王海峰, 邱芳萍

(長春工業(yè)大學化學與生命科學學院,吉林長春 130012)

0 引 言

甘草是臨床最常應用的藥品。生甘草能清熱解毒,潤肺止咳,調和諸藥性;炙甘草能補脾益氣,臨床用量特大,出口量大。除藥用之外,食品上也大量用甘草做糕點添加劑,它的甜度是蔗糖的百倍。甘草的主要有效成分為甘草酸(glycyrrhizic acid)或甘草甜素(glycyrrhizin)及甘草次酸(glycyrrhetinic acid)等三萜類化合物、甘草黃酮類化合物以及甘草多糖等[1-2]。文獻[3]研究表明,甘草酸及甘草次酸具有解毒、消炎、鎮(zhèn)痛、抗腫瘤的作用,還用于防治病毒性肝炎、癌癥以及艾滋病等。近年來,甘草藥材由于遭到過度采挖,資源急劇減少,保護甘草資源已迫在眉睫。國內(nèi)多采用水回流法,該法存在用水量大、耗時長、甘草酸收率低、雜質多等弊端,也不同程度地造成資源的浪費。為此,文中對甘草酸的氨性醇提法進行了優(yōu)化,以期對實驗研究和生產(chǎn)實踐有所幫助[4]。

1 實驗材料

1.1 材料與試劑

甘草,河北安國中藥材市場。

無水乙醇、氨水等,均為分析純。

1.2 儀器與設備

DK-98-I電子恒溫水浴鍋,天津泰斯特儀器有限公司;

T687鼓風干燥箱,天津泰斯特儀器有限公司;

萬能粉碎機,常州品正干燥設備有限公司。

2 實驗方法

2.1 氨性醇提取法

準確稱取甘草粉末5 g于錐形瓶中,加入適量的氨性乙醇溶液,加熱到一定溫度,保持一段時間,冷卻后抽濾,得濾液,冷凍干燥得粗甘草酸。

2.2 甘草酸提取工藝的優(yōu)化

試驗是對提取時間、溫度、氨水濃度、乙醇濃度等影響提取效果因素的單因素實驗,各單因素初始固定條件是:提取時間為4.5 h,溫度為60℃,乙醇濃度為10%,氨水濃度為0.5%。根據(jù)單因素試驗結果,運用根據(jù)DPS的正交回歸組合實驗設計原理,進行響應面實驗。

3 結果與分析

3.1 氨性醇提取法單因素實驗

3.1.1 時間對甘草酸提取率的影響

設定溫度為60℃,氨水濃度為0.5%,乙醇濃度為10%,改變提取時間,得出提取時間對甘草酸提取率的影響,結果如圖1所示。

圖1 提取時間對甘草酸提取率的影響

圖1表明,隨時間的延長,甘草酸的提取率逐漸增加,當提取時間達到6.5 h時,提取率達到最高。

3.1.2 溫度對甘草酸提取率的影響

設定提取時間為4.5 h,氨水濃度為0.5%,乙醇濃度為10%,改變溫度,得出溫度對甘草酸提取率的影響,結果如圖2所示。

圖2 溫度對甘草酸提取率的影響

由圖2可知,溫度對甘草酸提取率的影響不大,隨著溫度的不斷升高,甘草酸的提取率逐漸增加,40℃時達到最大,此后,其提取率基本保持不變。

3.1.3 氨水濃度對甘草酸提取率的影響

設定時間為4.5 h,溫度為60℃,乙醇濃度為10%,改變氨水濃度,得出氨水濃度對甘草酸提取率的影響,結果如圖3所示。

圖3 氨水濃度對甘草酸提取率的影響

圖3表明,在氨水濃度達到0.5%時,甘草酸提取率最高。

3.1.4 乙醇濃度對甘草酸提取率的影響

設定時間為4.5 h,溫度為60℃,氨水濃度為0.5%,改變乙醇濃度,得出乙醇濃度對甘草酸提取率的影響,結果如圖4所示。

圖4 乙醇濃度對甘草酸提取率的影響

圖4表明,在乙醇濃度為20%時,提取率最高,隨著乙醇濃度的增加,提取率逐漸減少。

3.2 響應面試驗分析[5]

3.2.1 因素水平的選取

在氨性醇提法單因素試驗的基礎上,選取時間、溫度、氨水濃度、乙醇濃度4個對甘草酸提取率效果顯著的因素進行響應面分析。試驗因素與水平設計見表1。

表1 響應面分析因素與水平表

3.2.2 試驗設計與結果

以A,B,C,D為自變量,以甘草酸提取率為響應面,試驗設計與試驗結果見表2。

表2 響應面分析方案及實驗結果

采用DPS9.50統(tǒng)計軟件對所得試驗結果進行多元回歸擬合[6]。回歸方差分析顯著性檢驗表明,該模型的R2=0.994 2,表明該模型與實際試驗擬合較好,自變量與響應值線性關系顯著,可以用于甘草酸氨性醇提試驗的理論預測。

由于各因素對甘草提取率的影響不是簡單的線性關系,為了更明確各因素對響應值Y采用DPS9.50統(tǒng)計軟件對表1數(shù)據(jù)進行多元回歸分析,得到如下回歸方程:

利用DPS9.50軟件對表2數(shù)據(jù)進行二次多元回歸擬合,所得到二次回歸方程的響應面,如圖5～圖8所示。

從響應面分析圖上可以找出最佳參數(shù)之間的相互作用。得出甘草酸提取率最佳工藝是:提取時間為5.84 h,提取溫度為40.28℃,氨水濃度為0.41%,乙醇濃度為16.78%。在此條件下提取率理論值最高達到66.40%。

圖5 提取時間與提取溫度對甘草酸提取率影響的響應面

圖6 提取溫度與氨水濃度對甘草酸提取率影響的響應面

圖7 氨水濃度與乙醇濃度對甘草酸提取率影響的響應面

圖8 乙醇濃度與提取時間對甘草酸提取率影響的響應面

4 討 論

甘草酸除應用于醫(yī)藥外,它還被廣泛應用于食品添加劑(如低熱值甜味劑)、化妝品、煙草、釀造、國防等行業(yè),被列為重要的精細化工產(chǎn)品[6-9]。為此,對甘草的深度開發(fā)加工和綜合利用是一項值得重視的課題。將響應面法應用到甘草酸的提取工藝的研究,采用合理的試驗設計,依據(jù)回歸分析各工藝條件的影響因子,取得了比較好的結果。實際值與理論值相近,這表明利用響應面分析法得到的提取工藝參數(shù)是真實可靠、具有實用價值的。根據(jù)響應面法實驗設計得出最優(yōu)條件下提取率為66.40%。

[1] 張 繼,姚 健,丁 蘭,等.甘草的利用研究進展[J].草原與草坪,2000,89(2):12-17.

[2] 王亞紅,李戰(zhàn)英.甘草酸的提取和精制法研究現(xiàn)狀[J].天津化工,2003,17(6):34-36.

[3] 劉虹冰.甘草的有效成分及其藥理作用研究進展[J].中華實用醫(yī)學,2003,5(11),101-102.

[4] 張 磊,羅 鵬,王華強,等.響應面分析法優(yōu)化向日葵盤中果膠的提取工藝研究[J].食品機械,2007,23(3):84-86.

[5] 田文瑩,劉洪霞,邱芳萍.響應面法優(yōu)化微波輔助提取糞鬼傘多糖工藝的研究[J].長春工業(yè)大學學報:自然科學版,2009,30(6):629-632.

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[8] 雷學軍.甘草酸制備及其在食品工業(yè)中的應用[J].食品研究與開發(fā),1994(1):4.

[9] 苑可武,白 芳,楊 波,等.甘草酸的提取和精制法概述[J].中國醫(yī)藥工業(yè)雜志,2002,33(7):362-364.