李 祥， 兀 浩， 文 星， 李 進(jìn)， 房 媛， 史云東

(1．陜西科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，陜西西安710021;2．云南民族大學(xué)民族藥資源化學(xué)國(guó)家民族事務(wù)委員會(huì)-教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南昆明650031;3．玉溪師范學(xué)院，廣西玉溪530400)

盾葉薯蕷Dioscorea zingiberensis C.H.Wright俗稱(chēng)黃姜，是薯蕷科薯蕷屬Dioscrea多年生草本植物，其根莖皆可入藥。薯蕷皂苷 (dioscin)是盾葉薯蕷根莖中的主要活性成分，有止咳、祛痰、脫敏、消炎作用。薯蕷皂苷的水解產(chǎn)物薯蕷皂苷元 (diosgenin)，它是合成甾體激素以及避孕藥的基礎(chǔ)原料［1-2］。

目前全世界的薯蕷皂苷元用量極大，每年大約需求6 000 t，其中，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)需求約3 000 t［3］。薯蕷皂苷元主要是由薯蕷科植物的根莖所含的薯蕷皂苷經(jīng)過(guò)酸水解來(lái)獲得。目前國(guó)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)大多數(shù)采用直接水解法。此方法是在水解過(guò)程中以強(qiáng)酸 (鹽酸、硫酸)進(jìn)行水解。不僅耗酸量大，環(huán)境污染嚴(yán)重。同時(shí)，存在于盾葉薯蕷根莖中的纖維素、淀粉等副產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)被破壞而難以綜合利用［4-5］。近幾年來(lái)，分離酶解技術(shù)能較好的回收盾葉薯蕷根莖中的淀粉和纖維素，合理的利用資源，但缺點(diǎn)是生產(chǎn)周期長(zhǎng)，產(chǎn)品純度不高［5-6］。而葛發(fā)歡等研究利用超臨界CO2薯蕷皂苷元的研究，能提高回收率，但存在前期成本較高的缺點(diǎn)［7］。Li Xiang等發(fā)現(xiàn)了超聲波輔助乙醇提取盾葉薯蕷皂苷時(shí)，超聲波不僅能降低提取時(shí)間同時(shí)還提高薯蕷皂苷的提取效率［8］。薯蕷皂苷不溶于水，可溶于甲醇，乙醇。Mishra SP等發(fā)現(xiàn)用異丙基苯磺酸鈉溶液提取薯蕷皂苷元時(shí)可以得到純度較高的產(chǎn)品［9］。韓剛等研究發(fā)現(xiàn)在乙醇溶劑中加入少量十二烷基硫酸鈉能提高姜黃素的提取率［10］。但對(duì)于以表面活性劑水溶液作為萃取劑的研究較少。本實(shí)驗(yàn)以表面活性劑水溶液做為萃取劑，對(duì)在超聲條件下表面活性劑及其復(fù)配體系與薯蕷皂苷提取率的影響進(jìn)行了探討。期望通過(guò)先提取后水解的方法對(duì)解決生產(chǎn)過(guò)程中的污染問(wèn)題有一定幫助。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑 盾葉薯蕷根塊 (三年生長(zhǎng))，陜西省商洛采購(gòu);無(wú)水乙醇 (分析純)，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司;薯蕷皂苷對(duì)照品 (批號(hào):090315)，上海融禾醫(yī)藥科技發(fā)展有限公司;十二烷基硫酸鈉 (分析純)，天津市河北區(qū)海晶精細(xì)化工廠;十六烷基三甲基溴化銨 (分析純)，十二烷基苯磺酸鈉 (分析純)，中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑;咪唑里 (化學(xué)純)，平平加 (化學(xué)純)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;曲拉通100(分析純)，吐溫80(分析純)，西安化玻站化學(xué)廠。

1.2 儀器與設(shè)備 SC-Ⅲ型多頻聲化學(xué)發(fā)生器，成都市九洲機(jī)電工程研究所;7230G型可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司;BS2202S型電子天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海申生科技有限公司。

1.3 皂苷的提取方法

1.3.1 盾葉薯蕷根莖的處理 洗凈的盾葉薯蕷根莖，經(jīng)曬干、粉碎、過(guò)80目篩。

1.3.2 提取方法 將處理完的盾葉薯蕷根莖 (80目)，準(zhǔn)確稱(chēng)取10 g，放入燒杯中，以1∶10加入配制好的表面活性劑溶液，在25 kHz的超聲條件下處理40 min，然后用真空抽濾，得到濾液為提取液。

1.3.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的制備［11-12］取4.7 mg薯蕷皂苷對(duì)照品，精確稱(chēng)定，加入無(wú)水乙醇溶于10 mL量瓶中定容，搖勻，靜置備用。最大吸收波長(zhǎng)的測(cè)定，用移液管準(zhǔn)確移取0.25 mL皂苷標(biāo)準(zhǔn)溶液于具塞試管中，揮干溶劑。再加入5 mL HClO4，在70℃水浴條件下反應(yīng)20 min，再放入冰水中冷卻5 min后，在波長(zhǎng)為300～550 nm的條件下與可見(jiàn)分光光度計(jì)下測(cè)定吸光度值，從而確定最大吸收波長(zhǎng)，最大值為408 nm。分別準(zhǔn)確移取標(biāo)準(zhǔn)品溶液0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mL于408 nm測(cè)定吸光度，以HClO4，作參比。薯蕷皂苷質(zhì)量濃度在0.009 4～0.057 6 mg/mL范圍內(nèi)與吸光度值A(chǔ)呈良好線(xiàn)性關(guān)系，回歸方程:A=15.575C－0.011 6，R2=0.998 2。

樣品提取率測(cè)定 將真空抽濾得到的盾葉薯蕷提取液記錄體積，取1 mL樣品液，用無(wú)水乙醇稀釋到10 mL，從中取0.5 mL，使質(zhì)量濃度范圍在標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)范圍內(nèi)，按上述條件進(jìn)行吸光度的測(cè)定，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)求出盾葉薯蕷中皂苷的量，并計(jì)算提取率。皂苷提取率 (%)=(提取液中皂苷量/盾葉薯蕷中總皂苷量)×100%

1.3.4 藥材中總皂苷的測(cè)定 稱(chēng)取80目的盾葉薯蕷粉末10 g，加入到適量75%乙醇溶液中，進(jìn)行索氏提取6 h，提取3次合并提取液，并進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示盾葉薯蕷中薯蕷皂苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%。

1.3.5 表面活性劑的選擇 取以下幾種表面活性劑 (十六烷基三甲基溴化銨、咪唑啉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、平平加、吐溫80、TX-100)配制成其相應(yīng)3倍臨界膠束濃度 (CMC)的溶液，然后把粉碎的盾葉薯蕷根莖粉末準(zhǔn)確稱(chēng)取10 g，以料液比1∶10加入到100 mL的表面活性劑水溶液中，在超聲頻率為25 kHz條件下進(jìn)行處理40 min，再對(duì)超聲后的樣品進(jìn)行真空抽濾，去掉濾渣，得到濾液，對(duì)濾液按照1.3.3項(xiàng)的方法進(jìn)行顯色檢測(cè)。并用同等方法，以水和75%的乙醇做空白試驗(yàn)。

1.3.6 表面活性劑用量的選擇 選擇出萃取液中薯蕷皂苷量最大的表面活性劑溶液，在其他條件不變的情況下，分別選取表面活性劑的濃度為1、2、3、4、5倍CMC的溶液，進(jìn)行皂苷提取以及測(cè)定皂苷提取率，確定表面活性劑的最佳用量。

1.3.7 表面活性劑的復(fù)配

(1)陰-陽(yáng)離子表面活性劑的復(fù)配 以濃度為3倍CMC的十二烷基硫酸鈉 (SDS)溶液分別與陽(yáng)離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨 (CTAB)以及咪唑啉進(jìn)行不同濃度的復(fù)配，復(fù)配后的表面活性劑水溶液做為溶劑，提取薯蕷皂苷。按照1.3.5項(xiàng)的試驗(yàn)方法，測(cè)定薯蕷皂苷提取率。

(2)陰-非離子表面活性劑的復(fù)配 以濃度為3倍CMC的SDS分別與非離子表面活性劑TX-100以及平平加進(jìn)行不同濃度的復(fù)配，復(fù)配后的表面活性劑水溶液做為溶劑，提取盾葉薯蕷。按照1.3.5項(xiàng)的試驗(yàn)方法，測(cè)定薯蕷皂苷提取率。

1.3.8 對(duì)金屬陽(yáng)離子的考察 以濃度為3倍CMC的SDS溶液為基礎(chǔ)，通過(guò)加入一定量的Na+，Mg+，來(lái)確定金屬離子對(duì)于表面活性劑在薯蕷皂苷提取中的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面活性劑的選擇 表面活性劑用于中藥材活性成分提取時(shí)，一方面表面活性劑所特有的雙親分子結(jié)構(gòu)能降溶質(zhì)與溶劑的表面張力，利于溶劑分子進(jìn)入。另一方面當(dāng)表面活性劑濃度大于其CMC時(shí)，表面活性劑分子會(huì)在水溶液中形成膠束團(tuán)，能把中藥材活性成分包裹進(jìn)去，利于提取。由于中藥材活性成分的結(jié)構(gòu)不同，表面活性劑的增溶模式各不同。對(duì)于本研究，結(jié)果如表1顯示:當(dāng)盾葉薯蕷根塊(80目)以1∶10加入不同的表面活性劑水溶液，在25 kHz條件下超聲40 min，提取盾葉薯蕷中的薯蕷皂苷時(shí)，十二烷基硫酸鈉的提取效果最佳。提取率達(dá)66.11%。

2.2 表面活性劑用量的影響 在固定超聲各條件下，用不同濃度的十二烷基硫酸鈉水溶液進(jìn)行皂苷提取時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示:當(dāng)表面活性劑濃度大于CMC時(shí)，表面活性劑在水中形成臨界膠束團(tuán)將薯蕷皂苷包裹在內(nèi)，有利于皂苷的提取，隨濃度增加其臨界膠束團(tuán)數(shù)量增加，從而使薯蕷皂苷提取率急劇增大，當(dāng)濃度達(dá)到3倍CMC濃度時(shí) (即2.58×10－2mol/L)，皂苷提取率增加幅度減小，隨后由于根莖細(xì)胞內(nèi)外皂苷濃度達(dá)到一定的平衡，傳質(zhì)推動(dòng)力不足，皂苷提取率基本不再增加，故本研究選取3倍的CMC濃度作為最佳濃度。

表1 不同表面活性劑提取皂苷的結(jié)果 (n=3)

圖1 表面活性劑濃度對(duì)皂苷提取率的影響

2.3 提取結(jié)果 在超聲條件下，以3倍CMC濃度的SDS為溶劑提取盾葉薯蕷皂苷，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 3倍CMC濃度的SDS提取皂苷結(jié)果

2.4 陰-陽(yáng)離子表面活性劑復(fù)配體系對(duì)薯蕷皂苷提取率的影響 表面活性劑的復(fù)配指兩種或兩種以上的表面活性劑按照不同比例進(jìn)行混合，以獲得比單一表面活性劑更佳的表面特性［13］。對(duì)于陰陽(yáng)離子表面活性劑復(fù)配來(lái)講，當(dāng)其濃度比例1∶1時(shí)，由于陰陽(yáng)離子之間靜電作用，會(huì)得到比單一表面活性劑溶液中更多數(shù)量的膠束團(tuán)。本實(shí)驗(yàn)分別選取3倍CMC的不同陰陽(yáng)離子表面活性劑SDS以及十六烷基三甲基溴化銨和咪唑啉，按照一定體積比進(jìn)行混合，然后測(cè)定其作為溶劑對(duì)薯蕷皂苷提取率的影響。從圖2中可以看出當(dāng)SDS與十六烷基三甲基溴化銨 (CTAB)以及咪唑啉復(fù)配溶液作為溶劑對(duì)薯蕷皂苷進(jìn)行提取時(shí)，其都呈現(xiàn)出萃取液中薯蕷皂苷提取率先增加后減少的趨勢(shì)，當(dāng)十六烷基三甲基溴化銨與SDS體積比為1∶2時(shí)，薯蕷皂苷提取率達(dá)到最大，一方面它們由于各自分子中的陰陽(yáng)離子頭之間的靜電作用，會(huì)使溶液中膠團(tuán)時(shí)間斥力減小，溶液中的混合膠束多于單一的表面活性劑。另一方面復(fù)配體系中陰離子表面活性劑SDS對(duì)薯蕷皂苷量影響大于兩種陽(yáng)離子，所以隨著SDS體積不斷增加，其濃度也不斷增加，兩方面因素的綜合結(jié)果導(dǎo)致，薯蕷皂苷萃取率最大時(shí)，陰陽(yáng)表面活性劑濃度比不是1∶1，而是在SDS存在條件下的非等濃度配比體系。隨著SDS體積的進(jìn)一步增加，溶液中陽(yáng)離子表面活性劑濃度降低，膠束之間斥力增加，膠束團(tuán)數(shù)量減少，將導(dǎo)致薯蕷皂苷萃取率降低。SDS與咪唑林之間的復(fù)配對(duì)薯蕷皂苷萃取率的影響原理相似，由于其3倍CMC時(shí)濃度不同，所以體積比不同為1∶4。

圖2 陰-陽(yáng)離子表面活性劑對(duì)皂苷提取率的影響

2.5 陰-非離子表面活性劑復(fù)配體系對(duì)薯蕷皂苷提取率的影響 將不同濃度的陰非離子表面活性劑 (3倍CMC)，按照不同體積比進(jìn)行復(fù)配，結(jié)果如圖3所示。其萃取率會(huì)隨陰離子表面活性劑SDS的體積比增加而增加，它們都在SDS加入一定比列的時(shí)候達(dá)到最高。

陰-非離子表面活性劑的復(fù)配在對(duì)多環(huán)芳烴的增溶作用中有過(guò)報(bào)道，但是對(duì)于在皂苷提取中其影響因素較多，首先薯蕷皂苷是一種甾體苷元與鼠李糖通過(guò)糖苷鍵結(jié)合的物質(zhì)，它在表面活性劑溶液中的是以欄柵型的增溶模式存在。其親水基團(tuán)鼠李糖部分存在膠束團(tuán)表面［14］。在非離子與陰離子表面活性劑復(fù)配后，開(kāi)始在非離子表面活性劑膠團(tuán)大量存在的條件下，一定量的SDS的加入，必然會(huì)導(dǎo)致膠束團(tuán)表面極性增強(qiáng)，有利于薯蕷皂苷中的親水基與膠束團(tuán)的結(jié)合幾率，從而增加了萃取液中的薯蕷皂苷濃度。由于非離子表面活性劑能通過(guò)氫鍵與H2O以及H3O+結(jié)合，使得膠束團(tuán)表面帶正電，使得陰-非離子表面活性劑的復(fù)配有陰陽(yáng)離子表面活性劑的類(lèi)似原理。隨著SDS的增加，非離子表面活性劑濃度驟降，溶液中的膠束團(tuán)數(shù)量必然會(huì)減少，溶液中的膠束團(tuán)數(shù)目的減少將會(huì)導(dǎo)致薯蕷皂苷萃取率降低。

圖3 陰-非離子表面活性劑對(duì)皂苷提取率的影響

2.6 無(wú)機(jī)鹽加量的影響 將黃姜粉末以1∶10加入到3倍CMC的十二烷基硫酸鈉溶液中，在25 kHz條件下加入NaCl、MgCl2使其濃度分別為 0.10、0.15、0.20、0.25、0.3 mol/L下超聲40 min，結(jié)果如圖4。隨著無(wú)機(jī)鹽的加入，Na+、Mg+離子濃度增加，不僅提高了表面活性劑的表面活性，而且降低了表面活性劑的臨界膠束濃度，提高表面活性劑的有效增溶能力，從而增加的薯蕷皂苷的提取率。當(dāng)金屬離子濃度繼續(xù)增加時(shí)，由于加無(wú)機(jī)鹽會(huì)使液體柵欄分子間的斥力減少，于是分子排列得更加緊密，從而減少了極性化合物可被增溶的位置，因此，極性有機(jī)物被增溶的能力減小，可能不利于表面活性劑對(duì)皂苷的包裹，而會(huì)使皂苷提取率減少。由于Mg2+所帶電荷多與Na+以及其離子半徑較小，所以它對(duì)薯蕷皂苷提取率的影響更大。

圖4 Na+、M g+濃度對(duì)皂苷提取率的影響

2.7 Mg+加入到3倍CMC的SDS中提取薯蕷皂苷 在超聲頻率25 kHz超聲時(shí)間40 min料液比1∶10的SDS(3倍CMC)中加入0.2 mol/L的Mg+其實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，萃取率為71.25%。結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 0.2 mol/L M g+加入到SDS(3倍CMC)中提取薯蕷皂苷的結(jié)果

3 結(jié)論

3.1 本研究以表面活性劑水溶液為提取溶劑，代替?zhèn)鹘y(tǒng)工業(yè)中的有機(jī)溶劑提取，在中藥材活性成分提取中，有一定的使用價(jià)值。

3.2 本實(shí)驗(yàn)在固定超聲頻率25 kHz，超聲時(shí)間40 min，料液比1∶10條件下使用十二烷基硫酸鈉水溶液作為溶劑，其濃度為2.58×10－2mol/L時(shí)萃取液中皂苷提取量為7.27 %，大于同等條件下使用75%的乙醇對(duì)薯蕷皂苷的提取量。

3.3 在表面活性劑溶液中加入不同其他表面活性劑對(duì)薯蕷皂苷進(jìn)行提取，其皂苷提取率為陰-陽(yáng)離子表面活性劑復(fù)配體系＞陰-非離子表面活性劑復(fù)配體系＞單一表面活性劑。

3.4 在表面活性劑中加入少量無(wú)機(jī)鹽就能大幅提高薯蕷皂苷的萃取量，在Mg2+濃度0.2 mol/L時(shí)增加的提取效率最大。

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