 0.1,说明仪器的精密度较好。 2.8 重现性试验 取同一批次的丹参样品6份,按试样溶液制备条件 和测试方法测定丹参素的峰面积积分值的平均值为 2093948,相对标准偏差只有1.85%。结果表明该提取工 艺重现性良好。 2.9 超高压提取机理探讨 中药有效成分均为细胞内物质,有效成分的提取实 际上是目标成分从细胞内扩散到溶剂中的非稳态非平衡 传质过程。提取过程一般分3步: 溶剂向药材内部的渗 透和药材的浸润;药材内部溶质的溶解;溶质从药 材内部向周围溶液的扩散。其中是整个提取过程的速 率控制步骤。超高压能够快速、高效地提取中药有效成 分,主要是超高压能使基质材料的组织结构发生变化, 目标成分的扩散阻力大大减小,同时超高压力差为溶质 的扩散提供了超高的传质动力,其独特的提取机理可以 从3个阶段加以说明: 1) 升压阶段 超高压提取过程中,压力升高很快,在短时间内(一 般小于2 min)压力由常压升为几百MPa,而细胞内部的 压力却很小(1个大气压) ,因而产生的渗透压差很大, 溶剂的扩散动力很大,渗透速率很快,细胞内部在短时 间内就会充满溶剂。由于渗透压差极大,溶剂在渗透过 程中易形成湍流,使边界层变薄、细胞膜、细部器膜发 生疏松、破碎等结构变化,增大固液接触面积,降低有 效成分由固体组织内部向外扩散的传质阻力。 2)保压阶段 压力的快速变化,可以引起体系的体积变化,推动 了化学平衡的移动。溶剂快速渗透到组织细胞内部与细 胞内容物接触,在较短的时间内有效成分达到溶解平衡, 因此保压阶段时间很短,一般几分钟之内即可完成。 3)卸压阶段 卸压一般在几秒钟之内即可完成,即组织细胞的压 力从几百兆帕的超高压条件下,迅速减小为零(卸压在 几秒中之内完成) ,在超高反向压力差的作用下形成强大 的湍流,因此溶解了有效成份的溶液会向细胞外迅速扩 散。另外卸压时还会发生流体(药物基质)体积的爆破 膨胀,对细胞壁、细胞膜、质膜、核膜、液泡、微管等 形成强烈的冲击,导致细胞结构出现松散、孔洞、破裂 等结构变化。在流体吸收外界施加的压缩能一定(压力 一定)的情况下,卸压时间越短,细胞内流体在向外扩 散的同时产生的冲击力越强,引起的湍动效应越强烈, 形成的孔洞、碎片越多,一定质量的固体基质的有效比 表面越大,同时有效成分扩散的传质阻力减小;有效成 分将和溶剂充分接触,溶解了有效成分的溶剂快速转移 到细胞外,达到快速、高效提取的目的。 3 结论与讨论 1) 超高压丹参素的最佳提取工艺参数: 提取压力300 MPa、提取溶剂乙醇浓度80水溶液、溶液pH 值13、 浸泡时间16 h,在此最优工艺条件下丹参素的得率为 0.465%。 较常规回流提取提高了33.7%, 而提取时间则是 后者的1.4%。 2)试验结果可信度高:精密度试验的相对标准偏差 只有0.1,说明测试仪器的精密度较好;重现性试验的 相对标准偏差为1.85,说明优化得到的超高压提取提 取工艺重现性良好,试验结果的可信度较高。 第1期 陈瑞战等:超高压提取丹参素的研究 295 超高压提取可以不需要通过加热提高分子的运动速 率来缩短平衡时间,增大有效成分的溶解度,实现在较 低温度下快速、 高效提取, 为中药有效成分的提取提供了 一种新方法。这样可以避免热效应引起的有效成分的结 构变化、生理活性的降低,特别适合受热易分解、挥发 等不稳定成分的提取。但存在设备费用高,提取容积小 等不足,且在天然药物成份提取方面的应用尚处在起步 阶段,在实际生产中的推广与应用还有很多工作要做。 超高压技术在中药提取、食品和材料加工、生物制药等 多方面所展现出的潜力和应用前景非常值得我们继续深 入地研究。 参 考 文 献 1 李朝霞,王 地. 丹参水溶性成分的研究进展J.北京中 医,2004, 23 (3) : 177180. 2 周长新,罗厚蔚,丹羽正武. 丹参水溶性化学成分的研究 J.中国药科大学学报,1999,30(6):411416. 3 赵 娜,郭治昕,赵 雪,等. 丹参的化学成分与药理作 用J. 国外医药植物药分册,2007, 22(4):155160. 4 郑元义,戴立里,王文兵,等. 丹参素治疗肝纤维化及其 作用机制研究J. 中华肝脏病杂志,2003,11(5):288290. 5 方 杰. 丹参素对乳腺癌MCF细胞株的作用J. 中国老年 学杂志, 2003,23(3):168169. 6 Mei Ding, Ye Tingxiang, Zhao Guangrong, et al. Aqueous extract of Salvia Miltiorrhiza attenuates increased endothelial permeability induced by tumor necrosis factor-alphaJ. Int Immunopharmacol, 2005, 5(11): 16411651. 7 刘重芳,张钰泉,戴居云,等. 丹参不同提取工艺比较J. 中成药,1999,21(8):385388. 8 邹晓军,高小利. 丹参中丹参素和原儿茶醛的微波提取工 艺研究J. 中药材,2007,30(6):735737. 9 谢 凯,赵磊磊,姜红宇,等. 近年来丹参提取工艺的研 究概况J.中国实验方剂学杂志,2007,13(10):6770. 10 张 虹,柳正良,王洪泉,等. 超临界萃取结合水煎煮法 提取丹参中有效成分的研究J. 中草药,2004,35(12): 13601362. 11 陈瑞战,张守勤,王长征,等. 超高压提取西洋参皂苷的 工艺研究J. 农业工程学报,2005,21(5):151154. 12 Zhang Shouqin, Chen Ruizhan, Wu Hua, et al. Ginsenoside extraction from Panax quinquefolium L. (American ginseng) root by using ultrahigh pressureJ. Journal of Pharmaceutic- al and Biomedical Analysis, 2006, 41:5763. 13 刘长姣,张守勤,吴 华,等. 超高压技术在五味子饮料 加工中的应用J. 农业工程学报,2006,22(6):227229. 14 韩桂茹,赵志军,刘铁钢,等. 丹参制剂中原儿茶及丹参 素的同时定量分析J. 中成药,2000,22(12):872874. 15 Zhou Limin, Chow Moses, Zuo Zhong. Improved quality control method for Danshen products-consideration of both hydrophilic and lipophilic active componentsJ. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 2006,41:744750. 16 毛声俊,侯世祥,唐昌炯,等. 丹参素在加温加速条件下 的含量变化规律研究J. 中国中药杂志,2003,28(3): 220 222. Ultrahigh pressure extraction of Danshensu Chen Ruizhan1, Zhang Shouqin2, Zhang Yonghong1, Bai Helong1, Meng Fanlei1 (1. College of chemistry, Changchun Normal University,Changchun 130032, China; 2. School of Biological and Agricultural Engineering, Jilin University, Changchun 130025, China) Abstract: The optimum extraction technology of Danshensu under normal temperature by ultrahigh pressure technique was investigated. The Danshensu was extracted with u

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论