【理学论文】响应曲面法优化葎草总黄酮提取工艺研究

 摘 要

葎草(Humulus scandens)为一年生或多年生蔓性桑科植物, 具有清热解毒、消肿、利尿的功效，其主要功效成分为黄酮类化合物。为了提高葎草总黄酮的利用率，本实验选定乙醇浓度、液料比和提取时间3个因素进行单因素试验，在单因素试验的基础上，采用响应曲面法的中心组合试验设计，优化葎草总黄酮的超声波-微波协同提取工艺。单因素试验结果显示：葎草总黄酮超声波-微波协同提取的最佳乙醇浓度为40%，最佳液料比为40：1，最佳提取时间是20min。通过中心组合设计建立总黄酮提取率的二次回归方程，得到葎草总黄酮超声波-微波协同提取的最佳工艺条件为：乙醇浓度42%，液料比40:1，提取时间22min。该条件下总黄酮提取率预测值为3.537%。采用上述工艺条件对葎草总黄酮提取效果进行验证，验证值为3.472%。本实验优化了葎草总黄酮的提取工艺，对提高葎草资源的综合利用率和利用价值具有较大的现实意义。

关键词：葎草；总黄酮；超声波-微波协同提取；响应曲面法；优化

1 前 言

1.1 葎草生物学特性及分布

葎草，又称拉拉秧，桑科葎草属，一年生或多年生蔓性草本。茎淡绿色，长达数米，有纵条棱，茎棱和叶柄上有短倒向钩刺。单叶对生；叶柄长5-20cm，有倒向短钩刺，稍有6条棱；掌状叶5-7深裂，直径约5-15cm，裂片卵形或卵状披针形，边缘有锯齿，先端急尖或渐尖，上面有粗刚毛，下面有细油点，脉上有硬毛。花单性，雌雄异株；雌花每2朵具1苞片，苞片卵状披针形，被白色刺毛和黄色小腺点，花被片1，灰白色，紧包雌蕊，子房单一，上部突起，疏生细毛；雄花序为圆锥花序，雌花序为短穗状花序；雄花小，具花被片5，黄绿色，雄蕊5，花丝丝状，短小。瘦果淡黄色，扁球形；果穗绿色，近球形。花期6-10月，果期8-11月。可入药。生于沟边、路旁、荒地。中国除新疆、青海、西藏外，其他各省区均有分布；俄罗斯、朝鲜、日本也有分布[1]。

1.2 葎草主要成分以及药用价值

葎草全草中主成分为黄酮类化合物，已分离出秋英甙、木犀草素-7-葡萄糖甙及牡荆素[2]。另含胆碱及天门冬酰胺、挥发油[3]。挥发油中主成分为β-葎草烯、石竹烯 、α-古巴烯、α-芹子烯、β-芹子烯、γ-毕澄茄烯以及、苯乙醇等[4]。

葎草入药历史悠久，《本草正义》中有记载："葎草，苦寒泄降，主湿热壅塞之实症，亦可为外疡阳毒之外敷药。"《唐本草》对葎草的功用有"主五淋，利小便，止水痢，除疟，虚热渴，煮汁及生汁服之"的记载。《本草纲目》也有"润三焦，消五谷，益五脏，除九虫，辟温疫，敷蛇、蝎伤"的记载。可见，葎草具有清热解毒、利尿通淋的功效，对肺热咳嗽、肺痈、虚热烦渴、热淋、水肿、小便不利、湿热泻痢、热毒疮疡、皮肤瘙痒等疾病有较好的疗效。

1.3植物总黄酮的研究进展

近年来国内外对银杏类黄酮、茶多酚等的营养性和药理的广泛深入的研究和临床试验，证实类黄酮既是药理因子，又是重要的营养因子，是一种新发现的营养素，对人体具有重要的生理保健功效。研究表明，类黄酮具有以下药理活性:（1）心血管系统活性：不少治疗冠心病有效的中成药均含黄酮类化合物，研究发现槲皮素、芦丁、葛根素以及人工合成的立可定（recordil）等均有明显的扩冠作用；木犀草素、金丝桃苷、水飞蓟素、沙棘总黄酮对心肌缺血性损伤有保护作用；芦丁、槲皮素、金丝桃苷、灯盏花素、葛根总黄酮、葛根素、银杏叶总黄酮对缺血性脑损伤有保护作用；银杏叶总黄酮、大豆苷元、葛根素等对心肌缺氧性损伤有明显保护作用。此外，沙棘总黄酮、苦参总黄酮、甘草黄酮（主要为甘草素和异甘草素）具有抗心律失常作用[5]。(2) 抗肿瘤活性：黄酮类化合物的抗肿瘤机制多种多样，如槲皮素的抗肿瘤活性与其抗氧化作用、抑制相关酶的活性、降低肿瘤细胞耐药性、诱导肿瘤细胞凋亡及雌激素样作用等有关；水飞蓟素的抗肿瘤活性与其抗氧化作用、抑制相关酶活性、诱导细胞周期阻滞等有关[6-7]。（3）抗菌及抗病毒活性: 木犀草素、黄岑苷、黄岑素等均有一定的抗菌作用[8-9]；槲皮素、二氢槲皮素、桑色素、山柰酚等具有抗病毒作用；从菊花、獐牙菜中分离得到的黄酮单体对HIV病毒有较强抑制作用，大豆苷元、染料木素、鸡豆黄素A对HIV病毒也有一定抑制作用[10]。（4）保肝活性：水飞蓟素对中毒性肝损伤、急慢性肝炎、肝硬化等有良好的治疗作用；淫羊藿黄酮、黄岑素、黄岑苷能抑制肝组织脂质过氧化、提高肝脏SOD活性、减少肝组织脂褐素形成，对肝脏有保护作用；甘草黄酮可保护乙醇所致的肝细胞超微结构的损伤等[11]。（5）抗炎、镇痛活性：芦丁、羟基芦丁、二氢槲皮素等对角叉菜胶、5-HT及PGE诱发的大鼠足爪水肿、甲醛引起的关节炎及棉球肉芽肿等均有明显抑制作用；金荞麦中的双聚原矢车菊苷元有抗炎、解热、祛痰等作用；金丝桃苷及银杏叶总黄酮等有良好的镇痛作用[12-16]。（6）抗氧化自由基活性：大多数黄酮类化合物均有较强的抗氧化自由基作用，而黄酮类化合物的一些药理活性也往往与其抗氧化自由基相关[17]。

随着对生物总黄酮与人类营养关系研究的深入，不远的将来可能证明黄酮类化合物是人类必需的微营养素或者是必需的食物因子。

1.4本课题研究目的和意义

我国葎草资源十分丰富,在我国大部分地区均有分布，为常见杂草，对农业生产等有不良影响。其匍匐茎生长蔓延迅速，常缠绕在农作物或者果树上，严重影响其他植物的生长。另因其倒刺对人皮肤易造成伤害，也会妨碍人类生产活动。葎草茎、叶的乙醇浸液有抗菌作用，在试管内对革兰氏阳性菌有显著抑制作用。葎草的药理作用主要涉及抗结核和抗菌等作用，其药理功能的发挥多与其自身的黄酮类物质有关[18]。且有研究结果表明，葎草黄酮类化合物可作为自由基吸收剂，可有效地清除因衰老而引起的植物体内产生的自由基，具有抗氧化作用[19]。综上所述，充分利用和开发葎草资源，变废为宝，具有巨大的经济效益。但目前对葎草尚未深入开发利用，其具有较大的开发空间。

因此，本实验在目前国内外有关于葎草提取工艺的理论研究成果和基础之上，以葎草总黄酮为研究对象，应用响应曲面法，结合超声-微波萃取法，优化其提取工艺，提高葎草总黄酮资源的利用率，为今后更好地利用葎草资源提供参考。