微波辅助萃取技术在中药质量控制中的研究与应用

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中药的质量控制是保证中药安全性和有效性,促进中药走向国际化的必由之路。要成功构建中药质量评价规范体系,需要解决好三方面的问题:高效快速的样品前处理技术和稳定可靠的分析技术,科学合理的质量控制指标体系以及丰富优质的化学对照品。样品的前处理是中药质量评价关键的第一步,从时间消耗看,约占整个过程的60%80%。目前,常用的浸泡法(渗漉法、冷浸法)和热提取法(煎煮法、回流提取、索氏提取和水蒸气蒸馏等)普遍存在耗时长、溶剂用量大、提取效率低等缺点。超声萃取的提出虽然克服了上述传统提取方法的很多缺点,至今也仍为许多实验室采用,但该技术噪声污染大,并且目前仅局限于实验室的小规模研究,因此已不能满足现代中药发展的需求。而后又提出的超临界流体萃取、加压溶剂萃取等则因存在技术缺陷或设备复杂、运行成本高等问题,而在发展上受到限制。因此,寻找更为简便、快速的新型萃取技术对于中药质量控制的研究具有很重要的意义。微波辅助萃取(Microwave-assisted extraction, MAE)技术,是20世纪80年代兴起的一种新型萃取技术,具有高效快速、选择性好、溶剂用量少、回收率高、重现性好等优点。在中药提取方面,MAE通过离子迁移和偶极子转动对萃取溶剂和物料进行里外同时加热,从根本上改变了传统提取所遵循的加热-渗透进入基体-溶解或夹带-渗透出的模式,解决了传统提取方法萃取时间长、选择性差的问题。通常,传统提取方法需要几小时甚至几十个小时,超声法也需要半个小时到一个小时,而MAE只需要几秒到几分钟,提取速度提高了几十倍至几百倍。本课题旨在将微波萃取技术以及与其它样品前处理技术结合后建立的新型微波辅助萃取技术(如:微波辅助胶束萃取、微波–中空纤维液相微萃取和微波连续抽提)用于中药的样品前处理,解决传统提取方法存在的众多问题,为中药的质量控制提供了高效、简便、快速的样品前处理手段。具体研究如下:(1)补骨脂是种子类药材,外皮坚硬,三黄片中的君药大黄部分以原粉入药,且待测组分脂溶性高,溶解度小,因此二者均存在提取困难,提取时间长的问题,本试验充分利用微波加热速度快、破壁功能强大的特点,在5 min内便可完成提取,大大缩短了样品前处理时间,并且目标组分的提取量与经典方法相当甚至高于经典方法。该方法高效、简便、快速,为那些难提取的药材或中药制剂的分析提供了新手段。(2)马钱子碱、士的宁和柚皮苷均为平消片的指标成分,但其极性、溶解性差别较大,因此使用单一有机溶剂难以满足三指标成分的同时提取,给平消片的质量控制带来一定的困难。本试验建立了微波辅助胶束萃取,以苄泽35 (Brij 35)的胶束水溶液为萃取溶剂,使三种指标成分均得到了良好的萃取效果,方法简便、快速、绿色环保。(3)细辛因含有毒性成分马兜铃酸A而备受关注,但该药材基质复杂、HPLC分离困难,尤其是待测的马兜铃酸A为痕量毒性成分,含量甚低,因此不经富集和纯化处理是无法满足测定需求的。本试验建立的微波–中空纤维液相微萃取,集提取、纯化和富集为一体,具有提取时间短、分析速度快、富集倍数高(152倍)、纯化效果好的优点,为细辛中马兜铃酸A的分离测定提供了新的样品前处理手段。(4)结合索氏提取的原理,建立了新型微波连续抽提法,用于进一步提高微波萃取效率,并将其用于灵芝中三萜类成分的分析。该技术充分结合了微波萃取高效、快速和索氏提取能够连续引入新鲜溶剂的优点,因此比常规的微波萃取更能将药材中的待测成分提取完全,使分析结果更为准确,为中药的成分分析提供了一种新颖的、高效、快速、有效可靠的样品前处理技术。第一部分微波萃取在中药成分分析中的应用一、微波萃取快速分析补骨脂中补骨脂素和异补骨脂素目的:采用自制的开放式微波萃取装置,建立高效、简便、快速的微波萃取法,研究其对于具有坚硬外壳的中药待测成分的提取效果,并用于补骨脂中补骨脂素和异补骨脂素的分析。方法:以补骨脂素和异补骨脂素的提取率为考察指标,对微波萃取的四个参数(萃取溶剂、微波功率、微波萃取时间和液固比)进行单因素试验,以选择最佳的萃取条件,并与传统提取方法进行比较。结果:以甲醇为溶剂,微波功率400 W,液固比400 mL·g-1的条件下微波萃取3 min,两种待测成分的提取率便可达到最高,而传统的索氏提取、回流提取以及超声提取则需要几十分钟甚至几小时。结论:本文利用自制的开放式微波萃取装置,建立了高效、简便、快速的微波萃取法,提高了萃取效率,缩短了样品前处理时间,装置简便实用,为具有坚硬外壳的难提取中药成分的分析提供了一种新手段。二、微波萃取快速分析三黄片中5种蒽醌类成分目的:研究微波萃取对中药微溶性成分的提取效果,并优化萃取条件,建立高效、简便、快速的微波萃取法用于三黄片中蒽醌类成分的分析。方法:分别以游离蒽醌和结合蒽醌的提取率为考察指标,对微波萃取溶剂、微波功率、萃取时间和液固比进行了优化选择,并将其最优条件下的萃取效果与经典方法进行了比较。结果:微波萃取的最佳条件为:以80%乙醇为溶剂,微波功率300 W,液固比为100:1 (mL·g-1),游离蒽醌的萃取时间为2 min,结合蒽醌为5 min。本文建立的微波萃取法在5 min中之内便可完成5种游离蒽醌和结合蒽醌的提取,而经典的乙醇回流法则需要60 min才能得到与之相当的提取效果。结论:本文建立的微波萃取法高效、简便、快速,解决了中药微溶性成分提取困难、提取时间长的难题,为含有该类成分的中药材及其制剂的分析提供了有效可靠的前处理手段。第二部分新型微波辅助萃取技术在中药样品前处理中的研究一、微波辅助胶束萃取用于平消片中马钱子碱、士的宁和柚皮苷的分析目的:以表面活性剂的胶束水溶液为萃取溶剂,建立高效、快速、环境友好的微波辅助胶束萃取法,研究其对于中药中性质相差较大的多种指标成分的提取情况,并将其用于平消片中马钱子碱、士的宁和柚皮苷的分析。方法:试验以7% Brij 35水溶液为萃取溶剂,在微波功率300 W,液固比为100: 1 (mL·g-1)的条件下,萃取2 min,并将该最佳条件下的萃取结果与传统提取方法进行了比较。分析方法采用梯度洗脱,以乙腈-0.4%磷酸水溶液(三乙胺调pH值为3.0)为流动相,检测波长为260 nm。结果:与传统的碱性氯仿回流提取和甲醇超声提取相比,微波辅助胶束萃取缩短了样品前处理时间(2 min:120 min, 2min:30 min),而各指标成分的提取量与其在最佳条件下的数值相当。马钱子碱、士的宁和柚皮苷分别在0.63040.7μg·mL-1、0.64041.3μg·mL-1、9.06580μg·mL-1浓度范围内线性关系良好(r≥0.999 3),平均加样回收率为99.7%101.1%,RSD为0.7%1.0%(n=5)。结论:本文建立的微波辅助胶束萃取法高效、简便、快速、环境友好,能够实现多种性质差别较大的指标成分的同时提取,为中药多指标成分的分析提供了一种新的、可靠的样品前处理手段。二、微波–中空纤维液相微萃取用于细辛中痕量毒性成分马兜铃酸A的分析目的:以微波为萃取手段,三相中空纤维液相微萃取为富集和纯化手段,建立快速、灵敏的微波–中空纤维液相微萃取法,研究其对于具有复杂基质的中药痕量成分的前处理效果,并用于细辛中马兜铃酸A的分析。方法:取细辛样品1.0 g,加入70%甲醇25 mL,微波功率400 W条件下萃取6 min,然后采用三相中空纤维液相微萃取技术对提取所得的样品溶液进行富集和纯化处理,条件设为:萃取溶剂为正辛醇,给出相为pH 2.5的HCl水溶液,接收相为pH 12.0的NaOH水溶液,搅拌速度为1200 rpm,萃取时间为50 min,离子强度为5%的NaCl水溶液。结果:在上述条件下,马兜铃酸A的富集倍数可高达152,检测限为0.7 ng·mL-1。样品的纯化效果显著,色谱分离良好,无基质干扰,回收率良好(97.9%)。结论:本文建立的微波–中空纤维液相微萃取法,既保证了马兜铃酸A从药材中快速提取出来,又实现了该痕量毒性成分的富集和纯化,消除了样品基质的干扰,从而满足了马兜铃酸A高灵敏、高选择性的测定要求。优化后的方法成功用于细辛中痕量毒性成分马兜铃酸A的分析,同时也为其它具有复杂基质的中药痕量成分的分析提供了可靠的样品前处理手段。三、微波连续抽提用于灵芝三萜类成分的分析目的:结合索氏提取的原理,自制了微波连续抽提装置,用于进一步提高微波萃效率。通过与传统方法的比较,研究了微波连续抽提法的特点和萃取效率,并将其用于灵芝三萜类成分的分析方法:微波连续抽提法的萃取条件为:以95%乙醇为萃取溶剂,微波功率200 W,微波时间14.5 min(5个循环)。将上述条件下的萃取结果与传统的回流提取、索氏提取、超声提取和微波萃取法进行比较。结果:微波连续抽提和常规的微波萃取分别需要14.5 min和10 min即可将灵芝三萜类成分的提取量达到最高,而其他非微波提取的方法则需要几十分钟甚至上百分钟。微波萃取10 min与回流提取120 min所得灵芝三萜的量基本一致,明显高于索氏提取和超声提取法,同时又远低于微波连续抽提法。结论:微波连续抽提有效结合了微波萃取和索氏提取的优点,因此比常规的微波萃取更能将药材中的待测成分提取完全,使分析结果更为准确,为中药的成分分析提供了一种新颖的、高效、快速、有效可靠的样品前处理技术。同时由于提高了药材利用率,也可将其用于中药成分的制备和提取工艺的研究。
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