Study on the Extraction Process of Total Saponins from Ophiopogon japonicus Using Deep Eutectic Solvents
Objective: This study aimed to develop a green and efficient extraction technology of total saponins from Ophiopogon japonicus, in order to improve the problems of low efficiency and environment friendliness in the traditional extraction process of total saponins from Ophiopogon japonicus. Methods: Single factor experiments were carried out to investigate the effect of different extraction conditions on the extraction effect. The key factors were selected for orthogonal experimental design to determine the optimal extraction conditions. Results: The optimum extraction parameters of total saponins from Ophiopogon japonicus were obtained by orthogonal experiment analysis as follows: solid-liquid ratio 1:50 ml, extraction temperature 60˚C, water content 40%, extraction time 30 min. Under these conditions, the highest extraction rate of total saponins from Ophiopogon japonicus was 3.92%. Conclusion: The use of low eutectic solvent extraction and the optimization of orthogonal experiments can extract the total saponins of Ophiopogon japonicus in an efficient and environmentally friendly manner. This process not only improves the extraction efficiency, but also helps to reduce the environmental pollution, which has important practical application value.
Ophiopogon japonicus
麦冬是百合科植物麦冬的干燥块根
麦冬中含有皂苷、多糖和黄酮等主要活性成分
低共熔溶剂(DES)是由氢键受体(HBA)和氢键供体(HBD)按适当比例合成的新型溶剂,在常温下呈液态,易制备、化学性质稳定、溶解范围广且绿色环保、成本经济
麦冬皂苷的提取方法各有不同,但都存在着弊端。其中王娟等人使用闪式提取法提取麦冬皂苷
麦冬:产地为四川。
薯蓣皂苷:分析对照品(HPLC ≥ 98%,德思特);所用试剂均为分析纯,主要试剂有高氯酸、乳酸、葡萄糖、柠檬酸、乙二醇、氯化胆碱、1,2-丙二醇、1,3-丁二醇、甘油、冰醋酸、香草醛、甜菜碱。
Cary 100 Scan紫外可见分光光度计,美国Varian公司;PR124ZH/E奥豪斯仪器(常州)有限公司;L3-5K台式低速离心机,可成仪器。
将麦冬烘干,除去其中水分,加工研磨,精密称取颗粒均匀的麦冬粉末1 g,按照1:20的料液比加入含水量30%的低共熔溶剂,在60℃下浸提30 min,提取完成后,在4000 r/min下用离心机将提取液离心20分钟使料液分离,取1 mL上清液加入1 mL现配现用的5%香草醛–冰醋酸溶液,再加入3 mL高氯酸。水浴温度为60℃下加热5~10 min,加热结束后在冰浴条件下冷却,再加5 mL冰醋酸,用紫外分光光度计测定吸光度并计算对应的提取率。
用无水乙醇溶解适量的原薯蓣皂苷标准品配制适量的0.5 mg/mL皂苷标准溶液,从溶液中分别取0.2 mL、0.4 mL、0.6 mL、0.8 mL和1.0 mL,用乙醇稀释至1.0 mL。然后在每个样品中分别加入1.0 mL新配制的5%香草醛–冰醋酸溶液和3.0 mL高氯酸并充分混合均匀。将混合好的溶液在60℃的水浴中加热5到10 min,然后取出并放置于冰浴中冷却。然后向每个样品中加入5 mL冰醋酸,再次混合均匀。在394 nm波长处测定每个样品的吸光度。x轴为溶液浓度(mg/mL),y轴为吸光度值,使用紫外分光光度计测定吸光度并进行线性回归分析,得出回归方程如下:y = 0.1448x + 3.1584,相关系数为R2 = 0.9994。
麦冬中总皂苷提取率(%) = (C × V) ÷ M,其中C代表依照标准曲线计算得出的总皂苷质量浓度单位为mg/mL;V指的是提取液的总体积,单位为mL;M为称取的用于提取的麦冬样品的质量,单位为mg。
为了筛选出最佳的麦冬中总皂苷提取的低共熔溶剂,选取了几种具有潜在提取效果的低共熔溶剂,这些低共熔溶剂包括HBA (甜菜碱、氯化胆碱)和HBD (柠檬酸、甘油、乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丁二醇、葡萄糖、乳酸)。取1 g的麦冬粉末,并根据相同的料液比1:20,分别用上述试剂按摩尔比1:2配置低共熔溶剂。将每个溶液在60℃下提取30 min,以考察不同低共熔溶剂对麦冬总皂苷的提取效果。
在设计单因素实验的过程中,将主要系统的考察以下关键变量,以确定它们对麦冬中总皂苷提取率影响,包括:料液比(A: 1 g:20 mL, 1 g:35 mL, 1 g:50 mL, 1 g:65 mL, 1 g:80 mL)、提取温度(C: 30℃, 40℃, 50℃, 60℃, 70℃)、含水量(D: 20%, 30%, 40%, 50%, 60%)。控制相关参数,控制变量分别提取后,离心收集上层清液,处理后测定吸光度计算提取率。
经过单一变量的初步试验后,本研究进一步采用了三因素三水平的正交试验,同时评估料液比、提取温度和含水量这三个关键因素。通过这种设计,能够更加全面地考察这些因素及其相互之间的交互作用对麦冬中总皂苷提取率的整体影响。以麦冬总皂苷的提取率作为评价指标,此方法允许精确地确定出那些对提取过程最为关键的条件,并优化这些条件以提高提取效率。
绘制单因素试验的折线图,可以更加直观地展示不同实验条件下总皂苷提取率的变化趋势,更清楚地观察到料液比、提取温度和含水量三个关键因素对提取率的影响情况,从而为进一步的实验优化提供指导。再对正交实验的结果进行综合分析,确定各个因素对提取效率的影响的显著性,以及各个因素之间的相互作用。
低共晶溶剂是由氢键供体(HBA)和氢键受体(HBD)按照特定的化学计量比混合而成的绿色溶剂,由于其独特的物理化学性质,在中药有效成分的提取方面具有巨大的潜力。它们组成的不同可能导致目标提取物的提取率不同
序号 |
氢键受体 |
氢键供体 |
提取率% |
DES-1 |
氯化胆碱 |
乳酸 |
1.24 |
DES-2 |
柠檬酸 |
0.34 |
|
DES-3 |
乙二醇 |
0.63 |
|
DES-4 |
1,2-丙二醇 |
0.86 |
|
DES-5 |
甘油 |
1.07 |
|
DES-6 |
1,3-丁二醇 |
2.05 |
|
DES-7 |
葡萄糖 |
2.78 |
|
DES-8 |
甜菜碱 |
乳酸 |
1.62 |
DES-9 |
柠檬酸 |
0.15 |
|
DES-10 |
乙二醇 |
0.95 |
|
DES-11 |
1,2-丙二醇 |
0.10 |
|
DES-12 |
甘油 |
0.55 |
|
DES-13 |
1,3-丁二醇 |
2.14 |
|
DES-14 |
葡萄糖 |
3.40 |
序号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
提取温度(℃) |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
提取率(%) |
0.25 |
0.45 |
0.71 |
0.84 |
0.31 |
由
序号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
含水量(%) |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
提取率(%) |
0.93 |
1.25 |
3.49 |
3.32 |
1.40 |
在提取过程中,提高底物与溶剂的接触面积可以有效的提高总皂苷的提取效率
序号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
料液比(g/mL) |
1:20 |
1:35 |
1:50 |
1:65 |
1:80 |
提取率(%) |
1.99 |
3.04 |
3.99 |
2.80 |
1.41 |
在完成了三个单一因素的对于麦冬中总皂苷的提取率影响的实验研究之后,为了继续进一步精确地确定这些因素对提取效果的综合影响,选取适宜的提取的温度、含水量与料液比水平范围,优化调整,进行三因素三水平的正交试验设计(见
水平/因素 |
温度(℃) |
含水量(%) |
料液比(g/mL) |
A |
B |
C |
|
1 |
50 |
30 |
1:35 |
2 |
60 |
40 |
1:50 |
3 |
70 |
50 |
1:65 |
试验号 |
温度(℃) |
含水量(%) |
料液比(g/mL) |
提取率(%) |
A |
B |
C |
||
1 |
1 |
1 |
1 |
0.05 |
2 |
1 |
2 |
3 |
0.26 |
3 |
1 |
3 |
2 |
3.12 |
4 |
2 |
1 |
3 |
2.68 |
5 |
2 |
2 |
2 |
3.92 |
6 |
2 |
3 |
1 |
2.30 |
7 |
3 |
1 |
2 |
2.91 |
8 |
3 |
2 |
1 |
0.94 |
9 |
3 |
3 |
3 |
2.81 |
K1 |
3.430 |
5.640 |
3.290 |
|
K2 |
8.900 |
5.120 |
5.750 |
|
K3 |
6.660 |
8.230 |
9.950 |
|
k1 |
1.143 |
1.880 |
1.097 |
|
k2 |
2.967 |
1.707 |
1.917 |
|
k3 |
2.220 |
2.743 |
3.317 |
|
R |
1.823 |
1.037 |
2.220 |
通过对
本实验以麦冬作为原料,用低共熔溶剂提取麦冬中总皂苷。通过单因素试验对低共熔溶剂系统组成进行筛选,发现以甜菜碱和葡萄糖为组合的DES提取效果最佳,并通过单因素依次对不同提取温度、含水量和料液比对提取效率的影响进行实验后,进行正交实验确定了最佳的提取条件。综上所述,采用低共熔溶剂提取麦冬皂苷的工艺是可行的,试验结果稳定可靠,为传统的中药有效成分的提取提供了全新的选择。
安徽省大学生创新创业训练计划项目(202310377032),滁州学院2023年开放实验项目,国家级大学生创新创业训练计划项目(202310377032)。
*通讯作者。