一种氧化石墨烯-乙醇协同提取黄芩总黄酮的方法

摘要

本发明公开了一种氧化石墨烯-乙醇协同提取黄芩总黄酮的方法，是以氧化石墨烯为催化剂，与乙醇水溶液协同提取黄芩药材中总黄酮的方法。采用本发明方法提取黄芩总黄酮时，产品中黄芩总黄酮得率为20-25%，含量达40-70%；其中黄芩素的得率达7-14%，含量高达10-20%，在提高总黄酮得率及含量的同时还大大地提高了产品中黄芩素的含量。本发明方法一次提取时就能使总黄酮的提取率高达96%，无需将药材进行多次提取，工艺简单。更重要的是本发明采用氧化石墨烯作为催化剂，提取过程绿色环保，提取后不需进行其他分离，解决了使用无机酸催化提取过程中提取温度高、提取率低、设备腐蚀、废水污染、生产成本高的问题。

说明书

一、技术领域

本发明涉及药用植物中有效成分的提取方法，具体地说是一种氧化石墨烯-乙醇协同提取 黄芩总黄酮的方法。

二、背景技术

黄芩是一种常用的中草药，为中华人民共和国药典收载的药材，具有清热泻火、解毒、 止血、安胎等作用。黄芩药材的主要药效成分为黄芩苷、汉黄芩苷、黄芩素和汉黄芩素等黄 酮类化合物，其中黄芩素、汉黄芩素等黄芩苷元类化合物的抗菌、消炎、解热、镇痛等生物 活性远较黄芩苷类化合物强，且在人体内黄芩苷类要水解为黄芩苷元类化合物才能被人体吸， 因此黄芩素是临床上应用较多的黄芩黄酮类化合物。但黄芩药材中黄芩素的含量很低，只有 0.04～0.28%，采用乙醇回流提取、沸水提取（CN1070189A）、乙醇渗漉法（CN00102536.8） 等方法直接从黄芩中提取黄芩素的得率很低，大概只有0.1%左右。大量研究发现黄芩中的黄 芩苷与黄芩素的结构类似，且黄芩素为黄芩苷经水解失去一分子葡萄糖醛酸的产物。因此， 目前公认较好的黄芩素制备方法为，先从黄芩中提取黄芩苷，再将黄芩苷水解成黄芩素，此 方法可使黄芩素的得率达4-6%，此工艺流程较复杂。而且黄芩苷为7-O-葡萄糖醛酸苷，苷键 结合非常牢固，常规水解方法均不能使苷键断裂，必须加入酶或高浓度无机酸等才能使黄芩 苷水解。酶催化水解成本高，无机酸水解时一方面对设备腐蚀大，另一方面无机酸的排放污 染环境。高声传等采用酶预处理后多次超声提取的方法，将黄芩素得率提高到10%，但此法 工艺复杂，能耗大，成本高。虽然黄芩素具有诸多独特的生物活性及吸收特点，受制备技术 所限，还很难进行规模化生产，影响了该类化合物的新药开发和临床应用，因此很有必要寻 找一种高效简单的黄芩总黄酮和黄芩素提取分离方法。

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状晶格结构的碳质材料，是目前人们认为 最完美的二维结构材料。由于石墨烯良好的机械性能、导电性能及透光性能，其在纳米电子 学、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域具有广泛的应用。氧化石墨烯是 石墨烯重要的派生物，结构与石墨烯大体相同，具有较高的比表面积和丰富的羟基和环氧基 官能团，在离子交换、吸附分离和催化等诸多领域具有广阔的应用前景。如杨小飞等制备了 一种氧化石墨烯/磷酸银纳米复合材料，并将其作为可见光催化剂，解决了现有光催化剂对可 见光利用率不高，降解率低等问题。贺晓东等将氧化石墨烯应用于天然产物大豆异黄酮糖苷 的水解反应中，结果表明，采用氧化石墨烯作为固体酸催化剂，对大豆异黄酮糖苷水解反应 的催化效果优于无机酸，对设备无腐蚀，提取产量高。

三、发明内容

本发明针对黄芩总黄酮及黄芩素已有提取方法提取温度高、提取率低、生产工艺复杂等 缺点，旨在提供一种氧化石墨烯-乙醇协同提取黄芩总黄酮的方法，本发明方法提取黄芩总黄 酮和黄芩素高效简单，并且黄芩总黄酮和黄芩素均有较高的得率。

本发明氧化石墨烯-乙醇协同提取黄芩总黄酮的方法，按以下步骤操作：

将黄芩药材清洗除杂，干燥并粉碎后过10-20目筛得黄芩粉料；将所述黄芩粉料和催化 剂氧化石墨烯（GO）加入乙醇水溶液中进行回流提取，提取温度为30-70℃，优选50-70℃， 提取时间为4-6小时，过滤后将滤液减压浓缩，回收溶剂，得到黄芩总黄酮浸膏；

所述催化剂氧化石墨烯的添加量为所述黄芩粉料质量的0.005-0.5%；

所述黄芩粉料与所述乙醇水溶液的质量体积比为1g：10-20mL。

所述乙醇水溶液中乙醇的体积浓度为30-70%。

将本发明提取制得的黄芩总黄酮浸膏干燥后（简称干浸膏）进行各项检测。

本发明采用紫外可见分光光度法（UV）测定黄芩总黄酮的含量，检测波长277nm。采用 高效液相色谱（HPLC）检测样品中的黄芩苷及黄芩素含量，检测波长277nm，C18柱，流动 相为乙腈(A)-0.15%磷酸水溶液(B)，梯度淋洗20%A(0min)，55%A(35min)。为了观察提取过 程中黄芩颗粒细胞壁表面的结构变化，将提取前后的黄芩药材残渣进行SEM检测；为了表征 样品中黄芩细胞壁纤维素聚集态结构的变化，将提取前后的黄芩药材残渣进行XRD检测。

采用本发明方法提取黄芩总黄酮时，采用以下公式（1）-（3）对产品的含量、得率及提 取率进行计算，经计算得产品中黄芩总黄酮得率为20-25%，含量达40-70%；其中黄芩素的 得率达7-14%，含量高达10-20%，在提高总黄酮得率及含量的同时还大大地提高了产品中黄 芩素的含量。

其中黄芩总黄酮的得率、含量以及提取率的计算公式如下：

黄芩总黄酮含量=（干浸膏中黄芩总黄酮的质量/干浸膏的质量）×100%（1）

式中C为提取液中黄芩总黄酮的浓度（mg/mL），V为提取液体积（mL），m为黄芩原 料的质量（g）。其中提取液是指制备过程中得到的滤液。提取液中黄芩总黄酮的浓度是由紫 外检测得到。

黄芩素的得率、含量以及提取率的计算是经HPLC检测后按照上述公式的计算方法计算 得到。

本发明方法一次提取时就能使黄芩总黄酮的提取率高达96%，无需将药材进行多次提取， 工艺简单。

本发明采用氧化石墨烯为催化剂对黄芩总黄酮提取时，由于GO表面上随机分布着大量 的羟基和环氧基功能团，表现出强酸性，使得它在提取过程中一方面能够酸解细胞壁，与溶 剂产生协同作用，加快黄酮类物质的浸出速率，提高总黄酮的得率；另一方面，氧化石墨烯 的强酸性能够促使黄芩苷水解为黄芩素及葡萄糖醛酸，因此提高了产品中黄芩素的得率，达 到了同时提高提取物中黄芩总黄酮及黄芩素得率的目的。本发明不使用无机酸，因此对设备 无腐蚀，且无污染物排放；催化剂氧化石墨烯用量非常少，且无需分离，经济环保。综上所 述，本发明提供了一种高效快捷经济的黄芩总黄酮及黄芩素的提取工艺。

四、附图说明

图1是实施例1中单一乙醇溶液提取（a）和本发明氧化石墨烯-乙醇协同提取（b）的 HPLC图。

图2是实施例2中提取后的黄芩颗粒残渣的SEM图。

图3是实施例2中提取后的黄芩颗粒残渣的XRD图。

五、具体实施方式

实施例1：

将10g黄芩药材清洗除杂，干燥并粉碎后过10-20目筛得黄芩粉料；将所述黄芩粉料和 0.003g氧化石墨烯加入体积浓度50%的乙醇水溶液中进行回流提取，提取温度为50℃，提取 时间为6小时，所述黄芩粉料与所述乙醇水溶液的质量体积比为1g：15mL；提取结束后冷却 至室温，过滤后将滤液减压浓缩，回收溶剂，得到黄芩总黄酮浸膏；将所得黄芩总黄酮浸膏 干燥后进行各项分析测试，同时进行同一条件下的单一乙醇溶液回流提取作为对比，HPLC 图如图1所示。

对照黄芩苷及黄芩素标准品的HPLC可知，黄芩苷特征峰的出峰时间为1min左右，黄芩 素特征峰的出峰时间为2min左右。由图1可知，氧化石墨烯-乙醇协同提取及乙醇回流提取 的产品中均出现了黄芩苷的特征峰及黄芩素的特征峰，且无杂峰，说明两种提取方法所得产 品中均主要含有黄芩苷及黄芩素。但图1(b)中黄芩苷及黄芩素特征峰的锋面积均高于图1(a)， 由此可知采用本发明方法产品中的黄芩苷及黄芩素含量均高于常规的乙醇回流提取。测得黄 芩总黄酮的得率达21%，较乙醇回流提取的得率提高了2%，其中黄芩素的得率达9%；总黄 酮的提取率为91%，比乙醇回流法提高了17%。产品中总黄酮的含量为45%，其中黄芩素的 含量高达13%

实施例2：

将10g黄芩药材清洗除杂，干燥并粉碎后过10-20目筛得黄芩粉料；将所述黄芩粉料和 0.011g氧化石墨烯加入体积浓度60%的乙醇水溶液中进行回流提取，提取温度为70℃，提取 时间为6小时，所述黄芩粉料与所述乙醇水溶液的质量体积比为1g：15mL；提取结束后冷却 至室温，过滤后将滤液减压浓缩，回收溶剂，得到黄芩总黄酮浸膏；将所得黄芩总黄酮浸膏 干燥后进行各项分析测试。同时进行同一条件下的单一乙醇溶液回流提取作为对比。将提取 后的黄芩颗粒残渣烘干，进行SEM检测（图2）及XRD检测（图3）。

从图2（a）中可以看出黄芩原料的细胞壁呈类多角形或类方形，大多完整；图2（b）表 明单一醇提不破坏细胞壁结构；由图2（c）可以看出，加入氧化石墨烯后黄芩细胞壁有破壁 作用，且使细胞壁表面结构变松散，致使反应阻力减少，有效成分的浸出加大。黄芩颗粒细 胞壁中纤维素为木质纤维素，其结构中的纤维素以晶体结构存在，而木质素和半纤维素属无 定形结构，因此纤维素结晶度越高，越难以被降解。

根据图3的XRD图进行分峰拟合及高斯拟合，可得黄芩原料、单一乙醇回流提取、氧化 石墨烯-乙醇回流提取提取后的黄芩颗粒残渣的结晶度分别为74.22%、69.40%、63.61%，可 见氧化石墨烯-乙醇协同提取使得黄芩颗粒的结晶度有较大下降，因此本发明方法下黄芩细胞 壁中的纤维素较易被降解，致使反应阻力减小，黄酮类有效成分的浸出加大。

由UV检测及HPLC检测可知，本实例条件下的氧化石墨烯-乙醇协同提取及单一乙醇回 流提取的提取率分别为96%及87%，可见与单一醇提相比，氧化石墨烯-乙醇协同黄芩总黄酮 有效的提高了总黄酮的提取率。采用氧化石墨烯-乙醇协同提取黄芩总黄酮时，总黄酮得率达 25%，比单一乙醇回流提取的得率提高4%，其中黄芩素的得率达14%。不经其他分离纯化， 氧化石墨烯-乙醇协同提取所得产物中黄芩总黄酮的含量为70%，黄芩素含量达20%。

实施例3：

将10g黄芩药材清洗除杂，干燥并粉碎后过10-20目筛得黄芩粉料；将所述黄芩粉料和 0.02g氧化石墨烯加入体积浓度70%的乙醇水溶液中进行回流提取，提取温度为60℃，提取 时间为6小时，所述黄芩粉料与所述乙醇水溶液的质量体积比为1g：20mL；提取结束后冷却 至室温，过滤后将滤液减压浓缩，回收溶剂，得到黄芩总黄酮浸膏；将所得黄芩总黄酮浸膏 干燥后进行各项分析测试。同时进行同一条件下的单一乙醇溶液回流提取作为对比。

根据UV检测及HPLC检测可知，采用氧化石墨烯-乙醇协同提取黄芩总黄酮时，总黄酮 得率达22%，较单一乙醇回流提取的得率提高了3%；氧化石墨烯-乙醇协同提取一次的提取 率为93%，比进行一次单一乙醇回流提取的提取率提高了19%，其中黄芩素的得率达11%。 不经其他分离纯化，氧化石墨烯-乙醇协同提取所得产物的总黄酮含量为50%，黄芩素含量达 16%。