超声波辅助萃取法提取仙鹤草中总黄酮的工艺研究 化学设计实验报告文档格式.docx
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研究了超声波辅助萃取法提取仙鹤草中总黄酮的工艺。
方法:
通过对单因素实验进行考察,确定最佳水平范围。
通过正交实验确定了最佳萃取条件。
结果:
用料液比为l:
25(原料质量与溶剂体积比)的40%甲醇溶液,超声萃取10min,可以使总黄酮提取率达到7.52%。
结论:
采用上述浸提工艺,既可以节省提取工艺的成本,也可以提高提取工艺的效率,并最终为仙鹤草的综合利用提供社会经济效益。
关键词:
仙鹤草,超声波,总黄酮
ABSTRACT
Objective:
To
studythe
extraction
processof
totalflavonoids
in
Agrimoniapilosa
ultrasonicassisted
extractionmethod.
Methods:
Basedon
singlefactorexperiments,
todeterminethe
optimumlevels.
Theoptimumextractionconditionsweredeterminedby
orthogonalexperiment.
Results:
the
materialliquid
ratioofl:
25
(qualityofrawmaterialand
solvent
volumeratio)
of40%methanolsolution,
ultrasonicextraction
for10min,
the
extractionrateoftotalflavonoids
reached7.52%.
Conclusion:
extractiontechnology,
notonlycansave
thecostof
process,
butalso
canimprovetheefficiencyofextractionprocess,
andprovide
thesocialandeconomicbenefits
forthecomprehensiveutilizationof
Agrimoniapilosaledeb.
Keywords:
Agrimonypilosa,Ultrasonic,Flavone.
1引言
1.1本课题的理论和实际意义
仙鹤草(AgrimoniaeHerba)为蔷薇科植物龙牙草AgrimoniapilosaLedeb.的干燥地上部分,具有收敛止血,截疟,止痢,解毒,补虚之功效。
多用于治疗咯血,吐血,崩漏下血,疟疾,血痢,痈肿疮毒,阴痒带下,脱力劳伤等[1]。
仙鹤草对多种肿瘤都有较好的疗效,在抑制瘤体增殖,增强放化疗敏感性,减轻放化疗毒副作用,阻止癌前病变,及提高机体免疫功能等方面效果尤为明显[2],仙鹤草提取物还具有明显的降血糖[3]、抗菌[4]、抗氧化[5]等作用。
仙鹤草主要含有鞣酸类、间苯三酚缩合体、黄酮类、有机酸、内酯和香豆素类成分[6-7]。
本文着重对仙鹤草中总黄酮的提取工艺进行了研究。
仙鹤草中总黄酮的提取工艺的研究对于仙鹤草中总黄酮提取率的高低都有重要意义。
盛华刚[8]采用正交实验设计,以仙鹤草中总黄酮和总多酚含量为指标优选其提取工艺。
结果优选提取工艺条件为仙鹤草加8倍量50%乙醇,回流提取3次,每次1h。
结论确定的工艺合理,有效成分提出率高。
范尚坦等[9]采用正交实验法,以总黄酮为指标寻找仙鹤草最佳的提取工艺;
采用紫外分光光度法在波长为510nm处测定仙鹤草中总黄酮含量,结果:
总黄酮质量关系浓度在20~100μg/mL范围内与吸光度线性良好,平均加样回收率(n=6)为99.2%,RSD为1.3%;
仙鹤草中总黄酮含量为2.5%左右。
蒋志华等[10]优化了仙鹤草总黄酮的最佳超声提取工艺。
方法:
以总黄酮提取率为指标,采用响应面设计方法对影响总黄酮提取率的乙醇体积分数、超声温度及料液比进行优化。
结果:
各因素对总黄酮提取率的影响大小依次为料液比-超声温度-乙醇体积分数。
最佳工艺条件为72%乙醇,料液比1:
25,60℃下超声提取20min。
结论:
利用超声提取仙鹤草总黄酮工艺稳定可靠。
本文采用NaNO2-A1(NO3)3-NaOH法测定总黄酮,利用超声提取仙鹤草总黄酮进行单因素实验和正交设计,得到仙鹤草中总黄酮提取的最佳工艺条件,为合理开发利用仙鹤草资源提供了理论依据。
2实验部分
2.1实验材料与仪器
2.1.1实验材料
(1)仙鹤草,来自于河北同仁堂;
(2)芦丁,生化试剂,中国医药(集团)上海化学试剂公司;
(3)无水乙醇,NaNO2,Al(NO3)3,NaOH,甲醇,丙酮均为分析纯。
2.1.2实验仪器
(1)HS-3120型超声波清洗器,上海楚定分析仪器有限公司;
(2)TU-1901双光束紫外可见分光光度计,北京普析通用仪器有限责任公司生产。
2.2实验方法[11]
2.2.1标准曲线的制作
采用NaNO2-A1(NO3)3-NaOH法测定总黄酮。
准确称取芦丁标准品6.0mg,置10mL容量瓶中,加甲醇适量,置水浴上微热使溶解,放冷,加甲醇至刻度,摇匀。
精密取10mL,置25mL容量瓶中,加水至刻度,摇匀,即得(每1mL中含芦丁0.24mg)。
精密量取对照品溶液1.0mL、2.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL与6.0mL,分别置25mL容量瓶中,各加水至6.0mL,加5%的NaNO2溶液1.0mL,混匀,放置6min,加10%的Al(NO3)3溶液1.0mL,摇匀,放置6min,加1mol/L的NaOH溶液10.0mL,再加水至刻度,摇匀,放置15min,以相应的试剂为空白用紫外可见分光光度计,在510nm波长处测定吸光度,以吸光度为纵坐标,浓度为横坐标,绘制标准曲线。
表1芦丁溶液浓度与吸光度的关系
编号
1
2
3
4
5
6
浓度(μg/mL)
9.6
19.2
28.8
38.4
48
57.6
吸光度(A)
0.0971
0.2009
0.3244
0.4290
0.5419
0.6470
图1芦丁溶液标准曲线
2.2.2仙鹤草总黄酮的萃取
仙鹤草烘干粉碎过筛超声波辅助萃取
过滤定溶定量分析
2.2.3仙鹤草总黄酮的测定
取2.2.2中的待测液0.5mL于25mL容量瓶中,分别置25mL容量瓶中,各加水至6.0mL,加5%的NaNO2溶液1mL,混匀,放置6min,加10%的Al(NO3)3溶液1mL,摇匀,放置6min,加1mol/L的NaOH溶液10mL,再加水至刻度,摇匀,放置15min,以相应的试剂为空白用紫外可见分光光度计,在510nm波长处测定吸光度,然后按下式计算仙鹤草总黄酮提取率。
总黄酮提取率(%)=
式中,A—吸光度。
3结果与分析
3.1单因素实验
3.1.1不同溶剂对总黄酮提取率的影响
准确称取1g的仙鹤草粉末3份分别于3个l00mL具塞三角烧瓶中,分别加入10mL相同浓度的甲醇、乙醇、丙酮溶液,超声萃取20min,过滤,定容,以下操作同2.2.3项,测定吸光度,计算总黄酮提取率。
不同浸提溶剂对总黄酮提取率的影响见表2,不同浸提溶剂对总黄酮提取率的影响见图2。
表2不同浸提溶剂对总黄酮提取率的影响
浸提溶剂
甲醇
乙醇
丙酮
总黄酮提取率(%)
6.40%
5.45%
4.30%
图2不同浸提溶剂总黄酮提取率的影响
由图2可知,料液比相同,浓度相同的甲醇、乙醇、丙酮溶液,在超声提取时间相同的条件下,用甲醇溶液超声提取使得黄酮提取率最高。
3.1.2甲醇的浓度对总黄酮提取率的影响
准确称取1g的仙鹤草粉末5份分别于5个l00mL具塞三角烧瓶中,分别加
入10mL30%、40%、50%、60%、70%的甲醇溶液,超声萃取20min,过滤,定容,以下操作同2.2.3项,测定吸光度,计算总黄酮提取率。
不同浓度的甲醇对总黄酮提取率的影响见表3,不同浓度的甲醇对总黄酮的提取率的影响见图3。
表3不同浓度的甲醇对总黄酮提取率的影响
甲醇浓度(%)
30%
40%
50%
60%
70%
5.73%
6.13%
6.72%
6.50%
6.33%
图3不同浓度的甲醇对仙鹤草中总黄酮提取率影响
由图3知,甲醇浓度在30%~50%时,总黄酮的提取率随甲醇浓度的增大而增大;
甲醇浓度在50%~70%时,总黄酮的提取率随甲醇浓度的增大而减小。
另外,实验也发现,随着甲醇浓度的增加,萃取液中有叶绿素等脂溶性物质的浓度也增加,这给后续的处理带来了很大的不便。
所以,选用40%~60%的甲醇溶液进行实验。
3.1.3料液比对总黄酮提取率的影响
准确称取1g的仙鹤草粉末5份分别于5个l00mL具塞三角烧瓶中,分别加入10mL、15mL、20mL、25mL、30mL50%的甲醇溶液,超声萃取20min,过滤,定容,以下操作同2.2.3项,测定吸光度,计算总黄酮提取率。
料液比对总黄酮提取率的影响见表4,料液比对总黄酮的提取率的影响见图4。
表4料液比对总黄酮提取率的影响
料液比(g:
mL)
1:
10
15
20
25
30
4.96%
5.21%
5.59%
6.58%
6.67%
图4料液比对总黄酮的提取率的影响
由图4可知,料液比增大,总黄酮的提取率也随之增大。
料液比从1:
10增加到1:
25时提取率增加的速率较大,但大于1:
25时增加的速率明显变小。
另外,料液比过大不但会增加溶剂的用量,而且会增大去除溶剂所需负荷,因此料液比不宜过大,在1:
15~1:
25的范围内比较合适。
3.1.4萃取时间对总黄酮提取率的影响
准确称取1g的仙鹤草粉末5份分别于5个l00mL具塞三角烧瓶中,加入25mL的甲醇溶液,分别超声萃取5min、10min、15min、20min、25min,过滤,定容,以下操作同2.2.3项,测定吸光度,计算总黄酮提取率。
萃取时间对总黄酮提取率的影响见表5,萃取时间对总黄酮的提取率的影响见图5。
表5萃取时间对总黄酮提取率的影响
萃取时间(min)
4.17%
5.45%
6.10%
6.25%
6.37%
图5萃取时间对总黄酮的提取率的影响
由图5可知,黄酮总提取率随萃取时间的增大而增大。
但是,当时间超过20min后提取率增加的速率比较缓慢。
从节省生产时间的角度考虑,萃取时间在10min~20min范围内比较合适。
3.2正交实验
综上所述,选用甲醇浓度、料液比、萃取时间这三个主要因素进行正交实验,以全面研究这三个因素的交叉作用对仙鹤草总黄酮提取率的影响。
各因素水平如表6所示。
选用(33)正交实验表进行实验设计,以仙鹤草总黄酮提取率为实验指标。
实验结果及极差分析见表7。
表6正交实验因素水平表
水平
因素
(A)
(B)
(C)
表7L9(33)正交实验结果
实验号
总黄酮提取率(%)
料液比(g:
6.46
5.83
7.18
3.11
6.29
7.39
7
5.85
8
7.14
9
5.72
K1
6.490
5.140
6.997
K2
5.597
6.420
4.887
K3
6.237
6.763
6.440
极差R
0.893
1.623
2.110
主次顺序
C>B>A
优水平
A1
B3
C1
优组合
A1B3C1
表8方差分析
偏差平方和
自由度
F比
F临界值
甲醇浓度
1.272
0.297
19
料液比
4.391
1.026
萃取时间
7.175
1.677
19
误差
12.84
由表7分析可知,各因素对总黄酮得率影响的主次顺序为:
C>B>A,即萃取时间料液比>
甲醇浓度。
分析结果也显示,三种因素对得率的影响趋势与单因素试验结果所示趋势相同。
最后确定最佳萃取条件为:
A1B3C1,即甲醇浓度
为40%、料液比1:
25、萃取时间10min。
由表8分析可知,料液比、萃取时间各因素间无显著性差异。
由于最佳的萃取条件在正交试验中未出现过,所以需要进行验证试验。
在该最佳条件下重复3次萃取试验,得到总黄酮的平均得率为7.52%。
4结论
(1)通过单因素和正交实验,确定用超声波辅助萃取法提取仙鹤草中总黄酮的最佳工艺为:
将粉碎过筛的仙鹤草用料液比为1:
25(原料质量与溶剂体积比)的40%的甲醇,超声萃取10min。
(2)所得萃取物含较多的叶绿素,需进行进一步纯化研究。
并且,在纯化的同时可以得到叶绿素副产物。
(3)正交试验的直观分析法简便、直观、计算量小,但不能估计实验误差,即不能区分实验结果的差异是由各因素的水平变化而导致,还是由实验的随机波动导致。
很多正交实验都没能考虑这一问题。
要解决此问题,可以对试验结果做方差分析。
在对正交实验做方差分析时,必须估计随机误差,而随机误差是通过空白列多于一列时,随机误差平方和等于所有空白列的离差平方和之和,而其自由度也等于各空白列自由度的总和。
参考文献
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