蓖麻饼粕中蓖麻碱超声提取工艺及抗氧化性研究

郭晓莎， 刘军海

（1.陕西理工大学化学与环境科学学院，陕西 汉中 723000；2.陕西理工大学陕西省催化基础与应用重点实验室，陕西 汉中 723000）

蓖麻（Ricinus communisL.）是一年或多年生草本大戟科植物，在我国南北均有分布。 蓖麻籽即蓖麻的籽粒，主要含蓖麻油、蓖麻碱、总黄酮以及蓖麻毒素等活性成分，具有防腐、润滑、杀虫、抗菌消炎等功效 （袁朴芳，2022； 刘月廉，2022；Eepika，2022）。 蓖麻饼粕是蓖麻籽生产蓖麻油之后的副产物，一般用作饲料或者农家肥，但蓖麻饼粕含有蓖麻碱、蓖麻毒素等，一定程度限制其在饲料工业中的应用（刘文峰，2019；El-Naggar Mai，2019； 任春环，2014； 贾涛，2013）。 蓖麻碱是吡啶衍生类生物碱，是蓖麻饼粕中重要的活性成分之一，具有保肝护肝，改善记忆，镇痛镇咳等药理活性，对于预防阿尔兹海默症以及治疗冠心病、心绞痛等疾病也具有一定效果 （Saravana Kumar，2022；Zhang，2017；春英，2015；邓青，2015）。 从蓖麻饼粕中提取蓖麻碱，可很好的改善蓖麻饼粕在饲料领域的应用，同时提取的蓖麻碱还可以有着更为广泛的应用， 因此，从蓖麻饼粕中提取蓖麻碱有着极大的应用潜力和广阔的应用前景。目前对于蓖麻饼粕中蓖麻碱的提取工艺有索氏提取法（穆莎茉莉，2012）、浸渍提取法（吴雪平，2006）、微波辅助提取法（许伟，2014）、超声波辅助提取法（柯增光，2015）等。 超声辅助提取法具有提取成本低、提取时间短、工业技术化成熟等优点，在天然产物提取领域应用广泛。 本研究以蓖麻饼粕为原料，优化蓖麻碱的提取工艺，研究蓖麻碱的抗氧化性，并对结构表征，以期为蓖麻碱的提取、开发及应用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂 蓖麻饼粕，市购；溴化钾，光谱纯；无水乙醇、甲醇、三氯乙烷、水杨酸、维生素C、DPPH·等均为分析纯。

1.2 仪器与设备 WGLL-230BE 型电热鼓风干燥箱， 天津市泰斯特仪器有限公司；FW117 型中草药粉碎机， 红景天工贸有限公司；DJ-1 大功率强磁力搅拌器， 巩义市杜甫仪器厂；SHB 型循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司；超声波清洗机， 宁波新生物科技股份有限公司；RE-52AA 旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂；低温冷却液循环泵， 杭州瑞佳精密科学仪器有限公司；VERTEX 70 红外分光光度计，天津市拓普仪器有限公司；FW-4 压片机， 天津市光学仪器厂；Cary50 型紫外可见分光光度计，美国瓦里安。

1.3 蓖麻子的提取与测定方法

1.3.1 原料处理 将蓖麻饼粕置于鼓风干燥箱中50 ℃烘至绝干，用中草药粉碎机将蓖麻饼粕粉碎，过40 目筛，称取蓖麻饼粕于索氏提取器中，按料液比1:15（mg/mL）加入石油醚（沸程60 ～90 ℃），回流3 h，进行脱脂处理。 抽滤，收集滤饼，置于50 ℃鼓风干燥箱中，烘至绝干，得脱脂蓖麻饼粕粉，待用。

1.3.2 蓖麻碱的提取 用电子天平分别称量

1.3.1 处理的脱脂蓖麻粉5 g，按一定提取料液比，在250 mL 锥形瓶中分别加入水、 无水乙醇、甲醇、三氯乙烷、1%（体积分数）盐酸。放入超声提取装置中，设定超声提取时间、超声提取温度，进行超声辅助提取。 提取结束后将提取液取出、冷却、抽滤、 旋转蒸发仪蒸去溶剂， 得膏状蓖麻碱粗提物。 取出提取物，加入三氯乙烷回流3 h。 再取出回流液， 旋转蒸发仪蒸去溶剂， 得到蓖麻碱提取物。 最后加入甲醇，测定吸光度，计算提取率。 试验每次平行3 组，试验结果取平均值。

1.3.3 最大波长的选择 取1.3.2 蓖麻碱提取物。甲醇溶解后，用紫外分光光度计进行扫描，结果如图1 所示。 可以看出，在257、310 nm 出现峰值，与徐文清（2001）结果基本一致。

图1 提取物紫外光谱分析图

1.3.4 标准曲线制作及提取率

1.3.4.1 标准曲线制作 准确称取1.0000 g 蓖麻碱标准品1 份，用10 mL 甲醇溶解，分别取0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL 于100 mL 的容量瓶中，加入甲醇定容。第一组作空白对照，用紫外分光光度计在波长310 nm 处分别测其吸光度值， 以吸光度为纵坐标， 质量浓度为横坐标， 制作标准曲线。 得标准曲线方程为：Y=0.0572X+0.0232，R2=0.9934，表明蓖麻碱标准品在0.2 ～1 mg/mL 内线性关系良好（邱靖，2013；穆莎茉莉，2012；张海悦，2010）。

1.3.4.2 蓖麻碱提取率的计算

式中：A 为蓖麻碱提取液的吸光度；100 为稀释的倍数；V 为蓖麻碱提取液的总体积，mL；m 为蓖麻饼粕的质量，g。

1.3.5 抗氧化性试验

1.3.5.1 DPPH·清除率的测定 准确称取10 mg DPPH，用无水乙醇溶解并转移至250 mL 容量瓶中定容，以配制0.04 mg/mL DPPH 的溶液，使用电子天平精确称取0.02、0.04、0.06、0.08、0.10 g 的Vc，用无水乙醇定容于10 mL 容量瓶中，得相应浓度的Vc 溶液。 蓖麻碱溶液与配制Vc 溶液相同，配制备用。 取5 只干燥的试管，向其中分别加入2 mL 配制好的不同质量浓度的蓖麻碱溶液，再分别加入2 mL DPPH 溶液，混合后将混合液室温静置30 min， 在517 nm 处测定溶液吸光度值为A1。 同理， 配制五份不同浓度的Vc 溶液和DPPH 溶液混合液，静置30 min 后测其吸光度值为A2。 以无水乙醇加DPPH 混合溶液为对照，其吸光度值A0。 DPPH 自由基清除率（Y）按下式计算。

1.3.5.2 ·OH 清除率的测定 分别将蓖麻碱稀释20、50、80、110、140 mg/L 的溶液，取1 mL 不同质量浓度的蓖麻子碱稀释于试管中，依次先加入1 mL、10 mmol/L FeSO4以及1 mL、9 mmol/L 乙醇-水杨酸溶液，接着加入3.5 mL 蒸馏水，最后加入5.5 mL、7.8mmol/L H2O2后摇匀，37 ℃水浴加热30 min 后取出，反应结束后，于510 nm 测其吸光度A1，用蒸馏水代替双氧水溶液测其吸光度为A2， 再用蒸馏水代替蓖麻子碱的吸光度为A0， 以上参比均为蒸馏水。 以蓖麻子碱和Vc 为阳性对照，测其清除率。计算公式同DPPH 自由基清除率。

1.3.6 结构分析 取1.3.2 蓖麻碱提取物，加入无水乙醇重结晶以除去杂质（朱庆莉，2020；Qing-li Zhu，2018；任春环，2014；李久明，2013），得到固体后KBr 压片，进行红外光谱测定。

2 结果与分析

2.1 单因素对提取率的影响试验

2.1.1 提取溶剂对提取效果的影响 按1.3.2 进行试验，设定料液比为1:10（g/mL），提取时间为30 min，提取温度为50 ℃，考察水、无水乙醇、甲醇、三氯乙烷、1%盐酸（体积分数）不同提取溶剂对蓖麻碱的影响，结果见图2。

图2 提取溶剂对提取率的影响

从图2 可以看出，不同提取溶剂中，三氯乙烷最好，热水最差，但考虑到提取成本，以及提取溶剂的回收、毒性等因素，综合来看，热水不失为较好的提取溶剂，一方面是提取率相差不大，另一方面是提取成本较低、无毒、安全。 因此选择热水做为提取剂。

2.1.2 提取温度对提取率的影响 以水为提取溶剂，按1.3.2 进行试验，设定料液比为1:10（g/mL），提取时间为30 min， 改变提取温度为40、50、60、70、80、90 ℃，结果见图3。

图3 提取温度对提取率的影响

从图3 可以看出， 随着提取温度的升高，提取率先增加再减少，70 ℃提取率最大。 这是因为随着提取温度的升高，蓖麻碱的溶解度也增加，因此提取率增加。 蓖麻碱分子较大，温度过高，蓖麻碱分子分解，提取率下降。 另外，提取温度高，提取成本大。 综合来看，70 ℃为较为适宜的提取温度。

2.1.3 提取时间对提取率的影响 以水为提取溶剂，按1.3.2 进行试验，设定料液比为1:10（g/mL），提取温度为70 ℃， 改变提取时间为20、30、40、50、60、70 min，结果见图4。

图4 提取时间对提取率的影响

从图4 可以看出，随着提取时间的增加，提取率先增加再减少，50 min 时提取率最大。 这是因为，随着提取时间的增加，超声波空化效应使得蓖麻碱不断快速被溶解于溶剂中，提取率不断增加。50 min 时，蓖麻碱已基本被提取出来，时间再增加，提取率下降，这是因为长时间的高温对蓖麻碱结构破坏。 因此，提取时间50 min 较为合适。

2.1.4 料液比对提取效果的影响 以水为提取溶剂，按1.3.2 进行试验，设定提取温度为70 ℃，提取时间为50 min，改变料液比为1:10、1:15、1:20、1:25、1:30、1:35（g/mL），结果见图5。

图5 料液比对提取率的影响

从图5 可以看出，随着料液比的增加，提取率一直增加，但超过1:20（g/mL）以后，基本不再发生变化。 这是因为，随着料液比的增加，单位质量蓖麻饼粕的提取溶剂增加，而提取溶剂增加，有利于蓖麻碱的溶解，提取率不断增加。料液比超过1:20（g/mL）时，蓖麻饼粕中蓖麻碱绝大部分已被提取出来，再增加料液比，提取率尽管有所增加，但基本趋于不变。同时，较大的料液比也增加了提取成本。 故取料液比为1:20（g/mL）较适宜。

2.2 正交试验及结果分析 在单因素试验的基础上，设计三因素四水平的正交试验优化提取工艺，以空白为误差列。正交试验设计、结果及极差分析见表1，方差分析见表2。

表1 正交试验设计、结果及极差分析

表2 方差分析

表1 极差分析表明， 蓖麻饼粕中蓖麻碱超声辅助最佳提取工艺条件为以水为提取溶剂， 提取温度70 ℃，提取时间50 min，料液比1:20（g/mL）。

表2 方差分析表明， 提取温度和料液比对提取影响不显著，而提取时间影响显著。考虑到提取成本，在实际生产中，可适当降低提取温度和料液比，但需要严格控制好提取时间。

2.3 验证试验结果 根据2.2 分析结果， 确定以水为提取剂，提取温度70 ℃，提取时间50 min，料液比1:20（g/mL），在此条件下按1.3.2 进行验证试验，结果提取率为5.34%。

2.4 抗氧化性试验

2.4.1 蓖麻碱对DPPH·自由基清除能力 图6为蓖麻碱与Vc 清除DPPH·自由基结果比较。 可以看出，随着蓖麻碱浓度逐渐增大，DPPH·自由基清除率也在随之增大， 当蓖麻碱浓度逐步上升达到10 mg/mL 时，清除率达到了60.3%，小于Vc 对DPPH·自由基清除能力， 但试验结果表明蓖麻碱仍具有较强的DPPH·自由基清除能力 （王萍，2022；李伶，2022；武佳文，2021）。

图6 蓖麻碱对DPPH·自由基清除能力

2.4.2 蓖麻碱对·OH 清除能力 由图7 可以看出， 蓖麻碱对于羟自由基的清除率略高于Vc，并且蓖麻碱的清除率随着质量浓度的增加而增加，表明蓖麻碱与羟自由基具有良好的量效关系，当浓度达到9 mg/mL 时，蓖麻碱对羟自由基的清除率可达78.7%， 表明蓖麻碱具有良好的抗氧化活性（李伶，2022；武佳文，2021；康大伟，2017）。

图7 蓖麻碱对羟自由基清除能力

2.5 红外结果分析 从图8 可以看出， 由于-C=O 与环上＞C＝C＜不饱和键的共扼作用，使-C=O 吸收峰出现在1660 cm-1；2929 cm 为-CH3的-C-H伸缩振动吸收峰；1053 cm-1为-C-O 伸缩振动引起的吸收峰；1378 cm-1为-CH3弯曲振动吸收峰；2224 cm-1为典型的-C≡N 三键伸缩振动引起的吸收峰。1542 cm-1可归结为吡啶环的骨架伸缩振动；3479 cm-1为杂质水引起的吸收峰。 综上，可以确定提取物为蓖麻碱，即3-氰基-4-甲氧基-1-甲基-2-吡啶酮，分子式为C8H8N2O2。

图8 红外光谱分析

3 结论

本试验结果表明：（1） 以蓖麻饼粕为原料，以水为提取剂，采用超声波辅助法提取蓖麻碱，最佳的提取工艺为：提取温度70 ℃，提取时间50 min，料液比1:20（g/mL），在此条件下提取率为5.34%。（2） 蓖麻碱具有一定的抗氧化性， 当蓖麻碱浓度为10 mg/mL 时， 对DPPH·自由基的清除率为60.3%。 小于Vc 对DPPH·自由基的清除能力。 蓖麻碱对·OH 具有一定的清除能力，当蓖麻碱浓度为9 mg/mL 时，蓖麻碱对羟自由基的清除率可达78.7%， 略强于Vc 对·OH 自由基的清除能力。（3） 蓖麻饼粕中蓖麻碱提取物，经三氯乙烷回流，无水乙醇重结晶，可得到纯品蓖麻碱。红外分析结果表明，提取物为蓖麻碱。