离子液体微波辅助萃取石蒜中生物碱的研究_图文

1、离子液体微波辅助萃取石蒜中生物碱的研究杜甫佑肖小华李攻科3(中山大学化学与化学工程学院, 广州510275摘要以离子液体溶液为溶剂, 研究了离子液体微波辅助萃取石蒜中石蒜碱、力克拉敏和加兰他敏生物碱。考察了离子液体的种类和浓度对萃取石蒜生物碱的影响, 并与传统有机溶剂和传统萃取技术进行了对比研究。结果表明, 1. 0mol/Lb m i m Cl溶液为溶剂, 液固比(mL g 151, 80微波辅助萃取10m in, 石蒜碱、力可拉敏和加兰他敏生物碱的萃取率分别为2. 730、0. 857和0. 179mg/g。与传统的萃取方法比较, 本方法快速高效、环境友好。关键词离子液体, 微波辅助萃取,

2、 石蒜, 生物碱2007202209收稿; 2007204209接受本文系国家自然科学基金(No . 20375050 和“十一五”国家科技支撑计划重点(No . 2006BAK03A08 资助项目3E 2mail:cesgklmail. sysu . edu . cn1引言自1986年Ganzler 等1, 微波辅助萃取技术在食品、5, 它以萃取时间短、溶剂用量少、选择性强、5, 6。在微波辅助萃取中草药中有效活性成分时, , 通常选用极性较强的溶剂或, 如甲醇、乙醇、二氯甲烷2甲醇、水2甲苯等。但这些挥发性有机溶剂在样品前处理过程中会引起环境污染。离子液体非常适合做MAE 萃取溶剂, 因为

3、离子液体是由离子组成的, 具有蒸汽压低、挥发性小、溶解能力强、萃取能力好、液态范围宽等独特的物理化学性质, 同时对微波具有强的吸收和热转换能力7。离子液体作为一种可设计的绿色溶剂广泛应用在液液萃取、液相微萃取、固相微萃取、膜分离和双水相萃取等样品预处理方面811。与有机溶剂相比, 离子液体做溶剂可以减少萃取分离过程中的环境污染, 但在常温下离子液体的粘度较大, 扩散能力较差, 难以直接应用于中草药等固体基质中有效成分的萃取分离。通过添加共溶剂或者升高温度, 可以显著降低离子液体的粘度, 提高溶剂的扩散能力, 而离子液体仍能保持好的溶解和萃取能力。文献报道离子液体溶液可作为MAE 溶剂, 萃取中

4、药材中有效活性成分12。本研究在有机溶剂MAE 萃取石蒜中生物碱的研究工作图1石蒜碱、力可拉敏和加兰他敏的化学结构Fig . 1Che m ical structures of lycorine, lycora m ine and galantha m ine基础上13, 14, 以离子液体溶液为溶剂, 微波辅助萃取石蒜中的石蒜碱、力克拉敏和加兰他敏三种生物碱(图1 , 并与传统萃取方法进行对比研究。2实验部分2. 1仪器与试剂MAS 2I 微波合成/萃取仪(上海新仪微波化学科技有限公司 , X MT A 数显恒温水浴(余姚市远东数控仪器厂 ; LC 2VP 液相色谱仪(日本岛津公司 , Hy

5、persil ODS C 18色谱柱(150mm ×4. 6mm i . d . , 5m , 大连依利特公司 ,Mercury 2Plus 300核磁共振仪(美国Varian 公司 。甲基咪唑、氯代正丁烷、溴代正丁烷、溴乙烷和Na BF 4(化学纯 , 三乙胺、95%(V /V 乙醇、HCl 、Na OH 和Ag NO 3(分析纯 , 乙腈(色谱纯 , 石蒜碱和加兰他敏标准品(Sig ma 公司 , 力可拉敏标准品第35卷 2007年11月分析化学(FE NX I HUAXUE 研究报告Chinese Journal of Analytical Che m istry 第11期15

6、701574(广东天普药业有限公司 。2. 2实验方法2. 2. 1离子液体的合成氯化12丁基232甲基咪唑盐(b m i m Cl 、溴化12丁基232甲基咪唑盐(bm i m B r 、12丁基232甲基咪唑四氟硼酸盐(b m i m BF4 和12乙基232甲基咪唑四氟硼酸盐(e m i m BF4 4种离子液体参照文献15, 16方法合成, 所合成的离子液体在80真空干燥。用1H NMR 和13C NMR检测离子液体的纯度, 各离子液体的NMR 谱图表明离子液体中没有其它有机杂质。Ag NO 3滴定实验没有检测到bm i m BF4和e m i m BF4中卤离子的存在。离子液体溶液直

7、接由相应的离子液体和水配置而成。2. 2. 2石蒜生物碱的萃取将石蒜(湖南省采集 剥开、自然晒干、粉碎、过筛, 得到粒径为0. 18mm 样品。(1 微波辅助萃取(MAE 13准确称取1. 000g 粒度为0. 18mm 石蒜样品于圆底烧瓶中, 加入15mL 溶剂, 放入搅拌子, 80下微波辅助萃取10m in 。(2 加热回流萃取(HRE 准确称取1. 000g 石蒜样品于圆底烧瓶中, 加入30mL 溶剂, 搅拌, 在80下恒温加热提取4h 。(3 (ME 准确称取1. 000g 石蒜样品于圆底烧瓶中, 加入30mL 溶剂, h 。2. 2. 3色谱分析将石蒜提取液调至pH 8. 0并定容滤

8、膜, 用Hypersil ODS C 18色谱柱进行分析。检测波长为232和0. /V 三乙胺水溶液(醋酸调溶液pH 为8. 0 (A 和乙腈(B , mL 10L 。梯度洗脱程序:020m in, 85%A 80%A; 20A A, 10m in 。3结果与讨论3. 1离子液体的选择及优化利用bm i m Cl、bm i m Br 、b m i m BF4和e m i m BF44种离子液体溶液分别在相同实验条件下微波辅助萃取石蒜样品, 结果如图2所示。通过对比石蒜碱、力克拉敏和加兰他敏3种生物碱对应峰的峰面积, 可知4种离子液体溶液都能萃取石蒜中的生物碱, 但离子液体中阳离子和阴离子对石蒜

9、中生物碱的萃取能力是有区别的, 其中阳离子对石蒜生物碱的萃取起主要作用, 而阴离子起着次要作用,这与咪唑基阳离子具有多种作用力有着密切关系17。咪唑基阳离子与石蒜碱、力克拉敏和加兰他敏之间存在2、氢键、离子化等作用, 这些作用力有利于石蒜生物碱的溶解和萃取 。图3溶剂中b m i m Cl浓度对萃取石蒜生物碱的影响Fig . 3Effects of the concentrati on of 12butyl 232methyli m i 2dazoliu m chl oride (b m i m Cl on the m icr owave assisted extracti on (MAE y

10、ields1. 石蒜碱(lycorine ; 2. 力克拉敏(lycra m ine ; 3. 加兰他敏(galantham ine 。从图2可知, b m i m Cl、b m i m Br 和b m i m BF4溶液对石蒜中3种生物碱都有很好的萃取效率, 因bm i m Cl对加兰他敏的萃取效果略好于其它3种离子液体溶液, 因此, 选择离子液体bm i m Cl。用浓度为03. 0mol/L的bm i m Cl溶液做溶剂, 在MAE 条件下分别萃取石蒜中生物碱, 结果如图3所示。bm i m Cl浓度从0增加到1. 0mol/L,石蒜碱的萃取量明显增加, 在离子液体浓度为2. 0mol/

11、L1751第11期杜甫佑等:离子液体微波辅助萃取石蒜中生物碱的研究 时, 石蒜碱的萃取率达最大, 之后萃取率降低。力克拉敏和加兰他敏的萃取量开始随离子液体浓度的增加而增加, b m i m Cl浓度为1. 0mol/L时达最大, 之后萃取量稳定。因石蒜的MAE 提取过程动力学受内部扩散传质控制14, 当离子液体浓度增加时, 离子液体溶液的溶解能力增强, 但该溶剂的扩散能力随之降低, 溶剂则较难扩散进入石蒜基质内, 被萃取出的生物碱在基质界面也不易扩散。因此, 综合考虑3种生物碱的萃取率, 选择1. 0mol/Lb m i m Cl溶液作为微波辅助萃取石蒜的溶剂。3. 2HP LC 色谱分析条件

12、的优化石蒜碱在232和289nm 处有强的吸收, 力克拉敏和加兰他敏在232n m 处有强的吸收。b m i m Cl在232n m 处吸收较强, 而在289n m 处吸收很弱, 因而石蒜碱在232nm 处测定时受bm i m Cl吸收峰的干扰, 在289nm 处测定时不受b m i m Cl吸收峰的干扰(见图4 。因此, 选择232nm 波长处检测力克拉敏和加兰他敏, 289nm 波长处检测石蒜碱。石蒜碱、力克拉敏和加兰他敏具有弱碱性, 弱碱性流动相有利于3种生物碱的HP LC 分析。比较三乙胺醋酸水溶液pH 在7. 0、7. 5、8. 0、8. 5和9. 0时对检测3种生物碱的影响, pH

13、 值为8. 0。将石蒜萃取液的pH 值调至6. 5、7. 0、8. 0、8. 5和9. 0, 7. 0时检测信号较强, 而力可拉敏和加兰他敏在pH 8. 0时检测信号较强。, 8. 0。在上述分析条件下, , 保留时间分别为6 . 7、10. 8和. 图4石蒜碱、力可拉敏和加兰他敏标准溶液的色谱图(80mg/L,0. 5mol/Lb m i m Cl溶液配制Fig . 4Chr omat ogra m s of the standard s oluti on (80mg/L,0. 5mol/Lb m i m Cls oluti on p repared 1. bm i m Cl;2. Lyco

14、rine; 3. Lycora m ine; 4. Galantha m ine图51. 0mol/Lb m i m Cl石蒜萃取液的色谱图Fig . 5Chr omat ogram s of L ycoris radiate extract1. 石蒜碱(lycorine ; 2. 力可拉敏(lycora m ine ; 3. 加兰他敏(galantham ine 。3. 3方法的标准曲线、检出限、回收率及精密度按照选定的色谱分析条件, 分别以石蒜碱、力可拉敏和加兰他敏的峰面积对浓度绘制标准曲线, 并根据信噪比S /N=3测得各组分检出限。标准曲线、相关系数及检出限见表1所示。3种生物碱在设定

15、的浓度范围内线性关系良好, 检出限较低。表13种生物碱的标准工作曲线、线性范围、相关系数和检出限Table 1Calibrati on curves, correlati on coefficients and detecti on li m its of alkal oids生物碱A lkal oids标准曲线3Calibrati on curve 3线性范围L inear range (mg/L相关系数Correlati on coefficient (r 检出限Detecti on li m it(mg/L石蒜碱Lycorine Y =7089. 3X +1360. 60. 800200

16、0. 99990. 20力克拉Lycora m ine Y =9851. 7X -123674. 002000. 99940. 13加兰他敏Galantha m ineY =12970X -121902. 002000. 99930. 0533W here X was alkal oid concentrati on as mg/Land Y was peak area .吸取10mg/L的混合标准溶液10L, 重复测定7次。结果表明, 3种生物碱在此方法下, 对应峰的保留时间波动小于0. 1m in, 石蒜碱、力克拉敏和加兰他敏三者峰面积的相对标准偏差(RS D 分别为017%、3. 1%和

17、4. 0%。将b m i m Cl溶液配制的混合标准溶液和萃取液在4下保存, 20d 内每隔 3d2751分析化学第35卷测试一次, 每次重复5次。石蒜碱、力克拉敏和加兰他敏3种生物碱峰面积的日内RS D 分别为1. 0%、2. 6%和2. 4%, 日间RS D 分别为3. 5%、6. 2%和6. 5%。另准确称取4份石蒜样品, 每份1. 000g, 按照确定的微波辅助萃取方法平行处理后, 分别进样10L, 按照外标法测定其含量并计算RS D , 石蒜碱、力克拉敏和加兰他敏3种生物碱含量测定的RS D 分别为5. 7%、6. 8%和5. 4%, 方法精密度良好。准确称取石蒜样品9份各1. 00

18、0g, 分3个水平分别加入一定量对照品, 按照建立的微波辅助萃取方法提取, 每个实验重复3次, 结果见表2。石蒜碱、力克拉敏和加兰他敏的回收率分别为86. 8%9517%、81. 3%100. 2%和78. 0%90. 5%, 相对标准偏差在1. 8%11. 2%之间。表2石蒜中三种生物碱的回收率实验Table 2Test results of the recovery experi m ent (n =3生物碱A lkal oids样品中含量Content (mg/g样品中添加量Added (mg/g 检测量Found (mg/g回收率Recovery (%相对标准偏差RS D (% 石蒜碱

19、Lycorine2. 730. 803. 4286. 82. 70. 403. 1195. 71. 80. 0802. 8092. 510. 7力克拉敏Lycora m ine 0. 8590. 801. 6338. 60. 4022. 10. 080311. 2加兰他敏Galantha m ine0. 0. 78. 09. 40. 200. 35590. 55. 80. 0800. 24588. 56. 03. 4采用95%( 乙醇为溶剂萃取石蒜中生物碱具有较好的效果13。研究中分别用1. 0mol/Lb m i m Cl溶液和95%( 乙醇溶液做萃取溶剂, 利用微波辅助萃取法、溶剂加热回流

20、法和室温浸泡法分别萃取石蒜中石蒜碱、力克拉敏和加兰他敏生物碱, 结果如表3所示。表3不同条件下石蒜中石蒜碱、力克拉敏和加兰他敏生物碱的萃取率Table 3Yields of lycorine, lycora m ine and galantha m ine under different extracti on conditi ons (n =3萃取方式Sa mp le p reparati on萃取溶剂Solvent 石蒜碱Lycorine 产率Yield (mg/g RS D(%力克拉敏Lycora m ine产率Yield (mg/g RS D(% 加兰他敏Galantham ine产率

21、Yield (mg/g RS D(% 微波辅助萃取95%乙醇Ethanol 1. 6211. 50. 4853. 10. 0846. 9MAE1. 0mol/Lbm i m Cl2. 7305. 70. 8576. 80. 1795. 4加热回流萃取95%乙醇Ethanol 2. 6013. 10. 6833. 70. 1277. 6HRE1. 0mol/Lbm i m Cl2. 0840. 40. 6941. 90. 1328. 3室温浸泡萃取95%乙醇Ethanol 1. 0221. 20. 2807. 70. 0682. 2ME1. 0mol/Lbm i m Cl1. 6654. 90.

22、 5545. 80. 1102. 9HRE:heating reflux extracti on; ME:macerati on extracti on; bm i m Cl:12butyl 232methyli m idaz olium chl oride .对比MAE 、HRE 和室温浸泡法, 在萃取石蒜样品时,MAE 具有较特别的热力学和动力学机理14, 18,在相同萃取条件下具有显著的优势。从表3可知, 采用MAE 技术, 利用1. 0mol/Lbm i m Cl做溶剂不仅石蒜生物碱的萃取率高, 并可避免挥发性有机溶剂的使用。在液固比为151, 80下微波辅助萃取10m in 时, 石

23、蒜碱、力克拉敏和加兰他敏的萃取量分别为2. 73、0. 857和0. 179mg/g。对于不同的萃取方法, 用1. 0mol/Lb m i m Cl做溶剂, 采用MAE 方法比 HRE 和室温浸泡方法都要好, 溶剂用量小, 萃取时间短, 3种生物碱的萃取量明显高于两种传统方法。其原因是MAE 萃取机理与传统萃取方法的机理有明显的不同4, 它可以直接迅速加热溶剂和样品中的极性物质, 对极性目标物具有很好的选择性。离子液体不同于有机溶剂分子, 它在溶液中成为离子, 具有较强的极性, 对微波具有很强的吸收和热转换能力7, 因而对石蒜生物碱具有很好的萃取效果。另外, 在MAE 中, 对比95%乙醇,

24、离子液体溶液做溶剂可显著提高石蒜生物碱的萃取率, 原因可能是离子液体与石蒜生物碱形成多种分子间作用力17, 如2、n 2、氢键等作用力, 这些作用力可促使溶质的溶出。用95%乙醇做溶剂, 在萃取时间较短, 溶剂用量较少时, 加热回流萃取石蒜生物碱的萃取效果低于采用MAE 的萃取效3751第11期杜甫佑等:离子液体微波辅助萃取石蒜中生物碱的研究果15, 但用较多溶剂加热回流萃取较长时间, 3种生物碱的萃取量也较高(见表3 。无论用离子液体溶液还是95%乙醇做溶剂, 采用室温浸泡萃取技术, 即使在较长时间用较多溶剂, 其萃取效果都是最差的。因此, 采用离子液体溶液微波辅助萃取石蒜中的生物碱, 快速

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