库拉索芦荟大黄素制备工艺研究

曾怀彬，易明霞， 邓爱华，刘亚菲，张 婷

（湖南文理学院 生命与环境科学学院，湖南 常德 415000）

库拉索芦荟 （Aloevera(L.) Burm.f），百合科芦荟属植物，含有芦荟苷、芦荟大黄素和大黄酸等[1]。芦荟大黄素也叫芦荟泻素，是天然且高效的自由基清除剂，具有抗肿瘤、抗氧化、调节机体免疫功能，以 及 保 护 心 血 管 、 抵 抗 病 原 微 生 物 和 抗 炎 症 等 作用[2-3]。目前，芦荟大黄素的制备方法主要有溶剂提取法、超声波提取法、微波提取法、超临界 CO2萃取法和凝胶色谱分离法等[4-8]。由于芦荟中大黄素含量低，直接提取收率低。试验通过溶剂提取法得到芦荟苷，再通过三氯化铁氧化法制备芦荟大黄素。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

库拉索芦荟石，丹凤峻岭药业有限责任公司提供；芦荟大黄素标准品，南京道斯夫生物科技有限公司提供；甲醇 （分析纯），天津市富宇精细化工有限公司提供；盐酸、磷酸，湖南汇虹试剂有限公司提供；三氯化铁、甲醇 （色谱纯），国药集团化学试剂有限公司提供。

1.2 仪器与设备

W1100 型高效液相色谱仪，大连依利特分析仪器有限公司产品；TX323L 型电子天平，赛多利斯有限公司产品；KQ5200E 型数控超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司产品；DZF 型真空干燥箱，邦西仪器科技上海有限公司产品；JTE-6000 型恒温油浴锅，常州朗越仪器制造有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 芦荟大黄素标准曲线

精确称取 20 mg 芦荟大黄素标准品，倒入 20 mL容量瓶中，用甲醇溶液完全溶解，定容成质量浓度1 mg/mL 的芦荟大黄素标准品母液[9]。再将母液进行梯度稀释，分别制成质量浓度为 0.02，0.04，0.06，0.08，0.10 mg/mL 的标准品溶液。将配置好的标准品溶液按照质量浓度梯度依次在高效液相色谱仪中进行检测。以芦荟大黄素的质量浓度为横坐标，相应的峰面积为纵坐标，绘制标准曲线，能够得到线性回归方程：Y=98 906X+77.191，相关系数R2=0.996 （X为芦荟大黄素质量，单位为 mg；Y为相应的峰面积）。

1.3.2 单因素试验

精确称取 5 份 13.52 g 芦荟粉样品分别置于 5 个锥形瓶中，加入 50 mL 浓度为 2 mol/L 的盐酸溶液，摇晃均匀，加热至沸腾，预处理一段时间。将得到的芦荟苷盐酸溶液自然冷却到室温，抽滤，以纯水洗涤滤渣，将滤液和洗涤液合并，然后加纯水定容至 200 mL，重新加热至 100 ℃并通入氧气[10]。将配置好的三氯化铁溶液缓慢滴加至已沸腾的芦荟苷盐酸溶液中，保温反应一定时间。反应结束后，将留下来的溶液放置空气中自然冷却至室温抽滤，滤饼以纯水洗涤后，将所得到的滤饼放于 60 ℃下真空干燥 30 min，得到芦荟大黄素粗品，用高效液相色谱仪检测芦荟大黄素含量。

1.3.3 芦荟大黄素转化率计算公式

用高效液相色谱仪对所得到 的 样品进行检测，确定流动相为甲醇和 0.1%磷酸溶液的混合液 （体积为 80∶20），流速 0.8 mL/min，注射体积 20 μL，检测波长为 254 nm。芦荟大黄素的转化率为样品中的芦荟大黄素制备量占芦荟大黄素理论制备量的百分比，芦荟大黄素的转化率按以下公式计算：

式中：η——芦荟大黄素的转化率，%；

n——稀释倍数；

C——稀释后的芦荟大黄素质量浓度，mg/mL；

V——粗品定容后的体积，mL；

m——芦荟粉的质量，g。

1.3.4 响应面试验设计

依次进行上面的 5 个单因素试验，能够得到对芦荟大黄素转化率影响比较明显的 4 个因素，分别盐酸浓度、氧化剂用量、氧化反应时间、氧化温度。利 用 响 应 面 试 验 设 计 软 件 即 Design Expert 8.0.6 软件，进行 Box-behnken 响应面试验设计及数据分析，确定盐酸体积为 100 mL。

响应面设计因素与水平设计见表 1。

表1 响应面设计因素与水平设计

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 氧化剂用量 对大黄素转 化率的影响

氧化剂用量对大黄素转化率的影响见图 1。

图1 氧化剂用量对大黄素转化率的影响

由图 1 可知，在保持其他条件恒定时，芦荟大黄素转化率随氧化剂用量的增加而增加；当氧化剂用量大于 15 g 之后，芦荟大黄素转化率反而出现下降趋势。

2.1.2 盐酸体积对大黄素转化率的影响

盐酸体积对大黄素转化率的影响见图 2。

图2 盐酸体积对大黄素转化率的影响

由图 2 可知，在保持其他条件恒定时，芦荟大黄素转化率随着盐酸体积的增加出现增加趋势；但随着盐酸体积的继续增大，芦荟大黄素转化率反而出现下降趋势。

2.1.3 氧化反应时间对大黄素转化率的影响

氧化反应时间对大黄素转化率的影响见图 3。

图3 氧化反应时间对大黄素转化率的影响

由图 3 可知，在保持其他条件恒定时，芦荟大黄素转化率随着氧化反应时间的增加出现越来越高的趋势；当氧化反应时间超过 6 h 后，芦荟大黄素转化率随着氧化反应时间的增加反而出现越来越低的趋势。

2.1.4 氧化反应温 度对大黄素 转化率的影响

氧化反应温度对大黄素转化率的影响见图 4。

图4 氧化反应温度对大黄素转化率的影响

由图 4 可知，在保持其他条件恒定时，芦荟大黄素转化率随着反应温度的提高出现越来越高的趋势，当温度高于 100 ℃之后，转化率没有太大变化。

2.1.5 盐酸浓度对大黄素转化率的影响

盐酸浓度对大黄素转化率的影响见图 5。

图 5 盐酸浓度对大黄素转化率的影响

由图 5 可知，在保持其他条件恒定时，芦荟大黄素转化率会随着盐酸浓度的增加出现越来越高的趋势；当盐酸浓度超过 6 mol/L 之后，芦荟大黄素转化率随着盐酸浓度的增加反而出现越来越低的趋势。

2.2 响应面试验结果

2.2.1 响应面试验设计及结果

运用响应面试验 Box-behnken 设计 原 理，在软件 中 依 次 输 入 氧 化 反 应 时 间 （A）、氧 化 反 应 温 度（B）、氧化剂用量 （C）、盐酸浓度 （D） 4 个因素，确定盐酸用量为 100 mL。以芦荟大黄素转化率 （Y）作为响应面试验结果的评价标准。

响应面试验设计及结果见表 2。

表2 响应面试验设计及结果

2.2.2 交互作用结果

交互作用对转化率影响三维曲面图见图 6。

由图 6 可知，随氧化反应时间和反应温度的逐渐增加，芦荟大黄素转化率表现出先逐渐升高然后缓慢下降的趋势，在氧化反应温度和反应时间的中间位置出现一个最大值；氧化剂用量和氧化反应时间逐渐增加，芦荟大黄素转化率表现出先逐渐升高然后慢慢下降的趋势，在氧化剂用量和氧化反应时间的中间位置出现一个最大值；氧化反应时间和盐酸浓度逐渐增加，芦荟大黄素转化率表现出先逐渐升高然后缓慢下降的趋势，在盐酸浓度和氧化反应时间的中间位置出现一个最大值；氧化剂用量和氧化反应温度逐渐增加，芦荟大黄素转化率表现出先逐渐升高然后缓慢下降的趋势，在氧化剂用量和氧化反应温度的中间位置出现一个最大值；盐酸浓度和氧化反应温度逐渐增加，芦荟大黄素转化率表现出先逐渐升高然后缓慢下降的趋势，在盐酸浓度和氧化反应温度的中间位置出现一个最大值；盐酸浓度和氧化剂用量逐渐增加，芦荟大黄素转化率表现出先逐渐升高然后缓慢下降的趋势，在盐酸浓度和氧化剂用量的中间位置出现一个最大值。

图 6 交互作用对转化率影响三维曲面图

2.2.3 建立回归方程并进行显著性分析

利用响应面试验设计软件对表 2 中试验数据结果进行多元线性回归模拟，得到 4 个因素与芦荟大黄素转化率 （Y） 的回归方程为：

对回归方程进行方差分析，检验所得到回归方程的显著性，以及氧化反应时间、氧化反应温度、氧化剂用量、盐酸浓度 4 个因素对响应值的影响程度。

芦荟大黄素转化率回归模型以及显著性检验见表3。

表3 芦荟大黄素转化率回归模型以及显著性检验

3 结论

以库拉索芦荟石为原料，以盐酸为溶剂提取得到芦荟苷盐酸溶液，利用三氯化铁氧化法制备得到芦荟大黄素。优化后的最优工艺参数为氧化反应时间6.68 h，氧化反应温度 104.97 ℃，盐酸浓度 7.13 mol/L，氧化剂用量 16.69 g，盐酸用量 100 mL，转化率所能达到的最大值为 85.48%。

目前，芦荟大黄素开发和利用等方面的研究还不够深入，在精深加工方面也相对比较薄弱。所以，优 化 芦 荟 大 黄 素 的 提 取 工 艺 对 深 入 发 展 芦 荟 大 黄 素产业具有十分重要的意义。