張艷麗， 符華林， 盧朝成， 劉夢(mèng)嬌， 周建瑜， 范巧佳

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系，四川雅安625014）

內(nèi)部沸騰法提取槐米中的蘆丁及其動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)研究

張艷麗， 符華林*， 盧朝成， 劉夢(mèng)嬌， 周建瑜， 范巧佳

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系，四川雅安625014）

目的采用內(nèi)部沸騰法提取槐米中的蘆丁，并對(duì)其提取過程中的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)進(jìn)行研究。方法內(nèi)部沸騰法提取槐米中的蘆丁，通過單因素實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，并計(jì)算提取過程中的傳質(zhì)系數(shù)k，活化能及熱力學(xué)函數(shù)ΔH，ΔS和ΔG。結(jié)果當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%，解吸液料比為2.4 mL/g，解吸時(shí)間為30 min，提取劑乙醇體積分?jǐn)?shù)為10%，提取液料比為16 mL/g，提取溫度為80℃～90℃，蘆丁內(nèi)部沸騰法提取過程在200 s內(nèi)完成，提取速率比乙醇回流法快24倍；內(nèi)部沸騰法提取過程的傳質(zhì)系數(shù)k在0.004 9～0.006 9 s-1，大于乙醇回流提取的7.00×10-4s-1；提取過程的活化能和熱力學(xué)參數(shù)，ΔE為35.65 kJ/mol，ΔH為168.05 kJ/mol，ΔS為481.33 J/（mol·K），ΔG為-4.34 kJ/mol（85℃）。結(jié)論內(nèi)部沸騰法的提取過程是吸熱熵增加的過程，ΔG小于零，為自發(fā)過程。

內(nèi)部沸騰法；提取；蘆??；動(dòng)力學(xué)；熱力學(xué)

槐米為豆科植物槐Sophora japonica L的未開放的花蕾，是一種傳統(tǒng)的中藥材，具有涼血、止血之功效［1-2］。可藥用也可食用［3］?，F(xiàn)代研究表明，槐米具有抗炎、抗病毒、抗氧化等藥理作用，其藥效主要與其含有黃酮類物質(zhì)蘆丁有關(guān)系［4］。目前槐米中蘆丁的提取方法有水提法、堿提酸沉法、乙醇回流法等［5］。水提法簡(jiǎn)單易行，生產(chǎn)成本低，但蘆丁的收率低；乙醇回流法需要大量的乙醇作為溶劑，且提取時(shí)間較長(zhǎng)，所以生產(chǎn)成本較高。采用微波輔助提?。∕AE）和超聲輔助提?。║AE）可以加快藥物的提取速率，但這些方法需要投入大量的設(shè)備和消耗大量的能源，因此他們很難在大規(guī)?；a(chǎn)中被應(yīng)用［6-8］。所以找到一種省時(shí)、節(jié)能、安全、環(huán)保的提取方法是現(xiàn)代藥物提取的當(dāng)務(wù)之急。

內(nèi)部沸騰法是由韋藤幼等人提出的一種快速、高效提取藥物成分的方法［9］。此方法的機(jī)理是有效成分在提取過程中的遷移并不是傳統(tǒng)的分子擴(kuò)散［10］，而是預(yù)先滲透到植物內(nèi)部的解吸劑沸騰從而引起的對(duì)流擴(kuò)散。陳曉光等［11］采用內(nèi)部沸騰法提取香菇多糖，與傳統(tǒng)法相比其多糖的提取率提高了0.18%，整個(gè)提取時(shí)間縮短了85 min。石靈高等［12］采用減壓內(nèi)部沸騰法提取銀杏葉總黃酮，其提取速度比傳統(tǒng)法快11倍，乙醇溶劑用量也減少了2倍，且提取液色素和雜質(zhì)含有量也相對(duì)較少。但目前尚未見內(nèi)部沸騰法提取槐米中蘆丁的報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)采用內(nèi)部沸騰法來提取槐米中的蘆丁，并對(duì)其提取動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)進(jìn)行研究，旨在解決傳統(tǒng)提取方法提取時(shí)間較長(zhǎng)、提取效率較差等問題，從而為大規(guī)模生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 儀器與材料

UV-2000型紫外可見分光光度計(jì) （上海尤尼柯儀器有限公司）；HH-2電子恒溫水浴鍋 （國(guó)華電器有限公司）；真空恒溫干燥箱 （天津藥典標(biāo)準(zhǔn)儀器廠）。

槐米購(gòu)買于雅安市惠民大藥房，經(jīng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)范巧佳副教授鑒定為正品藥材；蘆丁對(duì)照品 （中國(guó)食品藥品檢定研究院，純度92.5%，批號(hào)10080-200707）；無水三氯化鋁 （天津市福晨化學(xué)試劑廠，批號(hào)20121102）；其他試劑均為分析純。

2 方法和結(jié)果

2.1 蘆丁定量測(cè)定方法的建立 精密稱定蘆丁對(duì)照品5.0 mg，置于50 mL量瓶中，加入適量60%乙醇，微熱溶解，放冷至室溫，用60%乙醇定容得母液，備用。取不同體積的母液至10mL量瓶中，加入1mol/LAlCl3溶液1.0mL，配制成質(zhì)量濃度為10、12、14、16、18、20μg/mL的溶液，于415 nm處測(cè)定吸光度，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程：A= 0.024 6C+0.017 4，r2=0.999 3。此方法的日內(nèi)和日間精密度及回收率見表1。結(jié)果表明該測(cè)定方法穩(wěn)定，重復(fù)性高。

表1 不同質(zhì)量濃度蘆丁標(biāo)準(zhǔn)液的精密度和回收率 （n=5）

2.2 內(nèi)部沸騰法提取槐米中的蘆丁及方法優(yōu)化 稱取5 g槐米粉末 （粉碎，過60目），用一定體積分?jǐn)?shù)的乙醇溶液解吸30 m in，使乙醇溶液充分滲透槐米粉末；倒入一定量不同體積分?jǐn)?shù)的熱乙醇，提取一定時(shí)間后，真空抽濾，得濾液，放至室溫，然后用濃鹽酸調(diào)pH 3～4，攪勻，4℃冰箱靜置，抽濾，45℃真空干燥，得蘆丁樣品。分別考察解吸時(shí)乙醇的用量、體積分?jǐn)?shù)、解吸時(shí)間以及外部提取劑乙醇的體積分?jǐn)?shù)和用量對(duì)提取過程的影響。結(jié)果見圖1。

圖1 內(nèi)部沸騰法提取過程中各操作因素對(duì)蘆丁提取率的影響

從圖1（a）中可知解吸劑乙醇的最佳體積分?jǐn)?shù)為60%，這是因?yàn)楫?dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)低時(shí)，滲透到物料內(nèi)部乙醇不沸騰，當(dāng)體積分?jǐn)?shù)高時(shí)，內(nèi)部沸騰強(qiáng)烈，但持續(xù)時(shí)間短，導(dǎo)致提取不完全；圖1（b）是解吸時(shí)乙醇的用量篩選，從圖中可知，當(dāng)乙醇用量為12mL（液料比為2.4 mL/ g）時(shí)提取率最高，增加用量對(duì)提取率影響不大，但乙醇用量太少則解吸不充分不利于提??；圖1（c）和 （d）所示，當(dāng)解吸時(shí)間超過30min和提取時(shí)液料比為16 mL/g時(shí)對(duì)提取過程已沒有影響；從圖1（e）中可知最佳外部提取劑的乙醇體積分?jǐn)?shù)為10%，這是由于當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)較低時(shí)，蘆丁溶解度較小，不易擴(kuò)散溶解到提取介質(zhì)中；但是乙醇體積分?jǐn)?shù)高于10%時(shí)，外部和內(nèi)部的乙醇體積分?jǐn)?shù)差減小，不利于物質(zhì)的傳遞，而且許多脂溶性物質(zhì)也被提出，使粗提取物中雜質(zhì)較多，同時(shí)增加了提取成本。

2.3 提取動(dòng)力學(xué)方程的測(cè)定 內(nèi)部沸騰法：用12 mL 80%乙醇解吸30 min，用80 m L 10%乙醇進(jìn)行提取，分別考察提取溫度為80℃、85℃、90℃下的提取動(dòng)力學(xué)。用提取時(shí)間與其對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度作圖，得到提取動(dòng)力學(xué)曲線。結(jié)果見圖2（a）。

為與內(nèi)部沸騰法對(duì)比，稱取5 g槐花米粉末，加入10 mL 20%的乙醇浸潤(rùn)30 min，加入80 mL 85℃20%乙醇，于85℃的水浴鍋中進(jìn)行回流提取，每隔一定時(shí)間后，從燒瓶中取1 mL的提取液，微孔濾膜過濾，用10 mL的量瓶定容至刻度，然后用紫外分光光度計(jì)測(cè)定蘆丁的量，重復(fù)3次，取平均值，經(jīng)分析計(jì)算得出提取的動(dòng)力學(xué)曲線，比較其提取效果的差異。結(jié)果見圖2（b）。

圖2 提取時(shí)間與蘆丁質(zhì)量濃度的關(guān)系

圖2（a）分別為80、85、90℃3個(gè)溫度下的內(nèi)部沸騰提取過程的動(dòng)力學(xué)曲線。從圖中可知，3個(gè)溫度下的提取速度非?？欤?00 s內(nèi)提取完成，其與圖2（b）比較可以看出，乙醇回流則需要4 800 s，為內(nèi)部沸騰法的24倍。

一般來說，在天然產(chǎn)物有效成分的提取過程中，當(dāng)有效成分從植物顆粒內(nèi)部向外部提取劑擴(kuò)散的過程中，都是處于一種非穩(wěn)態(tài)的擴(kuò)散狀態(tài)［13-14］，假設(shè)粉碎后的槐米顆粒為球形，所以采用Fick第二定律為依據(jù)，用如下方程［15-16］進(jìn)行動(dòng)力學(xué)方程擬合，擬合結(jié)果見表2。，即可得到式 （2）：

ln（Cs-Ci）=-kt+A （2）

其中F為固相中蘆丁含有量與槐米中蘆丁總含有量的比值；Ct為t（s）時(shí)刻蘆丁的質(zhì)量濃度；Cs為槐米中蘆丁的總質(zhì)量濃度；r為距球心的半徑。

表2 不同提取方法經(jīng)擬合后的參數(shù)比較

表2為蘆丁的內(nèi)部沸騰法和乙醇回流經(jīng)方程式 （2）擬合后的結(jié)果，從表中可以看出：①擬合系數(shù)R2均大于0.99，這就說明內(nèi)部沸騰法的提取動(dòng)力學(xué)符合該方程，也就是說無論是內(nèi)部沸騰法還是乙醇回流其提取動(dòng)力學(xué)方程與傳統(tǒng)的提取方法是一樣的。②其傳質(zhì)系數(shù)k隨溫度的增加而稍顯增加，其變化范圍在0.49×10-2～0.69×10-2s-1之間，這與對(duì)流傳質(zhì)的特征相符合；而乙醇回流的k為7.00×10-4s-1，與同溫度下的內(nèi)部沸騰法相比，k僅為其1/8倍，之所以內(nèi)部沸騰法提取速度加快，這主要是由于傳質(zhì)方式的改變而實(shí)現(xiàn)的。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，對(duì)ln k與1/T作圖 （如圖3），由方程式k=k0exp（-ΔE/RT）可推到出ln k=ln k0-ΔE/RT.

通過計(jì)算可求出過程中的活化能ΔE為35.648 kJ/mol，提取過程中的活化能較低，有利于提取的進(jìn)行。

圖3 內(nèi)部沸騰法提取過程中傳質(zhì)系數(shù)ln k與1/T的關(guān)系圖

2.4 提取過程熱力學(xué)計(jì)算 內(nèi)部沸騰法的本質(zhì)和機(jī)理可用熱力學(xué)參數(shù)來描述，例如ΔG、ΔH、ΔS。而提取過程的ΔH和ΔS可由Van't Hoff的方程［17］計(jì)算：

ln K=-（ΔG/RT）=-（ΔH/RT）+ΔS/R （3）

K=Ye/Yn（4）

其中K為蘆丁在兩相中的分配系數(shù)；Yn為蘆丁保留在固相中的產(chǎn)率：Ye為提取平衡時(shí)蘆丁的產(chǎn)率；采用內(nèi)部沸騰法提取3次測(cè)定蘆丁的總含量。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的80℃、85℃、90℃下的Yn。根據(jù)公式 （4）可分別計(jì)算出采用內(nèi)部沸騰法提取的兩相分配系數(shù)K。將ln K和1/T進(jìn)行線性擬合可得：ln K=57.891-20 212/T，R2=0.990 3。根據(jù)公式 （3）可得3個(gè)溫度下的熱力學(xué)參數(shù)，結(jié)果見表3。

表3 蘆丁在不同溫度下的分配系數(shù)及熱力學(xué)參數(shù)

通過計(jì)算可知，ΔH和ΔS均大于零，由此表明內(nèi)部沸騰法的提取過程為吸熱熵增加的過程，ΔG小于零，為自發(fā)過程。隨著溫度的升高，ΔG逐漸減小，說明越容易進(jìn)行。

4 討論

從槐米中提取蘆丁，屬于物理溶解過程，其過程如下［10］：（1）槐米的潤(rùn)濕和溶劑向其內(nèi)部的滲透；（2）槐米內(nèi)部蘆丁的溶解； （3）蘆丁從槐米內(nèi)部向槐米表面擴(kuò)散；（4）蘆丁按擴(kuò)散的方式通過固-液界面的邊界層；（5）蘆丁從固液界面向液相主體擴(kuò)散。其中步驟 （1） （2） （3）屬于內(nèi)部擴(kuò)散，步驟 （4）屬于界面?zhèn)髻|(zhì)，步驟 （5）屬于外擴(kuò)散。采用內(nèi)部沸騰法提取時(shí)，當(dāng)加入熱乙醇時(shí)內(nèi)部就會(huì)沸騰，這就使得槐米顆粒在溶劑中不斷的碰撞，蘆丁就被提取出來了。

本實(shí)驗(yàn)采用內(nèi)部沸騰法提取了槐米中的蘆丁，單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到內(nèi)部沸騰法的提取條件為：乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%，液料比為2.4 m L/g，解吸30 min，提取劑乙醇體積分?jǐn)?shù)為10%及液料比為16 mL/g。通過對(duì)內(nèi)部沸騰法提取動(dòng)力學(xué)的研究表明，其提取過程是吸熱熵增加的過程，ΔG小于零，為自發(fā)過程。

綜述所上，此方法不僅可以快速的提取蘆丁而且還大大降低了乙醇水溶液的用量。由于蘆丁的本質(zhì)是以對(duì)流傳質(zhì)的方式進(jìn)行的，所以在提取過程中減少了能量的消耗。又因?yàn)樵摲椒ê?jiǎn)便易操作，所以能夠很好的應(yīng)用于大規(guī)模的生產(chǎn)中。

［1］JIN PS，Hahm T S.Effects of flos Sophora japonica Linne on the regional cerebral blood flow and blood pressuer in rats［J］. FASEBJ，2007，（21）：1086.

［2］Lao C J，Lin JG，Kuo JS，etal.Microglia，apotosisand interleukin alberta expression in the effect of Sophora L on cerebral infarct induced by ischemia reperfusion in rats［J］.Am JChin Med，2005，33（3）：425-438.

［3］王序婷，王小紅.槐米蜂蜜保健飲料的研制［J］.湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，（11）：28-30.

［4］張來新.槐花米中蘆丁的提?。跩］.山西化工，2002，22（1）：16.

［5］童 婧，郭曉蓉，房文亮，等.槐米中蘆丁提取工藝研究［J］.中外醫(yī)療，2011，30（26）：41-42.

［6］王麗娟，李 堅(jiān)，張麗君，等.微波法提取槐米中蘆丁的工藝條件［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，31（3）：36-37.

［7］季 梅，季 強(qiáng).槐米中蘆丁的提取工藝研究）［J］.山東醫(yī)藥，2002，42（33）：40-41.

［8］史振民，張祝蓮，楊文選，等.超聲法提取蘆丁操作條件的最佳選擇［J］.延安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1999，18（3）：46-49.

［9］韋藤幼，童張法，吳 璇.植物有效成分的減壓內(nèi)部汽化提取法.中國(guó)，2005100328021［P］.2005-10-12.

［10］左玉幫，曾愛武，袁希鋼，等.從豆粕中提取大豆異黃酮傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)研究［J］.高校化工工程學(xué)報(bào)，2008，22（2）：200-204.

［11］陳曉光，韋藤幼，彭夢(mèng)薇，等.內(nèi)部沸騰法提取香菇多糖的工藝優(yōu)化［J］.食品科學(xué)，2011 32（10）：31-32.

［12］石靈高，韋藤幼.內(nèi)部沸騰法提取三七多糖的研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2012，40（5）：2071-2073.

［13］儲(chǔ)茂泉，古宏晨，劉國(guó)杰，等.中草藥浸提過程的動(dòng)力學(xué)模型［J］.中草藥，2000，31（7）：504-506.

［14］趙思明，熊善柏，陳燕平，等.雙低油菜籽的油脂萃取動(dòng)力學(xué)研究 （Ⅰ）-油脂萃取過程內(nèi)部擴(kuò)散研究［J］.中國(guó)油脂，2002，27（4）：5-8.

［15］Franco D，PineloM，Sineiro J，etal.Processing ofRosa rubiginosa：Extraction of oil and antioxidant substances［J］.Bioresour Technol，2007，98（18）：3506-3512.

［16］Pinelo M，Sineiro J，NúezM J.Mass transfer during continuous solid-liquid extraction of antioxidants from grape by products［J］.JFood Eng，2006，77（1）：57-63.

［17］沈文霞.物理化學(xué)核心教程［M］.北京：科學(xué)出版社，2004：110-123.

R284.2

B

1001-1528（2015）04-0895-04

10.3969/j.issn.1001-1528.2015.04.047

2014-01-09

張艷麗（1988—），女，碩士生，研究方向?yàn)樗幬镏苿?。Tel：（0835）2885614，E-mail：zhangyanli2008927@126.com

*通信作者：符華林，男，博士，教授，研究方向?yàn)樗幬镏苿?。Tel：（0835）2885614，E-mail：fuhl2005@sohu.com