超声强化碱法从槐米中提取芦丁的工艺研究

PAGE13毕业设计(论文)课题名称超声强化碱法从槐米中提取芦丁的工艺研究学生姓名欧阳遵亚学号0840921152系、年级专业生物与化学工程系08级食品质量与安全（食品科学与工程方向）指导教师曾祥燕职称讲师2012

超声强化碱法从槐米中提取芦丁的工艺研究摘要本文目的是采用超声波强化碱法取法，以得出超声波提取槐米中芦丁的最佳条件。方法是针对提取PH值、超声波处理时间、提取功率和料液比等四个因素进行研究，并在单因素的基础上进行正交实验，用30%乙醇进行浸取方法处理样品提取芦丁，用紫外分光光度法确定芦丁在波长400-600nm之间的最大吸收波长，并用分光光度法测定芦丁的含量。结果表明影响槐花中芦丁提取率的因素大小为：D＞A＞B＞C，最佳工艺组合是料液比1：60、PH=10、t=7min、P=300W，即料液比对芦丁提取率的影响最大，PH值对芦丁提取率的影响次之，超声波处理时间影响小一些，提取功率影响最小，当料液比为1：60时，PH值为10，超声波处理时间为7min，超声波工作功率为300W的时候，为最佳提取芦丁工艺条件。关键词：超声波；芦丁；槐米；提取；超声波细胞粉碎机Abstract：Thepurposeofthispaperistheuseofultrasonicsodaemulated,inordertoarriveattheoptimalconditionsofultrasonicextractionHuaimiRutin.ThemethodistoextractthePHvalue,ultrasonictreatmenttimeandextractionpowerofthreefactorsonthebasisofsinglefactororthogonalexperiment,with30%ethanolleachingapproachtothesampleextractrutin,usingUVspectrophotometrythemethodtodeterminerutininthemaximumabsorptionwavelength400-600nmwavelengthandspectrophotometricdeterminationofrutin.TheresultsshowthattheimpactofSophorajaponicaRutinextractionratefactorssize:PH>Time>power,thebestcombinationpH=12,t=5min,P=500W,thePHvalueofrutinextractionrate,theprocessingtimeofimpact,followedbyultrasonicextractionpowerwithminimalimpact,whenthePHvalueof12,theultrasonicprocessingtimeisfiveminutes,theultrasonicpowerof500Wwhenbesttoextractrutinprocessconditions.Keywords:ultrasound，rutin，Huaimi，extract，ultrasoniccellpulverizer目录中文摘要1英文摘要21引言42槐米43芦丁44超声波强化碱法提取槐米中芦丁的意义45实验方法55.1供试材料、试剂及仪器55.2实验方法及过程66结果与讨论96.1PH对芦丁提取率的影响96.2超声波处理时间对芦丁提取率的影响106.3超声波处理功率对芦丁提取率的影响116.4料液比对芦丁提取率的影响116.5单因素基础上的正交试验117结论12参考文献12致谢141引言槐树(SophoraiaponicaL.)尤以在槐米(槐花的花蕾)、果实中芦丁含量最为丰富。中药槐花为豆科植物槐SophoraiaponicaL.的干燥花及花蕾,夏季花开放或花蕾形成时采收，及时干燥，除去枝、梗及杂质。前者习称“槐花”，后者习称“槐米”。我国大部分地区都有生长。四川有着悠久种植槐树的历史。丘陵地带、房前屋后、山坡上都广泛种植。芦丁（Rutin）是中药槐花米中起作用的的有效成分，临床上主要用于治疗高血压及毛细血管出血。因此人们常以槐花米为原料提取芦丁。本次实验采用的是超声波强化碱法，方法是在单因素水平基础上进行正交试验提取槐花中的芦丁；比较不同条件下芦丁的提取率，确定槐花中芦丁用超声波强化提取的最佳条件，为槐花中芦丁的进一步分离提纯提供一定的理论依据，也为深入开发和利用槐米提供理论依据。2槐米槐米广义是为豆科植物槐（SophorajaponicaL.）的干燥花蕾及花。中国各地区产，以黄土高原和华北平原为多。夏季花未开放时采收其花蕾，称为“槐米”；花开放时采收，称为“槐花”。采收后除去花序的枝、梗及杂质，及时干燥，生用、炒用或炒炭用。3芦丁芦丁，又名芸香苷，广泛存在于槐花、桑叶、水芹、银杏叶、苦荞麦、小蓟、红松松针、新疆雪莲等大多药用植物中[1-5]，具有抗心肌缺氧、缺血、抗心律失常、降低血清胆固醇、抑制血小板集聚、抗溃疡、抗肿瘤、抗炎、抗过敏、抗衰老、抗辐射、抗病毒和增强免疫力等功能，是治疗缺血性心脏病、心绞痛、慢性心功能不全、高血脂和预防动脉硬化、心机梗塞、脑血栓等疾病的天然绿色药物[4]。芦丁属于黄酮类化合物[8]，从槐米中提取而来，即具有维生素P一样的作用及抗菌抗炎和抗辐射作用，又有调节毛细血管壁的渗透作用，能降低血管的脆性，有防止血管破裂和止血作用，并对紫外线具有极强的吸收作用，而且具有很好的抗氧化作用，是一种非常好的保健食品原料[9]。现在关于芦丁在护肤品中的使用研究越来越多，工艺制作已经相当成熟。利用芦丁的还原性将提取液添加在特制的雪花膏膏体内，制成了皮肤保健化妆品，经试验证明，人体涂抹后，强光下可免受紫外线辐射带来的危害，对日晒红斑、日晒性皮炎及多种色斑状均有明显的保健治疗作用[10]。临床上芦丁主要用于高血压病的辅助治疗和用于防治因芦丁缺乏所致的其他出血症，如防治脑出血、高血压、视网膜出血、紫癜、急性出血性肾炎、慢性气管炎、血液渗透压不正常等症，同时还用于预防和治疗糖尿病及合并高血脂症[11]。国内外医药工业中用芦丁作原料生产芦丁片、维脑路通(羟乙芦丁)、芦丁镁铬盐、多维葡萄糖羟丁芦丁、槲皮素等心血管药物[12]。特别是羟乙基芦丁片(曲克芦丁、维脑路通)[13]，因其由梁克军[14]等用氯乙醇-醇介质法首先制得,并通过药品鉴定并投料生产。羟乙基芦丁的制备不仅增大了芦丁的溶解度,而且扩大了其药理作用和临床应用范围[15]，从而扩大了芦丁的需求量。芦丁及其衍生物具有广泛的药理活性[17-18]，马伯良将芦丁与阿斯匹林和硫酸镁制成芦丁复合物,药理实验表明其可减轻缺血性脑损伤等[19,20]。芦丁和金属离子可以形成稳定的配合物，具有抗菌、抗肿瘤活性，配合物与DNA的作用可以改变DNA的复制，从而阻碍肿瘤分子的增长[16]。故近年来芦丁金属配合物的研究是药学研究中的一个热点[21]。4超声波强化碱法提取槐米中芦丁的意义目前多采用碱提酸沉工艺进行提取，但该工艺提取周期需时较长，而且提取率不理想。有机溶剂提取率高，但由于有机溶剂的不安全性质，故不易利用。水提和碱提酸沉产率不尽人意。然而超临界流体的提取有着特殊的溶解能力，可设备是昂贵和应用范围是狭窄的，所以有必要进行研究。近年来，超声波辅助提取广泛应用于有机污染物、天然化合物及生物活性成分的提取，具有许多优点，可以取代目前既耗能源、时间，又造成环境污染，又无法进行有效提取的技术，是一项“可持续发展”的“绿色技术”，具有良好的发展前景和巨大的应用潜力[6-7]。本次实验用的是超声波强化碱法，综合利用超声波和碱提取。方法是考察单因素水平基础上进行正交设计提取槐米中芦丁；比较不同条件下提取的芦丁含量，确定槐米中芦丁用超声波强化碱法提取的最佳条件，为槐米花中芦丁的进一步分离提纯提供一定的理论依据，也为深入开发和利用槐米提供理论依据。5试验方法5.1供试材料、试剂及仪器5.1.1槐米：在邵阳市红旗路中心大药房购买。芦丁标准品：中国药品生物制品检定所，使用前不需要干燥处理，按C27H30O16计算，供UV法测定，本品含量为92.5%。5.1.2NaOH：分析纯，长沙分路口塑料化工厂无水乙醇：分析纯，湖南江虹试剂有限公司NaNO2：分析纯，长沙市国营延风化学试剂厂Al(NO3)3:分析纯，天津市恒兴化学试剂制造有限公司5.1.3WFZUV-4802H紫外可见分光光度计、7200分光光度计、电热恒温水浴锅、恒温箱、电子天平、容量瓶、试管、刻度试管、量筒、锥形瓶、玻璃棒、滤纸、烧杯等5.2实验方法及过程5.2.1超声波细胞粉碎机是一种利用强超声在液体中产生空化效应，对物质进行超声处理的多功能、多用途的仪器，能用于动植物组织、细胞、细菌、芽胞菌种的破碎，同时可用来乳化、分离、分散、匀化、提取、脱气、清洗及加速化学反应等等。本实验所用仪器由超声波发生器和超声波换能器组件两大部分组成。超声波发生器（电源）是将220VAC、50HZ的单相电通过变频器件变为20-25Hz、约600V的交变电能,并以适当的阻抗与功率匹配来推动换能器工作，作纵向机械振动，振动波通过浸入在样品溶液中的钛合金变幅杆对被破碎的各类细胞产生空化效应，从而达到破碎细胞之目的。5.2.2取槐米50g，置恒温箱30~40℃干燥24h后粉碎，槐米粉碎后，取过40~80目筛的槐米粉作为样品。5.2.3超声波强化碱法提取槐米中槐米粉碎称取2g置于锥形瓶配置对应PH的溶液加入对应的体积（料液比）用超声波处理（保护温度设为40℃，时间和功率根据实验方案设定）过滤得到样液吸取1ml显色并测定吸光度5.2.4分光光度法是鉴定黄酮类化合物结构的一种重要技术[16]，作为黄酮类物质中的一种，此方法对芦丁也适用，本文采用分光光度法测定槐花中的芦丁[]。根据我系实验室的情况，本文首先是使用WFZUV-4802H紫外可见分光光度计确定芦丁在400-600nm处的最大吸收波长，然后使用7200分光光度计在最大波长处测定芦丁的吸光度（因为WFZUV-4802H紫外可见分光光度计不能经常给我们学生使用，所以在做论文的时候不能统一时间，经与实验室老师商量，吸光度测定改用7200分光光度计）。（1）芦丁标准曲线的制作①标准溶液的制备准确称取芦丁标准品0.0100g，用30%乙醇水浴微热溶解，并完全转入50mL容量瓶中，用30%乙醇定容②测定波长的选择量取芦丁标准液1.00mL，置10mL刻度试管中，加30%乙醇至5mL，加5%NaNO20.30mL，摇匀后放置5min，加10%Al(NO3)30.30mL，摇匀后放置6min,加4%NaOH2.00mL，再用30%乙醇稀释至刻度，摇匀后放置10mL，置1cm比色皿中在波长400-600nm之间，测定吸收谱,确定最大吸收波长为500nm，WFZUV-4802H紫外可见分光光度计扫描得下图，可知在波长400-600nm之间，其峰值在500nm处。图5.1芦丁标准样波长扫描图③标准曲线制备精密吸取0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00mL上述芦丁标准溶液，分别置于6支10mL刻度试管中，按②项下的方法，自“加30%乙醇至5mL”起，同法操作，于500nm测定吸光度（30%乙醇作测定空白），并记录数据。④数据处理实际称取的芦丁标准品为0.0131g，而标准品供UV法测定，含量为92.5%，所以经过换算后，将其对应的质量浓度填入下表，单位是mg/ml。表5.3芦丁标准液浓度-吸光度值芦丁标准液体积（ml）芦丁标准液浓度（mg/ml）吸光度00010.0242350.29320.0484700.58630.0727050.82040.0969401.04150.1211751.379用MicrosoftExcel工作表处理，得芦丁标准液浓度C与吸光度A的关系曲线的回归方程。图5.2芦丁标准曲线（2）芦丁样品溶液制备与测定①样品溶液的制备取槐米样品2g置于②芦丁吸光度的测定取4支10mL刻度试管并编号，将①中的样液精密吸取1.00mL分别置于3支10mL刻度试管中，另一支加入1.00mL30%乙醇作测定空白，加30%乙醇至5mL，加5%NaNO20.30mL，摇匀后放置5min，加10%Al(NO3)30.30mL，摇匀后放置6min,加4%NaOH2.00mL，再用30%乙醇稀释至刻度，摇匀后放置10min，置1cm比色皿中测定500nm处的吸光度，并记录数据。③计算公式得到芦丁的标准曲线后，可以推导出芦丁提取率的计算公式：首先可以得到芦丁的质量浓度C（mg/ml）与吸光度A的关系：·······················································（5.1）而芦丁提取率Y与芦丁的质量浓度C的关系为（即芦丁提取率的计算公式）：··························（5.2）式中：Y为提取率，即芦丁在样品中的含量百分比；C为芦丁的质量浓度，单位为mg/ml；D为显色处理时稀释倍数，为10，由比色皿最大刻度（10ml）除以吸取样液体积（1ml）得到；V为处理槐米样品时的液体体积，单位为ml（有料液比有关，比如料液比为1:40，则V=80ml如果料液比为1:50，则V=100ml）；M为槐米样品的质量，单位为g。综合公式5.1和公式5.2，可得芦丁提取率简化公式：································（5.3）由于为简化公式，所以式中字母不带单位，仅表示数据。6结果与讨论6.1超声波处理时间对芦丁提取率的影响为了探讨超声波处理时间对芦丁提取率的影响，在其他参数相同的条件下，即将超声波粉碎机的保护温度设为40℃，提取PH为9，功率400W，料液比1:50分别在提取时间为3、5、7、9、11min下提取芦丁，所得芦丁提取率与处理时间之间的关系如表6.2所时间（min）吸光度（平均）芦丁提取率（%）31.2755.5851.4366.3971.5637.0291.2895.57111.3495.75表6.1超声波处理时间对芦丁提取率的影响由表6.1可知，开始，随着超声波处理时间的增长，芦丁的提取率也增加，到7min时出现最大值，之后芦丁的提取率便降的很快，到11min时虽说有点回升，但回升不是很明显。之所以跌得很快，应该是处理时间过长造成大量的细胞被完全破坏，使细胞中其他物质大量的被溶解。6.2超声波处理功率对芦丁提取率的影响为了探讨超声波处理功率对芦丁提取率的影响，在其他参数相同的条件下，即将超声波粉碎机的保护温度设为40℃，提取时间为7min，提取PH为9，分别在提取功率为200、300、400、500、600W下提取芦丁，所得芦丁提取率与处理功率之间的关系如表6.2所功率（W）吸光度（平均）芦丁提取率（%）2001.4436.393001.5226.804001.5737.055001.4026.036001.1575.12表6.2超声波处理功率对芦丁提取率的影响由表6.2可知，芦丁的提取率随着功率的上升而平稳上升，到400W时达到最大值，之后便下降，到500W后，下降的很快，可能是因为功率过大导致其他物质的溶解量增大，对芦丁的提取率受到干扰。6.3PH对芦丁提取率的影响为了探讨PH对芦丁提取率的影响，利用氢氧化钠改变溶液的PH值，在其他参数相同的条件下，即将超声波粉碎机的保护温度设为40℃，提取时间为7min，功率400W，分别在提取PH为8、9、10、11、12下提取芦丁，所得芦丁提取率与PH之间的关系如表6.3所PH吸光度（平均）芦丁得率（%）81.3215.8191.5817.03101.6617.47111.3165.63121.1054.93表6.3PH对芦丁提取率的影响由表6.3可知，随着PH值的增大，槐米中芦丁的提取率也逐渐增大，当PH为10时，其提取率最大，之后跌落明显，可能是因为PH值过大，对芦丁的性质和结构有影响。6.4料液比对芦丁提取率的影响为了探讨料液比对芦丁提取率的影响，在其他参数相同的条件下，即将超声波粉碎机的保护温度设为40℃，提取时间为7min，功率400W，PH值为10，分别在料液比为1:30、1:40、1:50、1:60、1:70下提取芦丁，所得芦丁提取率与料液比之间的关系如表6.4所料液比吸光度（平均）芦丁得率（%）1:301.5084.031:401.5235.481:501.6747.451:601.6408.741:701.1537.06表6.4PH对芦丁提取率的影响由表6.4可知，料液比的增加对芦丁提取率有明显的影响，料液比达到1:60时芦丁提取率达到最大值。6.5单因素基础上的正交试验根据单因素试验所得出的结果，在这基础上设计正交试验，其结果如表6.5、表6.6。表6.5因素水平表水平（A）提取PH(B)时间/min(C)提取功率/W(D)料液比1832001:402953001:5031074001:6041195001:70表6.6正交实验结果编号PH时间/min功率/W料液比样品质量吸光度得率%1832001：402.06680.6192.112853001：501.94220.9034.133874001：602.08081.2526.454895001：702.05160.8154.935933001：602.10171.2966.616952001：702.02940.9866.057975001：401.98591.3544.878994001：502.13921.3465.6291034001：701.93970.9826.30101055001：601.97211.4718.01111072001：501.95371.5287.00121093001：402.10621.7465.94131135001：502.02750.8213.59141154001：401.99230.9343.33151173001：702.05810.8925.39161192001：602.04451.1516.02K117.610718.609321.180916.2585K223.154721.516922.066820.3384K327.252323.705321.703227.0844K418.330922.517021.397622.6673k15.87026.20317.06035.4195k27.71827.17237.35566.7795k39.08417.90187.23449.0281k46.11037.50577.13257.5558R21.382017.502215.006621.6649由正交实验结果可知，极差R：D＞A＞B＞C，也就是说影响因素的主次为：料液比＞PH＞处理时间＞处理功率。由表中可知，其最优方案为：D3A3B2C3，即料液比为1：60，PH为10、处理时间为7min、处理功率为300W时，是提取槐米中芦丁的最佳条件。7结论本文主要对超声波强化碱法提取法提取槐花中总黄酮芦丁进行了初步研究，由重现性实验的结果可以看出，本文建立的提取方法和测定方法可靠，准确，简便。本法操作便，结果可靠，重复性好，稳定性好，可广泛用于各种中草药中黄酮类物质含量的测定。参考文献：［1］曾祥群.葛根总黄酮提取工艺[J].食品工业科技,2000,3:33.［2］陈运中.苦荞麦黄酮含量的测定[J].食品科学,1998,3:54.［3］毕丽君.水芹中总黄酮类化合物最佳提取工艺研究[J].食品科学,1999,12:35.［4］国家药典委员会.中国药典[M].北京:化学工业出版社,2000:789.［5］韩公羽,沈企华.植物药有效成分的研究与开发[M].杭州:杭州大学社,1991:576.［6］潘学军.微波辅助提取(MAE)研究进展[J].化学通报,1999(5):7-13.［7］元英进.中药现代化生产关键技术[J].北京:化学工业出版社,2002,114-118.［8］陈友梅主编.中药化学.济南:山东科学技术出版社,1988.117.［9］龚盛昭，何远伦，杨卓如.微波提取芦丁的协同效应研究[J].食品科学，2004,25（5）：135-148.［10］陈松林,魏秀莉,苦荞芦丁的提取及其在护肤品的应用[J],日用化学工业,1995年,第02期.［11］赵文彬,许玉华,王鲁石,等.芦丁的纯化及其含量测定[J].时珍国医国药,2007(4):876-878.［12］杨娟,冷晓莲,邓静,等.芦丁与胰α-淀粉酶的作用研究[J].化学研究与应用,2006,18(7):874-877.［13］贾冬英,耿墨,姚开.苦荞麦茎及籽壳中黄酮类化合物(芦丁)的提取及其鉴定[J].食品科学,1998,19(9):46-47.［14］梁克军.半合成黄酮化合物[J]1医药工业,1977,829:685［15］叶红,丁福1维脑路通[J]1内蒙古药学,1985,4(2):45［16］苏碧泉,芦丁金属配合物与DNA相互作用研究[D].西北师范大学,中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士),2007.［17］刘诗平,陈尚猛,朱卫东。槲皮素及其衍生物活性的研究进展[J]。中草药,1991,22(4):182［18］陈勇,张晴1五羟基黄酮的药理学研究近况[J]。中草药,1998,29(8):569［19］马伯良,齐力,罗云萍1芦丁复合物对兔实验性脑梗塞血浆中TXB2、62Keto2PGFla的影响[J].华西药学杂志,1996,11(2):72［20］马柏良,裴颖,周志刚