响应面法优化荷叶碱的微波提取工艺研究[20200408174350]
摘要
本实验以干燥的荷叶为原料，以乙醇溶液作为萃取剂，利用微波萃取机进行荷叶碱的微波提取，具体研究了荷叶中荷叶碱的微波提取工艺。实验中以吸光度为测定指标，选取了固液比、乙醇浓度、微波提取时间、微波提取功率4个条件作为提取因素。在单因素实验基础上，通过响应面分析法优化荷叶中荷叶碱的微波提取工艺，最终得出了荷叶碱的最优提取条件为：固液比1：27、乙醇浓度61%、微波提取时间7.8min、微波提取功率402w，其提取率为3.47%。
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关键字:荷叶荷叶碱微波提取工艺优化
目录
1.引言 1
1.1荷叶碱概述 1
1.2荷叶碱提取的现状 1
1.3微波提取荷叶碱工艺的研究目的及意义 2
2.实验材料仪器及实验方法 4
2.1实验材料 4
2.2实验仪器 4
2.3荷叶碱的提取与测定 4
2.3.1微波辅助提取荷叶碱 4
2.3.2标准品溶液的制备 4
2.3.3溴甲酚绿缓冲溶液的制备 4
2.3.4最大吸收波长的确定 4
2.3.5标准曲线的绘制 5
2.4单因素实验设计 5
2.4.1单因素条件的确定 5
2.4.2固液比对荷叶碱提取的影响实验 6
2.4.3乙醇浓度对荷叶碱提取的影响实验 6
2.4.4微波提取时间对荷叶碱提取的影响实验 6
2.4.5微波提取功率对荷叶碱提取的影响实验 6
2.5响应面实验设计 7
3.结果与分析 9
3.1单因素实验结果分析 9
3.1.1单因素固液比的实验结果与分析 9
3.1.2单因素乙醇浓度的实验结果与分析 9
3.1.3单因素微波提取时间的实验结果与分析 10
3.1.4单因素微波提取功率的实验结果与分析 11
3.2响应面实验结果分析 12
3.2.1实验数据 12
3.2.2响应面实验结果 13
3.2.3响应面3D图分析 14
4.结论及展望 18
4.1结论 18
4.2展望 18
5.参考文献 19
6.致谢 20
1.引言
1.1荷叶碱概述
荷叶，又名莲花茎，睡莲干叶，属于医用和食用植物。自古以来，中国人将荷叶和荷花作为滋补品[1]。荷叶碱(Nuciferin)是从荷叶中提取的一种生物碱，是荷叶中的主要降低脂肪活性的成分。荷叶于夏秋两季采集，加工时先去蒂，后折叠成一个半圆形或折叠成一个折扇形，对其进行干燥。荷叶产地主要位于湖南、湖北、福建、广东、江苏。高纯度的荷叶碱为结晶性粉末，其颜色为米黄色至类白色，当其纯度越高时，色泽就会越浅。现代药理实验证明荷叶碱具有明显的降脂、平衡胆固醇导物的作用，而且可以抑制细菌、霉菌以及部分体外抗脊髓灰质炎病毒的活性［2-4］。荷叶碱成分具有明显的生物活性和生理功能，不仅有促进血液循环，减少脂肪，降低血压，防止动脉硬化效用，而且因为其抗氧化[5]和抗丝分裂作用，荷叶碱还具有明显的抑菌作用[6]。它已广泛应用于功能性食品及功能性饮料中，尤其是近几年来，市场上出现了大量以荷叶为主要成分的减肥产品，已经研制出了荷叶为主要成分的产品如减肥茶及降脂胶囊等。这些产品受到了久居城市、缺乏运动、饮食油腻的都市人的广泛接受，而且荷叶制品对人的食欲会产生影响，能够让人对荤腥油腻的食品产生排斥，不必过度节食，从而达到健康减肥的目的[7]。荷叶碱现在受到越来越多的人关注，也常用来作为评价荷叶质量的主要指标[8]。
1.2荷叶碱提取的现状
荷叶碱属于阿朴啡类生物碱，具有弱碱性，其游离态在有机溶剂中溶解度较大，但成盐后在水中的溶解度大大增加，提取荷叶碱的实验大多利用荷叶碱的上述生物特性设计提取实验[9]。
荷叶碱提取的传统方法主要有索氏提取法、浸提法和回流法等，已有不少文献对传统方法提取荷叶碱的最佳工艺进行了阐述[10] 。当下较为先进的提取方法有大孔树脂吸附法、膜分离、色谱法以及微波辅助提取法。大孔树脂吸附法具有设备简单、生产周期短、使用溶剂量少、产品质量高、稳定性好的优点，解决了传统方法提取制剂大、使用不方便、耗时长的缺点。最高可制备纯度达95. 4%以上的荷叶碱，制备用于分析的高纯度荷叶碱可以采用此方法。但此方法仍存在诸多缺点，如有机物残留仍然很高，加工难度大，大孔树脂会有严重破碎，寿命短，纯化量小。膜分离技术，是一种分离方法简单，快速，选择性高，具有实用前景，在分离过程没有相变，具有设备简单、易操作的特性，周期短，安全性高，效率高，节约能源和保护环境的方法。但同时，膜分离技术也存在样品前处理复杂，实验条件要求严格的缺点。色谱法是当前的一种先进的分离技术，对于复杂的混合物、同系物、异构体的相似化合物分离具有显著效果，是提取和分析荷叶碱的一种最有效的方法，但实验设备昂贵，不适合大量提取。
作为天然的药用成分，荷叶碱的诸多功能近年来受到关注，但大多数研究仅限于粗提取，对于高纯度的荷叶碱的提取及分离纯化技术研究较少[11],以见有采取制备型HPLC路线[12]。高纯度荷叶碱的浓缩性很强，只能肥胖、高血压、高胆固醇血症、动脉硬化这些一系列有病理需求的人群才能适用。通常80%浓度以上的的荷叶碱被划分为高纯度荷叶碱，因为其复杂的提取工艺，国内大部分企业都无法做到自主提取高纯度荷叶碱，所需的高纯度荷叶碱绝大部分来源于进口。日本企业通常采用具有专利的微波粉碎技术，在荷叶碱提取的第一道工序结束之后实施微波粉碎，但实验成本昂贵。Lee-ma科研中心采用了一种独特的分离提取技术，这项技术提取出的荷叶碱其纯度可达到98%以上。同时美国具有先进的专利LUX膜内分离技术，这项技术能够将第一道工序提取后的荷叶碱进一步分离出其中的杂质和水分，得到超细小分子荷叶碱，提取所得荷叶碱纯度能达90%以上。
荷叶碱是荷丹颗粒的重要活性成分，对药性的发挥起非常关键的作用, 但目前有关荷叶碱含量测定的报道比较少。通过文献查阅分析,紫外分光光度法可以对荷叶碱进行有效测定。通过实验结果可以发现这种方法方便、简单、快速、选择性好、线性范围宽、重复性好、准确度高, 能较准确方便的反映荷叶碱的含量, 适用于荷叶碱含量的检测和测定[13]。
1.3微波提取荷叶碱工艺的研究目的及意义
微波提取荷叶碱的工艺研究在2007年第29期《氨基酸和生物资源》中肖桂青,田云,卢向阳,方俊的《微波辅助提取荷叶碱条件的优化》及2008年第5期《天然产物研究与开发》中肖桂青,方俊,卢向阳,田云的《微波辅助提取荷叶总生物碱的工艺研究》中都进行了详细的阐述。微波提取荷叶碱的工艺研究，可以为荷叶碱生物结构和生理功能的研究以及荷叶天然防腐剂的开发与应用提供良好的研究基础[14]。
微波辅助提取法可以利用微波来提高实验的提取效率，实验中微波因为其良好的穿透能力可以快速进入分子内部并产生大量热量，植物细胞会因为被加热导致膨胀而破壁，热扩散带动分子扩散，同时由于细胞壁的破裂，加速溶剂分子渗透并促使其被溶解提取，因此，提取时间短，效率高，目标成分提取更加完全，提取率更高。另外，微波提取温度相对低且受热均匀，避免长时间高温提取引起要提取的有效成分分解，而且微波对不同形态结构的有效成分具有选择性，希同可进行选择性加热，所以微波辅助提取的目标组分质量更好，含量更高[15]。它与传统提取方法相比较具有设备简单、提取效率高、适用范围广、节约时间、重现性好等优点, 已被广泛用于各类天然产物的提取[16] 。同时，微波辅助提取技术可以进行较大数量的提取，提取时间与传统方法相比有明显缩短，提取率也有所提升，故其会具有广阔的市场前景。
本实验以干燥的荷叶为原料，以乙醇溶液作为萃取剂，采用微波辅助提取的方法，具体研究了荷叶中荷叶碱的微波提取工艺。通过实验得出为荷叶碱微波提取的最佳工艺，同时为荷叶碱作为天然防腐剂的实验研究提供基础。

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