李 祥， 师春兰， 王丽萍， 张 彬

(陕西科技大学 化学与化工学院， 陕西 西安 710021)

0 引言

自上世纪70年代Watanabe等人发现溶液中表面活性剂的浓度达到其临界胶团浓度时，表面活性剂在溶液中形成胶团，胶团对溶液中难溶或不溶的有机物具有增溶作用后[1，2]，表面活性剂的增溶作用就被应用于环境修复[3-5]、检测[6,7]、采油[8,9]、中药等有效成分的萃取[10,11]等方面.于滨[12,13]等人采用超声波、表面活性剂辅助乙醇萃取苦瓜皂苷，发现超声波功率为153 w/g，乙醇体积分数为74 v/v,SDS质量浓度为16 mg/mL时，苦瓜皂苷提取率达到3.22%，显著高于乙醇及超声萃取.葛发欢[14,15]等人研究了超临界CO2中吐温-80、司盘-80的多元醇混合体系对苦参碱类的影响，发现加入非离子表面活性剂的多元醇混合体系，比只用乙醇做夹带剂进行超临界CO2提取苦参总碱含量高1.8%～2.2%.李祥等[16]比较了十二烷基硫酸钠、乙醇辅助超声波萃取薯蓣皂苷，发现十二烷基硫酸钠对薯蓣皂苷的萃取率比乙醇高5%.说明表面活性剂用于天然产物活性成分萃取是可行的.

以加表面活性剂的水溶液替代有机溶剂(乙醇)萃取天然产物中的活性成分，可以降低成本，减少污染[16].但是，由于水的沸点较乙醇高，故富集活性成分时，能量消耗大;表面活性剂在真空浓缩时，极易起泡，易造成活性成分的损失.为了克服其缺点，陈建等人[17,18]发现在浊点温度下，5%的TX-10对丹参酮的萃取、富集效果与传统热富集技术所得相同，说明浊点萃取替代传统热富集技术是可行的.

近年来，围绕薯蓣皂素的污染问题，人们进行了大量研究[19-21]，这些工艺或因工艺路线长，成本高，或因受设备限制，均未实现工业化生产.

本文以超声波辅助十二烷基硫酸钠水溶液萃取得到的薯蓣皂苷萃取液为研究对象，以薯蓣皂苷分离因数为评价指标，采用絮凝法得到薯蓣皂苷，比较了絮凝法与传统热富集技术对薯蓣皂素的影响，发现采用絮凝法薯蓣皂素的得率比传统真空浓缩法高0.062%.这一发现，对丰富以阴离子表面活性剂为萃取剂，以絮凝法富集薯蓣皂苷的理论，避免有机溶剂的使用，减少能耗，克服浓缩过程中薯蓣皂苷的损失，实现低成本下薯蓣皂素的清洁生产具有一定的意义.

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

薯蓣皂苷萃取液，来自本实验室，其方法为:取粒度为80目的盾叶薯蓣10 g，加入浓度为25.8×10-3mol/L的十二烷基硫酸钠100 mL，充分搅拌，室温浸泡2 h后，在超声波频率为35.74 KHz下，超声萃取30 min，过滤，收集滤液，按照同样的操作，将滤渣再萃取2次，合并3次萃取液，记录体积，测定薯蓣皂苷浓度[8].

阳离子聚丙烯酰胺、壳聚糖、海藻酸钠、聚合三氯化铝、聚合三氯化铁均为分析纯，购于西安试剂公司；硅藻土，购于西安矿化研究院.

离心机，TDZ5-WS，四川蜀科仪器公司；数显恒温水浴锅，HH-2，国华电器有限公司；电动搅拌器，D90-1，杭州电器仪表厂.

1.2 方法

1.2.1 测定方法

取薯蓣皂苷含量为C1(mg/mL)的薯蓣皂苷萃取液V1mL，在一定的条件下，加入一定量絮凝剂，絮凝一定的时间，离心分离，得到薯蓣皂苷含量为C2的上清液V2mL，按下式计算薯蓣皂苷的分离因数.

1.2.2 试验方法

1.2.2.1 絮凝条件的确定

取一定量的薯蓣皂苷萃取液，在一定的条件下，加入250 mL的三口瓶中，连接搅拌装置，开启电动搅拌器，在快速搅拌下，分别加入一定量0.1%阴离子型聚丙烯酰胺(PAM)、1%壳聚糖、1%海藻酸钠(SA)、1%聚铁(PAFC)、1%聚铝(PAC)及硅藻土，絮凝一定的时间后，离心分离，得到上清液及薯蓣皂苷絮凝物，测定上清液的ζ电位、薯蓣皂苷含量，记录上清液的体积，计算薯蓣皂苷的分离因数，研究絮凝剂的种类、加量、絮凝条件等对薯蓣皂苷分离因数的影响，确定最佳絮凝条件.

1.2.2.2 复配条件的确定

取一定量的薯蓣皂苷萃取液于250 mL的三口瓶中，连接搅拌装置，开启电动搅拌器，在40 ℃下快速搅拌，加入1%的壳聚糖5 mL或0.4 g硅藻土，等絮团开始形成后，再加入一定量的硅藻土或壳聚糖，慢速搅拌30 min后，保温静置1 h后，在离心机转速为3 000 rpm下离心10 min，分别记录上清液的体积，并测定各上清液中薯蓣皂苷的含量，计算薯蓣皂苷的分离因数，比较复配条件对薯蓣皂苷分离因数的影响.

1.2.2.3 对比试验

(1)对比试验一.

取2份盾叶薯蓣萃取液，其中1份按照100 mL滤液中加入1%的壳聚糖5 mL，等絮团形成后，再加入硅藻土0.2 g的次序，给萃取液中边搅拌边加入壳聚糖及硅藻土，充分混合，慢速搅拌30 min后，在40 ℃的水浴中继续保持1 h，离心分离，得到薯蓣皂苷沉淀物.另一份采用真空浓缩法得到膏状物，将薯蓣皂苷沉淀物及膏状物，在同样的条件下，经水解、干燥、萃取、结晶、重结晶得到薯蓣皂素，测定薯蓣皂素的质量、纯度.

(2)对比实验二.

取以十二烷基硫酸钠水溶液及以水为萃取剂萃取所得的萃取液各100 mL，在同样的条件下，加入1%的壳聚糖5 mL，等絮团形成后，再加入0.2 g的硅藻土，充分混合，慢速搅拌30 min后，在40 ℃的水浴中继续保持1 h，离心分离，得到薯蓣皂苷沉淀物，沉淀物经水解、中和、干燥、萃取、结晶、重结晶得到薯蓣皂素，测定薯蓣皂素的质量、纯度.

2 结果与讨论

2.1 絮凝剂的选择

按1.2.2.1进行实验，比较絮凝剂种类对薯蓣皂苷分离因数的影响，实验结果如表1所示.

表1 絮凝剂种类对薯蓣皂苷絮凝的影响

由表1可以看出，随着絮凝剂加量的增加，薯蓣皂苷分离因数呈先增加，后基本不变的趋势；有机絮凝剂对薯蓣皂苷的絮凝作用优于无机絮凝剂，其原因是除静电作用外，有机絮凝剂与薯蓣皂苷接触的位点比无机絮凝剂多.对有机絮凝剂而言，絮凝后体系ζ电位越低，薯蓣皂苷的分离因数越大.

ζ电位是对颗粒之间相互排斥或吸引力的强度的度量.分子或分散粒子越小，ζ电位(正或负)越高，体系越稳定，即溶解或分散可以抵抗聚集.反之，ζ电位(正或负)越低，越倾向于凝结或凝聚，即吸引力超过了排斥力，分散被破坏而发生凝结或凝聚.

由此推断，在薯蓣皂苷分离过程中，静电中和起主要作用.

100 mL的萃取液中分别加入5 mL 0.1%阴离子PAM、1%壳聚糖、1%SA、1%PAC、1%PAFC及0.4 g硅藻土时，体系的ζ分别5.81、1.64、3.29、0.72、1.05、-0.16 mv，薯蓣皂苷分离因数分别为59.2%、86.2%、62.2%、47.2、55.1%及72.7%.

故在薯蓣皂苷萃取时，采用有机絮凝剂时，100 mL萃取液宜加入1%的壳聚糖5 mL，采用无机絮凝剂时，100 mL萃取液宜加0.4%的硅藻土.

2.2 壳聚糖絮凝条件的确定

以壳聚糖为絮凝剂，按1.2.2.1进行实验，研究絮凝时间、pH值、温度对薯蓣皂苷分离因数的影响，确定最佳絮凝条件，实验结果如图1、图2、图3所示.

图1 絮凝温度对薯蓣皂苷分离因数的影响

图2 絮凝时间对薯蓣皂苷分离因数的影响

图3 体系pH值对薯蓣皂苷分离因数的影响

由图1可以看出，随着絮凝温度的升高，薯蓣皂苷的分离因数呈先增加后减少的趋势，其原因是随着温度的升高，体系黏度变小，其沉降速度变大，薯蓣皂苷的分离因数亦变大；但当絮凝温度超过某一极限值时，由于分子热运动速度加剧，使已形成的薯蓣皂苷絮凝体受到冲击，薯蓣皂苷的分离因数变小，故絮凝温度宜选择40 ℃.

由图2可以看出， 随着絮凝时间的延长，薯蓣皂苷的分离因数呈先急剧增加，后缓慢增加的趋势.为了提高絮凝效率，薯蓣皂苷的絮凝时间宜取1 h.

由图3可以看出，随着介质pH值的增加，薯蓣皂苷分离因数呈先增加后基本不变的趋势.pH值为6.5时，薯蓣皂苷的分离因数最大.其原因为，壳聚糖是含胺基的高分子长链化合物，难溶于水，可溶于稀醋酸液，在酸性条件下，能很好的伸展成长链，充分发挥其阳离子型絮凝剂的絮凝作用，但pH值过低，其分子在酸溶液中由链状变为球状，絮凝作用下降，为了便于操作，本实验pH值宜取6.5.

由以上研究可知，壳聚糖最佳絮凝条件为：100 mL薯蓣皂苷萃取液中(pH值约为6.5)加入1%壳聚糖5 mL，充分搅拌，经40 ℃下絮凝1 h，离心分离，此时，薯蓣皂苷的分离因数为86.2%.

2.3 复配条件的确定

按1.2.2.2进行实验，实验结果如表2所示.

表2 复配条件对薯蓣皂苷分离因数的影响

由表2可以看出，采用复配絮凝剂絮凝萃取液中薯蓣皂苷较采用单一絮凝剂时，薯蓣皂苷的分离因数大.在壳聚糖(硅藻土)加量不变的情况下，薯蓣皂苷的分离因数随着硅藻土(壳聚糖)加量的增加呈先急剧增加后缓慢增加或基本不变的趋势.

采取先用壳聚糖絮凝，再加入硅藻土的方法较先用硅藻土絮凝，再加入壳聚糖絮凝法薯蓣皂苷的分离因数高，其原因可能是，先给萃取液中加入壳聚糖，体系的ζ电位下降，有利于胶体粒子的快速凝结，再给其中加入硅藻土，使壳聚糖形成的凝团更加致密，更有利于薯蓣皂苷的絮凝.而先给萃取液中加入硅藻土，由于硅藻土的比表面积大，先与萃取液中吸附位点结合，占据或部分占据了壳聚糖的结合位点，使壳聚糖加入后，分离效果不明显.

本实验采用先给薯蓣皂苷萃取液中加入壳聚糖，再加入0.2 g硅藻土的絮凝方法，此时，薯蓣皂苷的分离因数为94.5%.

2.4 对比实验

按照1.2.2.3进行实验，实验结果如表3所示.

表3 对比实验结果

由表3可以看出，三种方法所得薯蓣皂素的纯度基本相同，絮凝法薯蓣皂素的得率比真空浓缩法高0.062%，其原因可能是薯蓣皂苷在真空浓缩时，因起泡造成薯蓣皂苷损失比分离因数为94.5%的絮凝法更大.以十二烷基硫酸钠水溶液为萃取剂比以水为萃取剂高24.7%，说明十二烷基硫酸钠对盾叶薯蓣中薯蓣皂苷具有明显的增溶作用.说明十二烷基硫酸钠增溶技术、薯蓣皂苷絮凝技术可用于薯蓣皂素的清洁生产中.

3 结论

在薯蓣皂素生产中，采用絮凝法替代真空浓缩法分离薯蓣皂苷，可以提高薯蓣皂素的得率，避免浓缩过程中的能量消耗，克服了因浓缩引起的薯蓣皂苷损失的缺点，降低了薯蓣皂素的生产成本，丰富了化学絮凝法对分离盾叶薯蓣萃取液中薯蓣皂苷理论，为低成本下薯蓣皂素的清洁生产提供了理论指导.

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