1. 引言
麦冬是百合科植物麦冬的干燥块根[1]，原名麦门冬，主要分布于我国四川、广东、福建、江苏、浙江等地[2]。麦冬作为补益类中药材，具有养阴生津，润肺清心的功效；其性微寒，用于治疗肺燥干咳、内热消渴、心烦失眠等症[3]。
麦冬中含有皂苷、多糖和黄酮等主要活性成分[4]。其中皂苷类的作用显著，刘凡等[5]人发现麦冬皂苷可通过抑制Hedgehog信号通路，从而抑制乳腺癌细胞的增殖，并能改善糖酵解及调节细胞周期，抑制细胞侵袭及迁移。康庆鑫等[6]发现麦冬皂苷D可通过抑制IL-6/JAK2/STAT3信号通路激活来减轻肺泡上皮细胞凋亡。安琪等[7]发现麦冬皂苷B可以通过抑制Shh/Gli1通路来抑制HepG2细胞EMT，从而降低其化疗耐药性。由此可见，麦冬中皂苷类含有丰富的生物活性，在抑制肿瘤细胞增殖和迁移等研究领域具有较好的开发前景。
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[8] [9]。经过简单处理流程后便可回收再次利用，减少了污染浪费，有效避免了长期的环境负担。此外，该技术在提取过程中无需采用高温高压条件，既可以节省能源，又能够降低二氧化碳排放，有助于推动绿色可持续发展的实现。
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[10]，邓惠方等人采用甲醇浸提法提取麦冬皂苷[11]，提取效率虽高，但提取溶剂均为有机溶剂，易造成环境污染和溶剂残留。因此，本研究采用绿色环保的低共熔溶剂对麦冬中总皂苷进行提取，在提高提取效率的同时，减少对环境的污染。
2. 材料与方法
2.1. 材料与试剂
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。
2.2. 仪器与设备
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。
2.3. 实验方法
2.3.1. 麦冬总皂苷的提取
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。
2.3.2. 标准曲线的绘制
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。
2.3.3. 麦冬总皂苷定量测定及计算方法
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。
2.3.4. 低共熔溶剂的筛选
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。
2.3.5. 单因素试验
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。
2.3.6. 正交试验设计
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。
2.4. 数据处理
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。
3. 结果与分析
3.1. 低共熔溶剂筛选结果
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[12]。因此，在选择合适的低共熔溶剂时需要谨慎的进行选择。在本实验中，选择了两种不同的HBD和七种HBA组成的14种低共熔溶剂。研究结果发现DES-14即甜菜碱与葡萄糖的组合，对于麦冬总皂苷的提取效果最佳，其提取率为3.40%，明显高于其他低共熔溶剂。因此，最终选择了DES-14作为后续实验的提取剂(如表1)。
Table 1. Types of deep eutectic solvents and extraction rates
表1. 低共熔溶剂种类及提取率
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 |
3.2. 单因素实验结果
3.2.1. 提取温度对皂苷提取率的影响
图1、表2展示了温度的逐渐升高对于提取率的影响情况。在温度为30℃至60℃之间的时候，提取率随着温度的增加而增加，这可能是由于较高的温度有助于提高麦冬总皂苷在低共熔溶剂中的溶解度。但当温度超过60℃以后，提取率不升反降，这可能是因为过高的温度导致了杂质的析出，从而影响最终的提取效果[13]。此外，随着温度的增加，溶剂挥发加剧，增加了成本并可能降低提取效率。因此，60℃被认为是最佳的提取温度。
Table 2. Extraction temperature single factor results
表2. 提取温度单因素结果
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 |
Figure 1. Single factor results of extraction temperature
图1. 提取温度单因素结果
3.2.2. 含水量对皂苷提取率的影响
由图2、表3可见，随着含水量的逐渐增加，提取率先升高而后降低。当含水量在40%左右时，总皂苷提取率达到最高点，为3.49%。然而继续增加水分含量，提取率反而开始出现下降趋势。这可能是因为适量的水分加入可以改善低共熔溶剂的黏度和流动性，有助于提高传质效率，从而增强提取效果[14]。然而，过多的水分则可能会干扰低共熔溶剂与目标化合物之间的相互作用，如氢键作用导致提取效率降低。因此，控制适宜的水分含量对于优化提取过程也是十分重要的。
Table 3. Single factor results of water content
表3. 含水量单因素结果
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 |
Figure 2. Single factor results of water content
图2. 含水量单因素结果
3.2.3. 料液比对皂苷提取率的影响
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[15]。因此，选择一个合适的料液比十分重要。从图3、表4可以看出，提取率随着料液比的增加先上升后下降，当料液比达到1:50 (g/mL)时达到峰值，此时的提取率为3.99%。这可能是因为料液比较低时，低共熔溶剂与底物麦冬颗粒并未完全接触，从而导致提取率较低；而当料液比逐渐增大达到1:50 (g/mL)后，麦冬与低共熔溶剂已经充分接触，继续增加溶剂的用量反而会导致提取皂苷的溶剂体积增大，这可能会影响整个体系的温度提升从而影响提取效率，因此，料液比的选择对于优化提取过程、提高经济效益以及确保产品质量稳定性至关重要。
Table 4. Single factor results of material-liquid ratio
表4. 料液比单因素结果
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 |
Figure 3. Single factor results of material-liquid ratio
图3. 料液比单因素结果
3.3. 正交法优化提取工艺结果
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(见表5)并完成正交试验，得到具体实验结果(见表6)。
Table 5. Orthogonal experimental design table
表5. 正交实验设计表
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 |
Table 6. Orthogonal experiment results
表6. 正交实验结果表
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 |
|
通过对表6中的实验数据进行综合分析，明确反应了温度、含水量和料液比这三个因素对麦冬中总皂苷提取率影响程度的不同。结果显示，料液比的影响最为显著，居于首要地位，其次是提取温度，而含水量的影响相对较为轻微，排在第三位，即料液比(C) > 温度(A)含水量 > (B)。根据表6的数据，最终得出最佳的提取工艺条件是：提取温度设定为60℃，含水量控制在50%，料液比为1:50。在这些条件下进行提取，麦冬中总皂苷的提取率最高可以达到3.92%，这一提取工艺条件为麦冬中总皂苷的工业化生产提供了重要的参考依据。
4. 结论
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。
基金项目
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)。
NOTES
*通讯作者。