正交试验优选马铃薯糖苷生物碱提取工艺

收稿日期：2011－06－02基金项目：陕西省教育厅资助项目（08JK507）；榆林市科技局校地合作项目；榆林学院科研项目（11YK21）。

作者简介：曹艳萍（1958—），女，陕西榆林人，教授，研究方向：有机合成及天然物质应用研究。

正交试验优选马铃薯糖苷生物碱提取工艺曹艳萍1，薛成虎2，李霄2，代宏哲2（1．西北政法大学公安学院，陕西西安710063；2．榆林学院化学与化工学院，陕西榆林719000）摘要：对马铃薯中糖苷生物碱的超声提取工艺进行了研究。

以α－茄碱为对照品，通过L 9（34）正交试验，优选了工艺参数。

结果表明：选用含5%醋酸的乙醇为提取溶剂，各因素的影响依次为：提取次数＞乙醇体积分数＞料液比＞提取时间。

最优提取工艺条件是：以60%的乙醇为溶剂，提取时间30min ，料液比1：10，三级提取，粗提物得率薯芽最高为0．016g /g ，测得粗提物糖苷生物碱含量230mg /g ；薯芽、薯皮、薯肉中糖苷生物碱含量分别为3．37mg /g 、2．91mg /g 、0．68mg /g 。

关键词：马铃薯；糖苷生物碱；超声；提取工艺中图分类号：S532文献标志码：A 文章编号：1008－3871（2011）06－0006－03马铃薯（potato ）又称土豆、山药蛋，为茄科植物，是主要的粮食作物之一。

近代研究发现，马铃薯植株、块茎特别是薯芽中普遍含有一类有异味、有毒性的甾类生物碱，文献［1］中将其统称为总糖苷生物碱（total glycoalkaloids ，TGA ）。

研究表明，马铃薯TGA 包含6种不同的糖苷生物碱（α，β，γ－茄碱；α，β，γ－卡茄碱），苷元为茄啶，茄啶的“3”位与寡糖链以氧糖苷键连接。

α－茄碱是马铃薯的一种天然成分，α－茄碱和α－卡茄碱是马铃薯糖苷生物碱的主要形式［2］。

故将马铃薯糖苷生物碱称为茄碱，由于茄碱最早是在龙葵中发现的，又将茄碱称为龙葵素、龙葵碱马铃薯毒素等。

一直以来，人们认为龙葵素是有毒的，但在近期的研究中，发现糖苷生物碱除了具有抗病虫能力及其遗传育种等生态学作用外，还具有广泛的药理学活性，如抗菌抗病毒、抗疟疾、抗炎、抗肿瘤、强心、降低胆固醇及血脂等作用，有研究报道能抑制消化道肿瘤细胞的增殖，对胃癌、直肠癌有抑制作用，是一种重要的医药资源，因而马铃薯糖苷生物碱具有良好的开发、利用前景［3，4］。

目前采用回流法、微波辐射辅助法提取马铃薯中TGA的研究有所报道［5，6］，我们采用超声法以提高马铃薯TGA 的提取效率。

本文以α－茄碱为主要评价指标，醋酸－乙醇为提取溶剂，通过正交试验法，优选其提取工艺条件，并测定了马铃薯薯皮、薯芽、薯肉中TGA 含量。

该研究旨在为马铃薯糖苷生物碱类成分提取工艺的优化提供参考依据。

1实验部分1．1主要试剂和仪器α－茄碱标准品（购于Sigma公司，纯度≥95%）；甲醛、95%乙醇等试剂均为分析纯（西安化学试剂厂）。

经处理的马铃薯薯皮、薯芽、薯肉干样品。

马铃薯为榆林市售（地下室暗贮藏3个月左右，取中等大小的块茎）。

722紫外可见分光光度计（上海精密仪器有限公司）；KQ －250B 型超声波清洗器（上海绿宇生物有限公司）；电子天平；电动离心机；旋转蒸发仪；粉碎机；CR22GII 高速冷冻智能离心机（日本日立公司）。

1．2实验方法1．2．1原料的处理。

将马铃薯洗净，放置于干净的纸箱内，做发芽处理，待薯芽长至3－4cm 时，将发芽的马铃薯从纸箱中取出，置于阳光充足的地方，晒3－5d ，使芽子变绿后，从马铃薯上剥离，并将发绿的马铃薯块茎的外表皮（约2－3mm 厚）削下，分别将其薯皮、薯芽、薯肉在太阳下暴晒数天，再在真空鼓风干燥箱中（60ħ）恒温干燥，植物粉碎机中粉碎过80目筛，得马铃薯薯皮、薯芽、薯肉干样品，保存备用。

1．2．2标准溶液的制备和标准曲线的绘制［7］。

精密称取干燥至恒重的α－茄碱标准品10．0mg 置于10mL 量瓶中，加甲醇5mL 超声处理5min ，用甲醇稀释至刻度，摇匀得浓度为1mg /mL 的标准品储备液，保存备用。

精密吸取α－茄碱标准品溶液0．20，0．40，0．60，0．80，1．00，1．20，1．40mL 于1－7号比色管中，2011年11月第21卷第6期榆林学院学报JOURNAL OF YULIN UNIVERSITY Nov．2011Vol．21No．6加入0．5mol/L H2SO41mL，在冰浴中搅拌下缓慢加入5mL96%H2SO4和2．5mL2%甲醛，用0．5mol/L H2SO4定容至10mL，摇匀、静置，以相同试剂为空白，于波长520nm处测吸光度（A）。

1．2．3样品的制备。

称取烘至恒重的马铃薯试样干粉，加入提取溶剂，超声提取（频率40KHz，温度45－50ħ），抽滤，收集滤液，加适量乙醚脱脂，弃去乙醚层，减压旋转蒸发至浸膏状，用适量5%乙酸溶解并转移至离心管，定容，4000r/min离心10min，量取上清液。

浓氨水调pH为10．5，密封后于冰箱中4ħ下静置过夜，使其充分沉淀。

冷冻离心，沉淀用1%氨水洗涤至洗涤液澄清，取沉淀干燥，即得粗样品。

精密称取烘至恒重的粗产品0．0100g，加甲醇溶解并定容至10mL容量瓶中，得粗样品提取液，保存备用。

1．2．4提取溶剂的选择。

根据马铃薯中所含有的糖苷生物碱的性质，选择甲醇、95%乙醇、甲醇－氯仿、醋酸－乙醇为溶剂，相同条件下筛选提取溶剂系统，实验表明：使用甲醇、醋酸－95%乙醇的提取效果较好，且二者差别不大。

综合考虑提取效率、提取溶剂的毒性以及提取溶剂的成本等因素，选择醋酸－乙醇溶液为提取溶剂，同时考察了不同浓度的醋酸对提取效率的影响。

结果表明使用5%醋酸的乙醇溶液提取效率较好。

故该研究选择含有5%醋酸的乙醇溶液为提取溶剂，以α－茄碱为评价指标，优选提取工艺。

1．2．5正交试验设计。

根据预试验结果，乙醇浓度、提取时间、料液比、提取次数分别对糖苷生物碱提取率影响较大，因此采用正交试验法，每个因素选择3个水平，因素水平见表1。

表1L9（34）正交试验的因素与水平水平A乙醇体积分数/%*B料液比C提取时间/min D提取次数/次1901：6301 2601：8602 3601：10903*含体积分数5%的醋酸分别精密称取烘至恒重的马铃薯薯皮试样干粉9份，每份50g，按L9（34）正交表设计，按“2．3”项下操作进行实验。

并根据正交试验结果进行极差分析，选择最优提取工艺条件。

1．2．6糖苷生物碱含量测定。

分别称取烘至恒重的马铃薯薯皮、薯芽、薯肉样品干粉各50g，在最优提取工艺条件下按“2．3”项下进行操作。

粗样品称重，并计算得率。

准确量取粗样品提取液2mL，按“2．2”项操作，显色、测定吸光度（A），根据回归方程，计算被测样品中糖苷生物碱的含量。

2结果与讨论2．1工作曲线及线性回归方程按“2．2”项操作，在520nm波长下测定吸光度A，以α－茄碱标准品浓度C（mg/mL）为横坐标，吸光度（A）为纵坐标，绘制标准曲线，见图1。

得回归方程A=6．8571C+0．1486相关系数r=0．999。

线性范围为：0．02 0．14mg/ mL。

图1α－茄碱标准曲线2．2正交实验结果正交实验及方差分析结果如表2所示。

表2L9（34）正交试验设计及结果（n=3）从表2结果可知，在所选因素水平实验条件下4·7·曹艳萍，薛成虎，李霄，代宏哲：正交试验优选马铃薯糖苷生物碱提取工艺种因素的最优组合应为A 3B 3C 2D 3。

通过极差R 的大小分析可知，各试验因素对TGA 提取得率的影响程度不完全相同，A 、B 、C 、D 4个影响因素的主次顺序为D ＞A ＞B ＞C ，即：影响提取效率的因素依次为提取次数＞乙醇体积分数＞料液比＞提取时间。

可见，提取次数对TGA 的提取影响最大，其次是乙醇体积分数、料液比，提取时间在所选水平范围内对提取率影响很小。

在该优选条件下马铃薯糖苷生物碱粗产品得率为薯芽0．016g /g 、薯皮0．0098g /g 。

2．3不同试材中TGA 含量按“2．2”项操作，结果如表3。

表3TGA 含量测定结果（n =3）试材薯芽薯皮薯肉（发绿）粗产品（薯芽）TGA 含量（mg /g ）3．372．910．68210RSD%1．522．121．731．95由表3可知，马铃薯不同试材中TGA 含量各异，马铃薯薯芽＞马铃薯薯皮＞发绿的马铃薯薯肉。

分别为3．37mg /g 、2．91mg /g 、0．68mg /g 。

3结论采用超声法提取马铃薯TGA 的最优工艺条件为以60%的乙醇（5%醋酸）为溶剂，料液比1：10，三级提取，由于提取时间对提取率影响较小，考虑到节约能源降低成本，提取时间可选择30min 。

粗提物得率薯芽最高为0．016g /g ，其中TGA 含量为210mg /g ；薯芽中TGA 含量最高，为3．37mg /g 。

分析结果表明，超声法提取不仅省时而且提高了提取效率。

参考文献：［1］段光明，冯彩萍．马铃薯糖苷生物碱［J ］．植物生理学通讯，1992，28（6）：457－461．［2］林启寿．中草药成分化学［M ］．北京：科学出版社，1977：801．［3］段光明，刘加，李霞．马铃薯糖苷生物碱的生物学作用及开发利用［J ］．资源开发与市场，1995，1l （2）：61－65．［4］罗文娟，王光辉，周新兰，等．螺甾皂苷类化合物的体外抗人肝癌细胞增殖作用［J ］．现代肿瘤医学，2007，15（3）：307－308．［5］张薇，熊兴耀，李霞．马铃薯中龙葵素的提取方法［J ］．湖南农业大学学报（自然科版），2006，32（6）：665－667．［6］张薇，文雄，潘双银，等．微波辅助提取马铃薯龙葵素［J ］，园艺学报，2008，35（9）：1393－1396．（责任编辑：王瑞斌）Study on the Extraction Technology of Glycoalkaloids Contents inPotato by Orthogonal DesignCAO Yan －ping 1，XUE Cheng －hu 2，LI Xiao 2，DAI Hong －Zhe 2（1．Northwest University of Politics and Law ，Xi ’an 710063，Shaanxi ；2．School of Chemistry and Chemical Engineering ，Yulin University ，Yulin 719000，Shaanxi ）Abstract ：Ultrasonic assisted extraction technology of glycoalkaloids in the potato was studied ，and the optimal con-ditions were chosen through L 9（34）orthographic experiments based on a －solanine as standard substance．The re-sult indicated the effect order of four factors affecting extractor productivity were as follows ：extracting times ＞vol-ume percentage of ethonal ＞ratio of material to liquid ＞time ，and when the extraction parameters are composed of three times ，60%，1：10ratio of material and 30minutes to liquid ，the yields of glycoalkaloids are maximum which extraction productivity is 0．016g /g （bud of potato ），and content of total glycoalkaloids is 230mg /g．besides the study showed glycoalkaloids in bud ，tegument and mass of potato were 3．37mg /g 、2．91mg /g 、0．68mg /g respec-tively．Key words ：potato ；glycoalkaloids ；ultrasonic ；extraction technology·8·榆林学院学报2011年第6期（总第98期）。