正交设计在中药挥发油提取工艺研究中的应用概况

李奉勤，薛彦朝，马 静，李晓瑞，高永丰，扈彩云 (石家庄以岭药业股份有限公司，河北石家庄 050035) 正交试验设计(orthogonal experimental design)是一种利用正交表安排多因素多水平试验，并用统计学方法分析考察结果，得出最佳条件的科学方法，近年来在我国中药挥发油提取工艺研究中被广泛应用。现将其研究进展总结如下，为中药挥发油提取工艺的研究和大生产提供参考。 1 蒸馏法 何文斐等采用水蒸气蒸馏法，以L9(34)正交表安排试验，以挥发油得率为考察指标，对影响金银花挥发油提取的浸泡时间、提取时间、加水量3个因素进行了优选，得出最佳工艺为金银花加10倍量的水，浸泡1 h，提取10 h；在此基础上进一步考察了挥发油提取条件的温度因素(50℃，75℃，100℃)，结果表明提取温度为75~C时得率最高，并且蒸馏12 h后金银花挥发油基本不再被蒸出，其中蒸馏10 h的得率可达总得率的90％以上；3批重复试验表明此工艺条件稳定可行。 张芳侠等以挥发油收取量为考察指标，对影响丁香挥发油提取的药材粉碎度、浸泡时间、提取时间、加水量4个因素进行了三水平优选，结果丁香挥发油的最佳提取工艺是将药材粉碎成20目粗粉，加8倍量的水浸泡24 h，水蒸气蒸馏10 h收取挥发油。高保栓等也以水蒸气蒸馏法提取丁香挥发油，并对上述4个因素进行了优选，结果最佳提取工艺是将药材粗粉加8倍量的水浸泡40 min，水蒸气蒸馏5 h后收取挥发油，验证试验表明所选工艺条件可行，而且丁香挥发油在4-5h内可提取完全，4h的平均收率为98．61％(mL／g)。 李江等以水蒸气蒸馏法提取莪术的挥发油，对影响挥发油提取的浸泡时间、蒸馏时间、药材粉碎度3个因素进行了优选，结果最佳工艺条件为莪术药材的粉碎粒度为10-20目，加入8倍量的水在130—140℃条件下蒸馏8 h；因为浸泡与否对莪术挥发油提取效率的影响不明显，因此可以不考虑浸泡因素。 霍祥宇等(5)以水蒸气蒸馏法提取肉桂的挥发油，以挥发油得率为考察指标，对影响挥发油提取的浸泡时间、提取时间、加水量3个因素进行了优选，结果最佳工艺为药材加6倍量的水浸泡2 h，水蒸气蒸馏5h后收取挥发油。 2 超临界流体萃取(sFE)法 SFE是近年发展起来的一项新技术。超临界流体是处于临界温度和临界压力以上的流体，如C02、氨、乙烯、丙烷、水等，目前研究较多的为C02。流体在超临界状态下兼有双重特点，既具有与气体相当的高扩散系数和低黏度，又具有与液体相近的密度和对物质良好的溶解能力，因此可作为溶剂进行萃取。由于挥发油组分多为低沸点、易氧化物质，传统方法提取时容易受到破坏，近年来采用SFE进行提取的范例逐渐增多。 林秀仙等对超临界C02(CO2一SFE)技术萃取杏仁油的工艺进行了研究，初步确定了最佳工艺条件，并且与石油醚提取工艺进行比较，发现C02一SFE法的收油率是石油醚收油率的2．5倍，且提取时间大大缩短。葛发欢等用C02一SFE技术对姜黄油的萃取工艺进行了研究，结果表明其最佳工艺条件为萃取压力25 MPa，温度45％，分离I压力12．5 MPa，温度60℃，分离Ⅱ压力6 MPa，温度38℃，C02流量9 kg／h，萃取时间2 h，收率为4％。李金华等对珊瑚姜挥发油的C02一SFE工艺进行了研究，确定了最佳工艺条件为压力11．0-11．5 MPa，温度36—40℃，萃取时间为1 h以内，提取率可在8％-12％． 3 微波萃取技术 微波萃取技术又称微波辅助提取法(MAE)，是指使用合适的溶剂在微波反应器内从天然药用植物、矿物、动物组织中提取各种化学成分的技术和方法。与传统的水蒸气蒸馏技术相比较，微波萃取技术可以缩短时间、降低能耗、减少溶剂用量以及废物的产生，同时可以提高收率和提取物的纯度。微波是波长l mm。1 m的高频电磁波，其加热升温快，热在内部产生，是一种绿色清洁能源，因此研究MAE提取中药挥发油有着很高的实用价值和广阔的前景。 曾虹燕等通过C02一SFE萃取辽细辛挥发油均匀设计试验和MAE的正交试验比较，考察了影响提取的主要因素，得到了最佳萃取工艺。C02一SFE萃取的最佳工艺条件为压力16 MPa、温度32℃、C02流量20 kg／h、萃取时间80 min，得率为3．78％；MAE的最佳工艺条件为辐射功率720 w、辐射时间50 s、溶剂用量300 mL、洗涤溶剂用量30 mL，得率为5．46％；水蒸气蒸馏法提取率为1．62％。结果表明，C02一SFE和水蒸气蒸馏法提取辽细辛挥发油品质最好；MAE萃取的收率最高，但品质较差。曾虹燕等通过CO2一SFE萃取艾叶挥发油均匀设计试验和MAE萃取的正交试验比较，结果C02一SFE萃取的最佳工艺条件为萃取压力16 MPa、萃取温度31℃、C02流量20 kg／h、萃取时间80 min，得率3．75％；MAE萃取的最佳工艺条件为辐射功率720 w、辐射时间200 s、溶剂量400 mL、洗涤剂量50 mL，得率4．85％；水蒸气蒸馏法提取率为1．87％。表明C02一SFE和水蒸气蒸馏法提取艾叶挥发油品质最好；MAE萃取收率最高，但品质较差。曾虹燕等通过C02一SFE萃取佩兰挥发油均匀设计试验和MAE萃取的正交试验比较，结果C02一SFE萃取最佳工艺条件为萃取压力15 MPa、温度32~C、C02流量20 kg／h、萃取时间80 min，得率2．70％；MAE萃取最佳工艺条件为辐射功率720 w、辐射时间160 s、溶剂量300 mL、洗涤剂30 mL，得率3．76％；水蒸气蒸馏法提取率为0．76％。结果表明C02一SFE和水蒸气蒸馏法提取佩兰挥发油品质最好；MAE萃取收率最高，但品质较差。 陈志慧优化了MAE萃取姜花挥发油的提取工艺，以挥发油的得率为指标，对萃取时间、萃取功率、萃取剂作L9(34)进行正交试验考察，确定了姜花挥发油最佳提取方案：萃取介质为正己烷，微波火势58％，微波辐射20 min。经生产实践证实，该优化工艺条件稳定可行，提取率高。 4 溶剂提取法 乔小云等通过对白术挥发油提取的溶剂法与水蒸气蒸馏法相比较，确定前者明显比后者收率高，成分组成相似，方法可行。并通过L9(34)正交试验，以白术挥发油得率为指标，对溶剂正己烷的用量、提取时间、提取次数、药材粒度等4个因素，每个因素选取3个水平进行优选，有机溶剂正己烷提取白术挥发油的最佳工艺为白术最粗粉O．3一1．9 mm，用]2倍量的正已烷在70-90℃下回流提取3次，每次1 h，冷却抽滤，合并滤液，减压回收至无溶剂滴出，收率达1．57％。 5 超声法 超声提取的机制包括机械机制、热学机制及空化机制。由于超声波振动的空化、机械粉碎、搅拌以及热学等作用，在震荡过程中，空化泡周围的微流对溶液中药材产生的切向力可以加速溶剂向细胞中渗透。根据Sinisterra JV等人的研究，低频超声不仅可使细胞周围形成微流，还可使植物药材细胞被击破，细胞壁不完整，有利于溶剂浸入细胞中，加速药材中有效成分进入溶剂，从而增加有效成分在溶剂中的溶解度，便于有效成分提取，因而提高了有效成分的提出率。超声波机械破碎过程是一个物理过程，浸提过程中无化学反应，被浸提的生物活性物质在短时间内保持不变，生物活性不减，同时提高了破碎速度，缩短了破碎时间，可极大地提高提取效率。赵文彬等采用均匀设计法优选苦杏仁油的超声提取工艺，确定了苦杏仁油的最佳超声提取条件：石油醚体积与苦杏仁质量比为8-10，超声提取时间10—20 min，超声频率为45 kHz，优化条件下的苦杏仁油的平均超声提取率达44．35％。 6 小结 用正交法研究中药挥发油提取工艺时，能够综合比较提取过程的各种影响因素，明确各因素的主次和相互作用，获得诸因素各水平的最佳搭配，便于生产中优选最佳工艺。但目前在实际生产中对中药挥发油提取工艺进行优选时，评价指标比较单一，大多选择挥发油收率，不能兼顾药物的有效成分，而实际生产中药物的有效成分是否发生变化，是药品生产的关键，建议采用多指标试验综合评分法或综合平衡法，并且多考虑影响药理作用或临床疗效的成分为指标。

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