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1、紫草素的提取分离、定性定量分析摘要：紫草素是一类萘醌类化合物，主要存在于常用中药紫草中。主要对紫草素的研究状况，包括紫草素的资源分布、紫草素的提取分离、定性定量分析等多种方法的现状进行综述。关键词:紫草素;紫草素的资源分布;提取分离;定性定量分析前言：紫草素是一类脂溶性萘醌类成分，主要来源于我国常用中药紫草中，其结构式如图所示: 紫草素的颜色会随 pH 增加而发生改变，具有挥发性，能随水蒸汽蒸馏。在酸性溶液中稳定，对热稳定，对亚硫酸钠、铁离子、镁离子较敏感，日光对色素有一定的降解作用。紫草素主要有效成分为紫草宁衍生物 ( ， 丙乙烯酰阿卡宁、乙酰紫草素为紫草色素的主要成分) ，多结合成酯而存在
2、，具有电子传递作用，促进或干扰某些生化反应过程，表现多种生物活性，如抗炎、抗肿瘤、保肝和免疫调节、抗生育、降血糖、杀菌抗病毒等作用。除此之外，紫草素还是良好的天然色素，已广泛应用于食品、化妆品和印染工业中，需求量巨大。近年来，国内外对紫草素的研究越来越多，可见其具有潜在的可开发利用价值。现在从紫草素的资源的概况、紫草素的提取、分离、鉴定及含量测定等方法进行综述。1 紫草资源在国内的分布概况 紫草 ( Arnebiae Radix) 是我国常用中药材，味甘、咸，性寒，归心、肝经。具有清热凉血，活血解毒，透疹消斑等功效。中华人民共和国药典( 2010 年版) 收载的紫草来源于紫草科 ( Bor-a
3、ginaceae) 多年生草本植物新疆紫草 Arnebia eu-chroma ( Royle) Johnst 或内蒙紫草 Arnebia guttataBunge 的干燥根。国内紫草传统入药的有 3 种，即新疆紫草、滇紫草和紫草。紫草喜凉爽、湿润的气候条件。新疆紫草为国家三级重点保护野生药材，是新疆野生植物中的优势类群，几乎在新疆各地都有分布。由于其品质佳，目前新疆紫草已成为紫草的主要商品。由于无节制采挖，野生资源破坏严重，加之人工种植难度大，导致紫草资源日益减少。滇紫草主产云南，生于荒山岩地向阳山坡，在我国西南地区广为应用，为我国商品紫草的第二大来源。紫草习称硬紫草，生于山野草丛中，资源较
4、少除以上 3 种外，还有分布于新疆阿勒泰、天山南北和内蒙古大部分地区的黄芪紫草和分布于西藏的西藏紫草，但资源都较少。云南地理生态环境的多样性和复杂性，构成了紫草资源种类的多样性，含紫草宁 ( 即紫草素，shikonin) ，) 及其衍生物的紫草植物达 6种之多，均属于滇紫草属，是潜的优势生物资源，它们是: 滇紫草 ( Onosma paniculatum) 、矩叶滇紫草( O oblongifolum) 、沧怒滇紫草 ( Owardii) 、密花滇紫草 ( O confertum) 、昆明滇紫草 ( O cingulatum) 、露 蕊 滇 紫 草 ( O exser-tum)等。2 紫草素的
5、现代提取和分离工艺技术紫草素是一类脂溶性很强的萘醌类色素。对该类物质的提取应根据其理化性质进行。紫草传统的提取有效成分的方法有水蒸汽蒸馏法、减压蒸馏法、溶剂萃取法等，其工艺复杂、产品纯度不高。而通常用有机溶剂提取，提取物中常含有微量有机溶剂残留，并且回收溶剂等工艺过程会严重影响操作环境。现有报道中除了以上传统的提取法外，逐步发展了一批新方法。2.1 微波提取的若干方法:微波提取的方法很多,主要是根据微波提取的有关参数的不同而设计出的不同提取方案。下面举类说明如兰卫等1选取微波提取的功率、温度和时间 3个因素进行正交实验，并且以所提取的紫草素的吸光度作为评价提取率高低的标准。最后得出了影响紫草素
6、的因素的次序依次是提取的时间、温度和功率即功率为700W,温度为55,时间为45 min；也有李洪玲等2采用正交设计法进行筛选，选取了乙醇液的浓度、提取时间、提取次数以及提取功率作为影响紫草素微波提取工艺的因素，最终得出影响的次序为乙醇浓度、时间、次数以及功率，即70%乙醇提取液,微波提取25 min,提取功率250W,连续提取4次；还有严炎中等3也通过正交实验，设计以提取前浸泡时间、药材粉碎度、溶媒（有机溶剂如苯或植物油如麻油）用量及微波累计辐射时间为影响因素，得出在0.5cm小段紫草以4倍量麻油不经浸泡的情况下,微波法只需累计辐射6min即可达传统煎煮2h的提取效果,效率提高了20倍,且提
7、取前的浸泡与否对其几无影响，以及药材的粉碎度选用粗粉的效果最好；丁怀宇等4采用碱提酸沉法、乙醇提取法、高压脉冲提取法来提取紫草素，最后以高压脉冲提取法为最优，以紫草色素总得率为评价指标并且通过正交实验法对高压脉冲提取法的提取条件进行优化,以频率、乙醇浓度、料液比为实验主要影响因素，得出紫草提取物的最佳提取工艺条件为:料液比为16,乙醇浓度为70%,流量为250L/h,频率为6000Hz；以及徐萍等5还采用微波辅助醇提的方法，以确定了提取紫草总色素的工艺条件为: 料液比 110，微波功率640W，微波时间 5min，乙醇体积浓度 70% ，80的恒温水浴中回流提取 60min。紫草素的提取率达到
8、了 2. 73%，与传统方法相比提高了 51. 6%。以上几种微波提取方法就是近几年来，研究者们所做的，都是根据各种药材中有效成分的性质差异,在实际操作中,根据微波提取的有关参数选取不同,而设计出不同的微波提取方法。若微波提取有关参数选取不当，就有可能导致提取效果与其他提取方法相比并不具有优势,甚至还要差。因此,通过正交试验来确定某种药材的最佳微波提取工艺显得尤为重要。2.2 超声波提取法超声波提取也是一种新方法，收集了两类方法:一类是根据提取方式不同而设计的如采用超声波6法和乙醇浸取法提取紫草素，在 520nm 测定溶液的吸光值，对两种提取法进行了对比，传统的乙醇浸取法不但需要 36h提取率
9、才能达到最大，并且提取率不高。而用超声提取法只需 45min 就能达到最大提取率，并且提取率较乙醇浸取法相比还高出约 7%。但此实验在时间的控制上必须非常小心，时间超过最佳时间，提取率反而会下降，这也许与超声波对紫草素的强烈的物理作用导致紫草素分子结构发生变化有关系。还有就是根据影响超声波的参数的不同而设计的如关奕7对新疆紫草进行了超声提取的研究，探讨了超声波功率、液固比、提取温度、原料粒度和超声作用时间对色素提取效果的影响，得到超声提取新疆紫草色素的优化工艺参数为: 80 目的新疆紫草根粉末，液固比为 12mg/L，在 50水浴中超声处理 25min，超声波功率1 800 W，提取率可达到8
10、7% 。以上就是两个超声波提取的类子，其实还有还可能有更多利用超声波来提取紫草素的方法。还有待我们去继续探究。2.3 CO2超临界萃取法CO2超临界萃取法是提取紫草素最新的方法。下面就简述其中两位研究者做的。马丽萍等8用超临界CO2萃取技术对滇紫草中提取紫草素进行了研究。她们采用等温变压二级分离，在萃取压力为 20MPa，萃取温度为35 时，紫草素提取率为82% ,其重金属及砷含量均符合 WHO/FAO 规定指标。还有梁瑞红等9对新疆紫草进行了超临界萃取工艺研究并与有机溶剂萃取的结果进行比较，结果表明: 超临界萃取在32 压力 27MPa 下重量得率最高达 4. 2% ; 紫草素衍生物也达最高
11、 3. 59%。可以得出超临界萃比有机溶剂萃取能得到更多紫草萘醌组分并且超临界萃取的紫草色素含杂质更少。2. 4 其他方法上述三种方法是采用较多的，但是以下的方法也是有效地。如罗雪梅等10采用大孔树脂吸附法提取分离紫草细胞培养液中的紫草素，与传统的萃取法相比，有机溶剂的用量减少 60 倍左右，节省动力消耗，简化操作，大大降低成本；还有黄萍萍等11运用亚临界水萃取紫草中左旋/右旋紫草素，考察了萃取温度、萃取时间和固液比对紫草素提取率的影响，结果发现 3 个因素在各自考察的实验范围内均有显著影响，并且还利用超声强化了萃取的效果，最后用大孔树脂12进行了分离纯化；还有采用传统方法的，如秦润梅12以乙
12、醇(95%)为浸提溶剂,通过正交实验法来确定紫草素的提取条件，以浸提温度、浸提时间、浸提比为影响因素，得到提取紫草素适宜的温度为40、时间12h、浸提比117；以及邹时英等13采用超声波 微波协同萃取新技术将直接超声振动与开放式微波两种作用方式相结合，并在单因素实验的基础上进行了正交实验，优选出了超声波功率内置为 50W 时，超声波 微波协同萃取紫草色素及其衍生物的条件是: 乙醇浓度为 90%，料液比为 1 12，提取时间为 7min，微波功率为 70W。正交试验优化条件所得紫草素及其衍生物的得率为 5. 36%。紫草素及其衍生物经 Cu2 +络合纯化后，水解为紫草素得率为 29. 25%。此
13、方法充分利用超声波以及微波的热效应、机械效应、空化效应等作用，使植物细胞易于破裂，细胞内有效成分自由流出，并加速被萃取物向萃取界面的扩散，使有效成分能在较低的温度下以较快的速度被萃取。除具有速度快、能耗小、溶剂用量小，萃取率高，污染小等优点外，还有利于极性和热不稳定性组分的萃取，避免长时间高温高压条件所引起的分解，从而不破坏所萃取物的结构，保证了萃取质量。2.5评价与建议超临界CO2萃取虽然具有选择性高、操作时间短、有效成分得率高,但受处理量的限制,产量低,目前工业开发难度较大。冷浸和渗漉法用时长、溶剂用量大、溶剂回收率低;微波法由于萘醌化合物结构欠稳定,在60以上时降解很快,虽然许多研究采用
14、了这2种方法,然而由于采用分光光度比色法测定掩盖了这种缺陷;超声法虽然是一种新型的提取技术,提取速度快,得率高,但就目前而言工业化设备能耗高,噪声大。对以上不同方法简括一下：以上方法各具优点，根据不同的实验条件和实验影响因素以及提取紫草素的成分的侧重点不同区选择相应的方法，最后可以达到最佳的提取分离效果。3 紫草素的定量检测方法对紫草素衍生物的测定方法主要有比色法、重量法、紫外-可见分光光度法、薄层扫描法、薄层-分光光度法、单扫描极谱法、正相高效液相色谱法、毛细管电泳法以及电化学分析法。以下简要概述其中几类方法。3.1 HPLC正相高效液相色谱法曾有人认为采用 HPLC 测定紫草素的含量，简便
15、、快速、准确、完全可以用于紫草药材的质量控制，这种说法的确不错。下面是蔡玫14等采用HPLC法对紫草软胶囊中左旋紫草素进行含量测定的方法,他们经多种流动相系统筛选,最终确定本实验规定的色谱条件,使左旋紫草素与其他萘酚类成分色谱峰得以完全分离。并且选择在不同流动相组合、流速及柱温等条件下测定紫草软胶囊中左旋紫草素的含量，以DIKMAODS C18(250mm4. 6mm, 5m)色谱柱,以甲醇-水-甲酸(85: 15: 0. 5)为流动相或流动相为甲醇0.025mol/L磷酸(8020),流速1. 0 ,波长516nm,柱温25,进样量100l。最终检测得到紫草软胶囊中左旋紫草素在10. 235
16、. 3gml-1浓度范围内线形关系良好(r=0. 9997);平均回收率为100. 6 %,RSD=1. 83% (n=5)。3.2 RP HPLC采用反相高效液相色谱法来对紫草素进行定量的方法也有研究者做过。如韩洁等15采用 RP HPLC 法测定紫草素含量，实验分别用石汕醚、氯仿、丙酮、甲醇和95%乙醇对紫草药材超声提取30min,提取2次,合并提取液并过滤,滤液浓缩至干,残渣用甲醇溶解,并定量转移至10mL量瓶中,精密吸取该溶液1.0ml,置10mL量瓶中,以甲醇稀释至刻度。每种溶剂2个平行。结果表明甲醇提取率最高。他们采用流动相为含 0. 5% 冰醋酸及 0. 3% 三乙胺的乙腈溶液和含 0. 5%冰醋酸及 0. 3%三乙胺的水溶液，梯度洗脱，流速1. 0mL/min，检测波长为516nm，柱温 30，最后得
