纤维素酶辅助提取温莪术挥发油工艺条件研究

丁兴红 温成平 丁志山 范永升

(浙江中医药大学,杭州 310053)

纤维素酶辅助提取温莪术挥发油工艺条件研究

丁兴红 温成平 丁志山 范永升

(浙江中医药大学,杭州 310053)

研究了纤维素酶辅助提取温莪术挥发油工艺条件。对温莪术粒径、纤维素酶用量、酶解时间分别进行单因素考察,根据单因素考察结果设计正交试验,以出油率为指标确定适宜的正交试验参数:温莪术细粉粒径 100目、纤维素酶用量 20 FPI U·(g温莪术)-1、酶解时间 40 min,该工艺条件下温莪术挥发油提取得率为 2.72%,与未添加纤维素酶提取工艺相比,温莪术挥发油提取得率增加了 283%,显示了纤维素酶辅助提取挥发油良好的应用前景。

温莪术 挥发油 纤维素酶 提取

莪术 (Rhizom a Curcum ae)是姜科植物蓬莪术(Curcum a phaeocaulis Valeton)、广西莪术 (Curcum a kwangsinensis S.G.Lee et C.F.L iang)或温郁金 (Cur2 cum a wenyujin Y.H.Chen et C.Ling)的干燥根茎,后者习称温莪术,中医认为具有行气破血,消肿止痛之功效[1]。现代研究表明,莪术挥发油具有抗肿瘤、抗菌、抗病毒、抗氧化、降低胆固醇和减轻化疗副作用等活性[2-3]。目前对挥发油的提取主要有水蒸气蒸馏法和超临界 CO2流体萃取法[4-5]等。

在温莪术挥发油提取过程中,由于细胞壁的束缚作用,挥发油不易溶出。温莪术细胞壁主要由纤维素、半纤维素和木质素等物质组成。纤维素酶是一类复合酶,它能将组成细胞壁的纤维素骨架逐级降解成葡萄糖,进而破坏细胞壁骨架结构,增加细胞内活性成分的溶出[6]。

主要探讨纤维素酶预处理对温莪术挥发油提取得率影响,为纤维素酶辅助提取植物药有效成分提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

莪术药材购自浙江温州,经浙江省中药研究院孔繁智研究员鉴定为姜科植物温郁金的干燥根茎;其他所用试剂均为分析纯。

纤维素酶由里氏木霉 (Trichoder m a reeseiZU25)固态发酵制备而成,每克纤维素酶粉含 146个滤纸酶活力国际单位(FPI U)。

纤维素酶活力按 T.K.Ghose[7]方法测定,一个滤纸酶活力国际单位 (FPI U)等于酶促反应中生成1.0μmol葡萄糖 (以还原糖表示)的酶量。

1.2 纤维素酶法辅助提取温莪术挥发油

1.2.1 单因素考察

对温莪术粒径、纤维素酶用量和酶解作用时间分别进行单因素考察。

称取 20 g温莪术,加入适量纤维素酶液,调节pH值为 4.8,50℃反应。酶解作用一定时间后,离心,取上清液用石油醚萃取,萃取液用旋转蒸发器在常压下 25 r/min浓缩,将石油醚蒸出 (温度40℃左右),当冷凝管口无液滴滴下时即为浓缩终点,得温莪术挥发油,计算挥发油得率。

挥发油得率 =挥发油质量/温莪术质量 ×100%

1.2.2 正交试验设计

根据单因素考察结果进行正交试验设计,以挥发油提取率为指标,选择温莪术粒径 (65目、80目、100目)、纤维素酶用量 (10 FPI U·(g温莪术)-1、15 FPI U·(g温莪术)-1、20 FPI U·(g温莪术)-1)、酶解作用时间 (20 min,30 min,40 min)3个影响因素按3因素 3水平进行 L9(34)正交试验设计 (第 4列为空列,用来估计误差),计算挥发油得率,并对结果进行方差分析,得出最佳提取工艺。

2 结果与讨论

2.1 纤维素酶解法提取温莪术挥发油

2.1.1 单因素研究

确定纤维素酶用量 (10 FPI U·(g温莪术)-1)及酶解时间 (30 min),考察温莪术粒径对温莪术挥发油得率的影响,结果如图 1。

图 1 温莪术粒径对挥发油得率的影响

确定温莪术粒径 (80目)及酶解作用时间(30 min),考察纤维素酶用量对温莪术挥发油得率的影响,结果如图 2。

图2 纤维素酶用量对挥发油得率的影响

确定纤维素酶用量 (15 FPI U·(g温莪术)-1)及温莪术粒径 (80目),考察酶解作用时间对温莪术挥发油得率的影响,结果如图 3。

图 3 图 3 纤维素酶作用时间对挥发油得率的影响

由图 1可知,温莪术挥发油得率随粒径减小而增加,当温莪术粒径达到 80目时,挥发油得率为1.90%,此后挥发油得率变化很小,所以选择温莪术粒径 80目进行下面的正交试验设计。同理,由图 2、图 3可知,纤维素酶用量 (15 FPI U·(g温莪术)-1)和纤维素酶作用时间 (40 min)是进行正交试验设计的适宜参数。

2.1.2 正交试验

纤维素酶辅助提取法正交试验结果见表 1,方差分析结果见表 2。

表 1 纤维素酶法提取温莪术挥发油正交试验结果

表2 纤维素酶法正交试验方差分析

从表 1、表 2可知,纤维素酶提取莪术挥发油的各因素中,温莪术粒径影响最大,为显著性影响因素,其次为纤维素酶用量,酶解时间影响最小。由此得出纤维素酶提取莪术挥发油优选工艺为 A3B2C3:即 100目的莪术细粉在 20 FPI U·(g温莪术)-1纤维素酶用量下提取 40 min。A3B2C3工艺未在表 1中出现,故补做该试验,同时测定温莪术中挥发油含量[1],结果如表 3所示。

表 3 正交设计优化提取方法的出油率比较结果

由表 3可知,采用正交试验优选工艺 A3B2C3进行 3次平行试验,温莪术挥发油平均得率为 2.72%,与中国药典 2005版所用方法测定值基本一致,结果表明,采用纤维素酶辅助提取温莪术挥发油,可以将温莪术中挥发油充分提取出来。

2.2 纤维素酶提取和未添加纤维素酶提取温莪术挥发油的研究

为了考察纤维素酶对温莪术挥发油提取的影响因子,设计 100目的莪术细粉在 20 FPI U·(g温莪术)-1纤维素酶用量下反应时间进程和未添加纤维素酶的时间进程曲线,结果如图 4。

图 4 图4 反应时间对挥发油得率的影响

由图 4可知,采用纤维素酶提取温莪术挥发油在 40 min左右,挥发油得率为 2.72%。而未添加纤维素酶进行挥发油提取试验,挥发油得率一直维持在 0.71%左右,随着反应时间延长没有增加趋势。这表明:纤维素酶在温莪术挥发油提取过程中发挥了重要的作用,随着酶解进程的推进,纤维素酶不断地将温莪术细胞壁裂解,促使包藏在细胞壁中的挥发油不断释放出来,提高了挥发油提取效率[8]。

3 结论

采用纤维素酶辅助提取温莪术挥发油,可以明显提高温莪术挥发油提取得率。通过正交试验确定适宜的参数为:温莪术细粉粒径 100目、纤维素酶用量 20 FPI U·(g温莪术)-1、酶解时间 40 min,该工艺条件下温莪术挥发油提取得率为 2.72%,显示了良好的应用前景。

[1]国家药典委会.中华人民共和国药典 (第一部)[M].北京:化学工业出版社,2005

[2]丁玉伶,徐爱秀.莪术油及其有效组分抗肿瘤研究[J].中药材,2005,28(2):152-156

[3]Yohei S,Hirozo G.Chihiro T,et a1.Effects of curcuma drugs on vasomotion in isolated rat aorta[J].biological and phar2 maceutical bulletin,2003,26(8):1135-1143

[4]冯磊,尹光耀,敖宗华.莪术挥发油的提取研究及临床意义[J].江苏医药杂志,2002,28(7):544-545

[5]金建忠.超临 CO2萃取温郁金挥发油及其成分分析研究[J].中国中药杂志,2006,3l(3):255-257

[6]Priit valjamae.The kinetics of cellulose enzymatic hydrolysis [J].Acta universitatis upsaliiensis uppsala,2002:10-18

[7]T.K.Ghose1Measurement of cellulase activities[J].Pure and Appllied Chemistry,1987,59(2):257-268

[8]Xia Liming,Cen Peilin.Cellulase production by solid state fermentation on lignocellulosic waste from the xylose industry [J].ProcessBiochemistry,1999,34(9):909-912.

Cellulase Assisted Extraction of EssentialOil from Rhizoma ofCurcumaWenyujin

Ding Xinghong Wen Chengping Ding Zhishan Fan Yongsheng
(Zhejiang ChineseMedicalUniversity,Hangzhou 310053)

To study the factors affecting the yield of essential oil extracted from rhizoma ofCurcum awenyujin by using cellulase assisted extraction,single factor experiments were conducted,including particle size,extraction time and cellulase dose,then orthogonal experi mentswere carried out to find the optimum operating conditions.Results: The optimum conditions are particle size 150μm～180μm,cellulase dose 20 FPI U(Filter Paper International U2 nits)·(g rhizoma resedue)-1,and extraction time 40 min.Under the conditions the essential oil yield reaches 2.72%,increasing by 283%compared with the extraction without cellulase assistant.

rhizoma ofCurcum awenyujin,essential oil,cellulase,extraction

TQ03-39;R284.1 文献标识码:A 文章编号:1003-0174(2010)05-0065-03

浙江省教育厅基金 (67307118),2008年浙江省高等学校优秀青年教师资助计划(71008809)

2009-05-09

丁兴红,男,1978年出生,博士,副教授,中药发酵工程