CN110585385A - 一种益智仁倍半萜类化合物的提取方法和定性分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种益智仁倍半萜类化合物的提取方法和定性分析方法,提取方法包括:精密称取适量干燥的益智仁粉末,以料液比为1:5~1:40,提取溶剂为体积分数40%~100%乙醇,提取温度40℃~80℃为条件,微波提取;其中,提取条件优选料液比为1:30、提取溶剂为体积分数60%乙醇,提取温度80℃,该优选参数通过响应曲面法优化得到;定性分析方法采用超高效液相色谱‑四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱(UHPLC‑Q‑Orbitrap HRMS),优化得到较优的液质参数。本发明提供的益智仁倍半萜类化合物的提取方法稳定可靠,提取率高,操作简单;本发提供的定性分析方法可以快速识别益智仁中倍半萜类化合物,高效便捷。
Description
技术领域
本发明属于化学医药领域,涉及天然产物的提取及定性分析,具体涉及一种益智仁倍半萜类化合物的提取方法和定性分析方法。
背景技术
益智仁为姜科植物益智(Alpinia oxzphylla Miq.)的干燥成熟果实,主要种植在广西、云南、海南等南部地区,为“四大南药”之一,收载于《中国药典》一部。目前为止,从益智仁中分离得到的化合物类型主要有倍半萜类、单萜类、二萜类、二苯庚烷类、黄酮类等,其中倍半萜类为该植物的主要化学成分类型,理化性质稳定,具有一定的生物活性。
目前益智仁倍半萜类化合物的提取工艺鲜有报道,常见的益智仁的提取方式主要有加热回流提取法、水蒸气蒸馏法、超声波辅助提取法以及微波辅助提取法等。其中微波提取技术的优势不仅在于提取率高、提取时间短,而且响应了国家“绿色”环保的号召,具有加热迅速,节时节能,无污染,操作流程简单等特点。此外,有关益智仁提取工艺研究多采用正交试验,这对于分析各因素对提取效果的交互影响方面存在不足。响应曲面法通过有限的试验次数,建立各考察因素的多元二次模型,考察各因素的交互作用对提取工艺的影响,可以更加全面、系统地分析主要影响因素,进一步优化提取工艺。
为了得到较佳的益智仁中倍半萜类的提取工艺,并对益智仁中的多种倍半萜类化合物进行快速定性分析,特提出本发明创造。
发明内容
本发明第一目的在于提供一种益智仁倍半萜类化合物的提取方法,该提取方法基于响应曲面法优化而得;第二目的在于提供益智仁倍半萜类化合物的定性分析方法。
本发明上述目的通过如下技术方案实现:
一种益智仁倍半萜类化合物的提取方法,包括如下步骤:精密称取适量干燥的益智仁粉末,以料液比为1:5~1:40,提取溶剂为体积分数40%~100%乙醇,提取温度40℃~80℃为条件,微波提取。
优选地,提取条件优选料液比为1:30、提取溶剂为体积分数60%乙醇,提取温度80℃。
优选地,提取条件通过如下方法优化得到:在单因素试验的基础上,应用Box-Behnken中心组合设计建立数学模型,以乙醇体积分数、料液比、温度为自变量,以诺卡酮的提取量为响应值,最后采用三因素三水平响应曲面分析法,根据分析结果得到最佳提取条件。
优选地,微波提取功率6W,提取时间10min。
上述提取方法制备得到的益智仁倍半萜类化合物。
一种定性分析上述益智仁倍半萜类化合物的方法,包括参数:
(1)色谱条件
色谱柱为ACQUITY UPLCBEH C18(100mm×2.1mm,1.7μm);以乙腈(A)-0.1%甲酸水溶液(B)为流动相,梯度洗脱,洗脱程序为0.0~3.0min,95%A;3.0~16.0min,95%~85%A;16.0~20.0min,85%~78%A;20.0~26.0min,78%~45%A;26.0~30.0min,45%~0%A;30.0~35.0min,0%A;35.0~36.0min,0%~95%A;36.0~40.0min,95%A;流速为0.2mL·min-1;柱温40℃;
(2)质谱条件
UHPLC-Q-Orbitrap液质联用仪:离子源采用HESI源,辅助气流速10μL·min-1,辅助气温度320℃,离子传输管温度320℃;正离子模式下:鞘气流速40μL·min-1,喷雾电压3.50kV;负离子模式下:鞘气流速38μL·min-1,喷雾电压2.80kV;扫描方式:正、负离子FullMS/dd-MS2模式,Full MS分辨率70000FWHM,dd-MS2分辨率17500FWHM,扫描范围:m/z 80~1200,质荷比窗口宽度设置为2,碰撞能梯度为20、40、60eV。
优选地,色谱条件中的进样量为5μL。
有益效果:
本发明采用微波提取技术在探讨了各因素对提取率影响的基础上,通过响应曲面分析法对益智仁中倍半萜类的提取工艺进行优化,得到的提取工艺稳定可靠,提取率高,操作简单;同时,本发明采用超高效液相色谱-四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱对益智仁中的多种倍半萜类化合物进行快速定性分析,高效便捷,为益智仁化学结构解析、药效物质基础研究及临床应用等提供理论依据。
附图说明
图1为化合物A、B、C的提取离子流色谱图,其中a为空白、b为对照品、c为样品;
图2为单因素实验结果;
图3为乙醇浓度与温度对提取量的响应面图和等高线图;
图4为乙醇浓度与料液比对提取量的响应面图和等高线图;
图5为温度与料液比对提取量的响应面图和等高线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例具体介绍本发明实质性内容,但并不以此限定本发明的保护范围。
一、试验材料
1、试验试剂
益智仁购于同仁堂,经河南中医药大学李寒冰教授鉴定为益智仁(AlpiniaeOxyphyllae Fructus);对照品:nootkatone(北京中科仪友化工技术研究院,批号:180308,纯度:HPLC≥98%)、OxyphyllenoneA(百灵威科技有限公司,批号:LK20T56,纯度:HPLC≥97%)和Oplopanone(百灵威科技有限公司,批号:LK20T55,纯度:HPLC≥96%)。
甲醇(色谱纯,美国Fisher公司),无水乙醇(分析纯,天津市凯通化学试剂有限公司),水为超纯水,其他试剂均为分析纯。
2、试验仪器
UHPLC-Q-Orbitrap液相色谱-质谱联用系统:Ultimate 3000超高效液相色谱仪(Dionex公司,美国)串联Q Exactive型高分辨质谱(Thermo Fisher Scientific公司,美国);
JP-300B型高速多功能粉碎机(永康市久品工贸有限公司);
New Classic MF型十万分之一分析天平(梅特勒-托利多国际贸易上海有限公司);
MDS-6G型微波提取仪(上海新仪微波化学科技有限公司)。
二、试验方法和结果
1、溶液配制
(1)对照品溶液的制备
精密称取诺卡酮对照品1mg,置于10mL容量瓶中,加甲醇适量,超声加热,使其全部溶解,放冷,加甲醇定容至刻度,即得质量浓度为0.1mg·ml-1的对照品溶液,置4℃冰箱中保存备用。精密称取一定量的诺卡酮、oxyphyllenoneA和oplopanone置于10mL容量瓶中,甲醇定容,即得混合倍半萜类标准品溶液。
(2)供试品溶液的制备
精密称取干燥的益智仁粗粉1.0g,以料液比为1:20,提取溶剂为体积分数55%乙醇,提取温度60℃为条件,功率固定为6W,微波提取10min,抽滤,用提取溶剂定容至40mL,充分摇匀后取1ml溶液,置100ml容量瓶定容至刻度,用0.22μm微孔滤膜滤过,即得。
2、色谱及质谱条件
(1)色谱条件
色谱柱为ACQUITY UPLCBEH C18(100mm×2.1mm,1.7μm);以乙腈(A)-0.1%甲酸水溶液(B)为流动相,梯度洗脱,洗脱程序为0.0~3.0min,95%A;3.0~16.0min,95%~85%A;16.0~20.0min,85%~78%A;20.0~26.0min,78%~45%A;26.0~30.0min,45%~0%A;30.0~35.0min,0%A;35.0~36.0min,0%~95%A;36.0~40.0min,95%A;流速为0.2mL·min-1,进样量5μL;柱温40℃。
(2)质谱条件
UHPLC-Q-Orbitrap液质联用仪:离子源采用HESI源(heated ESI),辅助气流速10μL·min-1,辅助气温度320℃,离子传输管温度320℃;正离子模式下:鞘气流速40μL·min-1,喷雾电压3.50kV;负离子模式下:鞘气流速38μL·min-1,喷雾电压2.80kV。扫描方式:正、负离子Full MS/dd-MS2模式,Full MS分辨率70000FWHM,dd-MS2分辨率17500FWHM,扫描范围:m/z 80~1200,质荷比窗口宽度设置为2,碰撞能梯度为20,40,60eV。在优化的质谱条件下提取有对照品的3种成分的离子流色谱图,见图1。
3、方法学考察
(1)线性和范围
精密量取0.02、0.04、0.08、0.12、0.16、0.20mL诺卡酮对照品溶液(100μg·ml-1),分别置于25mL容量瓶中,50%甲醇定容至刻度,摇匀,配置后溶液浓度分别为0.08、0.16、0.32、0.48、0.64、0.80μg·ml-1,进样5μl测定峰面积。以对照品质量浓度X为横坐标,峰面积积分值Y为纵坐标绘制标准曲线,则回归分析为:Y=2×109X+3×107(R2=0.999),表明诺卡酮质量浓度在0.08~0.8μg·mL-1与峰面积线性关系良好。
(2)精密度
精密量取0.12mL对照品溶液(诺卡酮:100μg·ml-1),置于25mL容量瓶中,连续进样6次后,测定诺卡酮含量,RSD值为1.82%,结果表明仪器精密度良好。
(3)重复性
按照前述“供试品溶液的制备”方法平行制备6份供试品溶液,进样后测定诺卡酮含量,RSD值为2.93%。
(4)稳定性
取同一供试品溶液分别放置0h,2h,6h,10h,12h,24h后按上述条件下进样测定,记录峰面积,计算诺卡酮含量分别为1.75mg、1.69mg、1.74mg、1.70mg、1.71mg、1.71mg。结果显示,供试品溶液中黄酮含量的RSD值为1.38%,表明供试品溶液在24h内稳定性良好。
(5)加样回收试验
分别取已知含量的益智仁6份,分别精密加入诺卡酮对照品,使加入的含量为益智仁中诺卡酮含量的100%,按前述“供试品溶液的制备”方法平行制备供试品,处理后分别进样测定含量。诺卡酮的平均回收率为97.20%,RSD为3.46%。结果表明,该方法下待测成分的测定准确度较好。
4、供试品含量测定
按前述“供试品溶液的制备”的方法制备供试品,取适量供试品按上述方法测定诺卡酮含量,平行3次,按照下列公式计算诺卡酮提取量:
诺卡酮提取量/(mg·g-1)=CDV/M
式中:C为样品的诺卡酮浓度(μg·mL-1);D为供试品稀释倍数;V为测定总品溶液体积(mL);M为样品质量(g)。
5、单因素试验
通过单因素试验分别考察乙醇体积分数(40%、55%、70%、85%、100%)、提取温度(40、50、60、70、80℃)及料液比(1:5、1:10、1:20、1:30、1:40)对益智仁倍半萜化合物诺卡酮提取量的影响,以确定各提取条件合适范围,为优化微波提取益智仁工艺参数提供依据。结果见图2。该结果显示,随着乙醇体积分数先大幅增加再缓慢下降,为达到较高的提取量,需进一步优化乙醇体积分数。提取量随着温度增加而增加,在提取温度为80℃时达到峰值,温度升高有助于倍半萜类化合物的提取,但过高的温度可能导致有些倍半萜化合物的结构被破坏,且考虑到安全问题,微波萃取时设定的温度不能超过提取溶剂的沸点,故试验设定80℃为最大温度。提取量随着液料比的增加先缓慢增加再大幅增加,之后呈下降趋势,需进一步优化合适的液料比。
6、响应曲面优化试验设计与结果分析
(1)响应曲面优化试验设计
根据Box-Behnken中心组合试验设计原理,在单因素试验基础上,选择乙醇体积分数(A)、提取温度(B)和料液比(C)为考察因素,诺卡酮提取量为响应值,利用Design-Expert8.0.6软件对试验进行设计,优化微波提取法提取益智仁中诺卡酮的工艺参数。
表1为试验因素水平表。
表1试验因素水平表
(2)响应曲面法结果分析
在单因素试验结果的基础上,采用Box-Behnken试验设计优化微波萃取法提取益智仁倍半萜类的最佳条件,试验结果见表2。利用Design-Expert 8.0.6软件将响应值与各个因素进行二次回归拟合,得回归模型,Y=-0.34A2+0.069B2-0.13C2+5.242×10-3AB+0.11AC-9.259×10-3BC+0.30A+0.15B-0.051C+1.46。对该模型进行方差分析,结果见表3。
表2 Box-Behnken设计方案及试验结果
表3二次回归模型的方差分析结果
表3中,*代表差异显著(P<0.05),**代表差异极显著(P<0.01)。
由表3可知:二次回归模型的方差分析结果显示该模型对益智仁倍半萜化合物诺卡酮的影响极显著(P<0.01),失拟项(P=0.0973)表明该预测模型与实际试验吻合,试验值和预测值之间高度相关(R2=0.9638;Adj.R2=0.9172),具有一定的适用性。此模型的一次项A、B及二次项A2均达极显著水平(P<0.01),二次项C2达显著水平(P<0.05),根据F值大小可以推断各因素对诺卡酮提取量的影响程度为:乙醇浓度(A)>提取温度(B)>料液比(C)。
(3)提取试验响应曲面分析
结合Box-Behnken试验设计方案,利用Design-Expert 8.0.6对提取量试验数据进行二项多元回归拟合,得到的二次回归方程的三维响应曲面图,结果见图3-5。根据响应曲面图评价各因素之间交互作用对提取量的影响强度,筛选出各考察因素的最佳取值。根据软件预测的结果,并结合实际情况,确定最优提取条件为:乙醇浓度60.60%,提取温度79.81℃,料液比为1:30.39,提取量的预测值为1.73mg·g-1。
(4)优化后的工艺验证
为验证该模型的可靠性,因实际操作条件的限制,将最佳提取工艺修正为:乙醇浓度60%,提取温度80℃,料液比为1:30,平行试验6次为验证模型预测的准确性,按前述“供试品含量测定”方法计算提取量,实测提取量分别为1.75mg·g-1,1.83mg·g-1,1.74mg·g-1,1.82mg·g-1,1.71mg·g-1,1.71mg·g-1,平均提取率为1.76mg·g-1,结果表明实际值与预测值之间的相对误差为1.73%,RSD为2.32%,验证了该响应曲面模型的有效性及可靠性。
7、超高效液相色谱-四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱分析益智仁倍半萜类化合物的组成
根据前述“色谱及质谱条件”中优化好的色质谱条件进样后,在UHPLC-Q-OrbitrapHRMS条件下对益智仁倍半萜的样品及混合对照品溶液进行分析,采集各化合物的二级碎片离子,经Xcalibar 2.0软件拟合分子式,并与对照品的相对保留时间和质谱数据信息进行比对,结合相关文献以及网络数据库信息等对未知化合物进行快速准确定性,共鉴定得到15个化学成分,其中3个经对照品比对确证,结果见表4。
表4益智仁倍半萜类化学成分鉴定表
表4中,*表示有对照品。
近年来,通过国内外学者对益智仁的研究,发现倍半萜类成分是益智仁的主要特征化合物。在已鉴定的化学成分中,诺卡酮的含量远远高于其他倍半萜类,且化学结构稳定,理化性质明确,质谱响应较好,具有抗氧化、保护神经、提高学习记忆力、抗肿瘤、抗衰老、降血脂、强心等作用。因此,本实验以诺卡酮作为提取优化指标,以全面分析影响益智仁中倍半萜类化合物的主要提取因素。
预实验曾采用加热回流法对益智仁中倍半萜类进行提取,考虑到倍半萜类在植物体内常以醇、酮、内酯等等形式存在于挥发油中,是挥发油中高沸点部分的主要组成部分,而加热回流的方式会损失量较大,耗时长等。为了提高提取率,本实验采用微波萃取法,利用微波辐射使药材细胞内部的极性物质吸收微波能量而产出大量热量,细胞内温度迅速升高,即将微波电磁能转变成热能,瞬时及均匀加热,细胞膜和细胞壁冲破后形成的微小孔洞和细胞收缩后表面出现的裂纹使胞外溶剂易于进入细胞内,细胞内的物质溶解并释放,整个过程处于密闭状态,减少了倍半萜类的损失,且无有害气体排出。
同时本实验还采用UHPLC-Q-Orbitrap HRMS对益智仁中倍半萜类成分进行快速定性,在保证最优分离效果的前提下,本实验选择了分析时间更短的UPLCBEH C18色谱柱进行前期化合物的分离。同时,还采用正、负离子同时扫描的模式对各化合物的质谱响应进行了初步分析,根据各成分的理化性质结合其在不同质谱扫描模式下的响应强度,最终选择了各待测成分质谱响应最佳时的离子模式作为检测条件,使各待测物均具有较好的响应值和峰形且能够满足快速、准确的定性要求。
Box-Behnken响应面法通过试验体系的响应值作为多个实验因素的函数,并将函数关系通过多维图形显示出来,结合图形分析、函数求导等方法优化试验设计中的最佳提取条件,与传统的正交和均匀设计法相比,Box-Behnken响应曲面法可以通过有限的实验次数,建立各因素的多元二次模型,充分考察多个影响因素以及因素之间的交互作用对提取率的影响,避免了简单的线性模式设计实验预测值与真实值偏差较大的缺点,很好的保证准确度,得到准确的预测值,优化后的制备工艺简单可靠,重现性好,为益智仁倍半萜类的进一步研究奠定了基础。
综上,本发明采用微波提取技术在探讨了各因素对提取率影响的基础上,通过响应曲面分析法对益智仁中倍半萜类的提取工艺进行优化,得到的提取工艺稳定可靠,提取率高,操作简单;同时,本发明采用超高效液相色谱-四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱对益智仁中的多种倍半萜类化合物进行快速定性分析,高效便捷,为益智仁化学结构解析、药效物质基础研究及临床应用等提供理论依据。
上述实施例的作用在于具体介绍本发明的实质性内容,但本领域技术人员应当知道,不应将本发明的保护范围局限于该具体实施例。
Claims (7)
1.一种益智仁倍半萜类化合物的提取方法,其特征在于,包括如下步骤:精密称取适量干燥的益智仁粉末,以料液比为1:5~1:40,提取溶剂为体积分数40%~100%乙醇,提取温度40℃~80℃为条件,微波提取。
2.根据权利要求1所述的提取方法,其特征在于:提取条件优选料液比为1:30、提取溶剂为体积分数60%乙醇,提取温度80℃。
3.根据权利要求2所述的提取方法,其特征在于,所述提取条件通过如下方法优化得到:在单因素试验的基础上,应用Box-Behnken中心组合设计建立数学模型,以乙醇体积分数、料液比、温度为自变量,以诺卡酮的提取量为响应值,最后采用三因素三水平响应曲面分析法,根据分析结果得到最佳提取条件。
4.根据权利要求1所述的提取方法,其特征在于:微波提取功率6W,提取时间10min。
5.权利要求1~4任一所述提取方法制备得到的益智仁倍半萜类化合物。
6.一种定性分析权利要求5所述益智仁倍半萜类化合物的方法,其特征在于,包括参数:
(1)色谱条件
色谱柱为ACQUITY UPLCBEH C18(100mm×2.1mm,1.7μm);以乙腈(A)-0.1%甲酸水溶液(B)为流动相,梯度洗脱,洗脱程序为0.0~3.0min,95%A;3.0~16.0min,95%~85%A;16.0~20.0min,85%~78%A;20.0~26.0min,78%~45%A;26.0~30.0min,45%~0%A;30.0~35.0min,0%A;35.0~36.0min,0%~95%A;36.0~40.0min,95%A;流速为0.2mL·min-1;柱温40℃;
(2)质谱条件
UHPLC-Q-Orbitrap液质联用仪:离子源采用HESI源,辅助气流速10μL·min-1,辅助气温度320℃,离子传输管温度320℃;正离子模式下:鞘气流速40μL·min-1,喷雾电压3.50kV;负离子模式下:鞘气流速38μL·min-1,喷雾电压2.80kV;扫描方式:正、负离子Full MS/dd-MS2模式,Full MS分辨率70000FWHM,dd-MS2分辨率17500FWHM,扫描范围:m/z 80~1200,质荷比窗口宽度设置为2,碰撞能梯度为20、40、60eV。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于:色谱条件中的进样量为5μL。
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