基于植物组织成分分布规律提高成分提取效率的方法技术领域
本发明涉及一种提高植物成分提取效率的方法，具体涉及植物组织成分分布规律，属于植物提取技术领域。
背景技术
具备活性或功能性的植物提取物产品备受青睐，已被广泛应用于药品、功能性食品、食品添加剂、化妆品等生产领域。中国是国际上一个十分重要的生产植物提取物的国家，有着非常丰富的植物提取物产品品种。我国不仅有能体现中国传统中医药宝贵财富的中药提取物，也有源自中国丰富植物资源的其他植物提取物，还有直接从国外购进原料进行加工的重要植物提取物。近年来，植物提取物技术发展迅速，植物提取物产品在世界范围内得到广泛认可，具有十分广阔的市场空间。
为了提高植物中化学成分的提取效率，常将植物粉碎，得到不同粒度的粉末。然而，植物的不同器官和组织，其次生代谢产物的种类和含量往往是不同的。例如，除虫菊素主要分布在除虫菊花的雄蕊中，而花冠中则相对较少；水杨酸及葡糖基水杨酸主要分布在烟草叶的叶肉中，脉管中则很少；而麻黄碱也主要分布在麻黄植物草质茎的髓部，而根部则主要含麻黄根碱。另一方面，植物不同器官和组织的机械脆性也不一样。例如，麻黄的草质茎比根易粉碎，而草质茎的髓部比纤维等组织易粉碎。也就是说，植物的不同器官和组织，其成分含量和脆碎度均可能不同。因此，在提取植物成分时，应该重视植物粉末粒度与成分含量之间的关系。
如果在大规模生产前，筛选植物的最佳粉末粒度范围，仅将此粒度范围的植物粉末用于提取，可以降低设备、场地、能源、人力的消耗，提高植物资源的利用率，从而达到节约资源、降低成本、减少污染的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高植物成分提取效率的方法，主要包括以下步骤：
(1)分离植物的各个器官；
(2)将植物的各个器官粉碎；
(3)将植物粉末过筛分成不同粒度范围的样品，计算每个粒度范围的质量百分比；
(4)对不同粒度范围的粉末进行成分提取；
(5)测定不同粒度范围粉末的成分含量；
(6)分析目标成分的含量与植物粉末粒度之间的关系；
(7)植物粉末的显微观察，验证成分含量与样品粒度之间的关系；
(8)选出最佳粒度范围；
(9)各个植物器官采用最佳样品粒度范围进行成分提取。
所述步骤(1)中植物的器官包括：营养器官(根、茎、叶)和生殖器官(花、果实、种子)。
所述步骤(2)中植物粉碎方法为粉碎50s(每10s停顿2s)，所用仪器为常用的粉碎机，如JYL-350九阳料理机等。
所述步骤(3)中所使用的筛子包括但不限于国家标准的R40/3系列药筛。
所述步骤(4)中提取不同粒度范围粉末成分的方法为生产产品时的提取方法，如热回流提取、索氏提取、渗漉、冷浸等。
所述步骤(5)中成分含量的测定包括高效液相法、紫外分光光度法等常用分析方法。
所述步骤(6)中数据处理可使用统计学分析软件SPSS17.0等。
所述步骤(7)中取植物粉末少许，水合氯醛试液透化制片，置显微镜下观察各粉末的主要组织。
所述步骤(8)中通过分析目标成分的含量与植物粉末粒度之间的关系，结合显微镜观察的结果选出最佳粒度范围。
所述步骤(9)中采用最佳粉末粒度范围进行大规模植物成分提取，提取方法与步骤(4)相同。
该方法适用于植物成分提取，通过选取最佳植物粉末粒度范围可大大提高提取效率、节约资源、降低成本、减少污染，因此值得推广。
附图说明
图1三批内蒙古产草麻黄草质茎粉末样品的出粉率图
图2B批内蒙古产草麻黄草质茎7个不同粒度范围粉末样品的典型HPLC色谱图截图
图3三批草麻黄粉末样品的粒度与其麻黄碱含量的关系图
图4三批草麻黄粉末样品的粒度与其伪麻黄碱含量的关系图
图5三批草麻黄粉末样品的粒度与其甲基麻黄碱含量的关系图
图6B批草麻黄草质茎粉末样品初次打粉与二次打粉的麻黄碱含量比较图(n＝3)
图7B批草麻黄草质茎粉末样品初次打粉与二次打粉的伪麻黄碱含量比较图(n＝3)
图8B批草麻黄草质茎粉末样品初次打粉与二次打粉的甲基麻黄碱含量比较图(n＝3)
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，该实施例不应解释为对本发明的限制。
实施例
1.仪器
仪器：JYL-350九阳料理机(中国济南)；20目、40目、60目、80目、100目、200目和300目标准检验筛(中国浙江)；COICH6303生物显微镜(中国重庆)，配备DPIXEL200专业数字摄像头(中国广州)；LC-2010AHT高效液相色谱仪(Shimadzu，Japan)，配备自动进样器和Class-VP6.12SP5色谱工作站；A200S电子天平(Sartorius，Germany)；KQ-2200B超声波清洗器(中国昆山)。
2.样品和试剂
样品：.A、B、C三批草麻黄全株植物样品均产自中国内蒙古，并经形态学鉴定。
试剂：盐酸麻黄碱对照品(批号：171241-200303)，盐酸伪麻黄碱对照品(批号：171237-200807)和盐酸甲基麻黄碱对照品(批号：171247-200301)购自中国药品生物制品检定所；甲醇为色谱纯(百灵威科技有限公司)；磷酸和三乙胺均为分析纯(重庆川东化工有限公司)；试验用水为纯化水。
3.分离草麻黄的各个器官
取草麻黄的草质茎，经空气干燥，每批样品取50g。
4.不同粒度范围草麻黄粉末的制备
用JYL-350九阳料理机粉碎50s(每10s停顿2s)，过筛，分成具有不同粒度范围的7个部分。它们的粒度范围分别为：≤20目、20-40目、40-60目、60-80目、80-100目、100-200目和＞200目。
精密称定A、B、C三批草麻黄草质茎7个不同粒度范围的重量，并计算其质量百分比(％，W/W)。从图1中可以看出，草麻黄草质茎7个粒度范围粉末样品的质量百分率不同。说明在粉碎过程中，草麻黄草质茎的不同组织在7个粒度范围粉末样品中的分布不一致。
5.不同粒度草麻黄粉末生物碱的提取
取每个粒度范围的草麻黄粉末约0.5g，精密称定，置具塞锥形瓶中，加入20％乙醇15ml，浸泡12h，超声提取30min，滤过，滤液置50ml量瓶中；残渣重复超声提取两次，收集滤液，置同一量瓶中，用20％乙醇稀释定容，即得。
6.生物碱对照品溶液的制备
盐酸麻黄碱对照品溶液的制备取盐酸麻黄碱对照品50.0mg，精密称定，置50ml量瓶中，用20％乙醇溶解定容，得盐酸麻黄碱对照品贮备液。精密量取该贮备液适量，用20％乙醇稀释定容，即得。
盐酸伪麻黄碱对照品溶液的制备取盐酸伪麻黄碱对照品50.0mg，精密称定，置50ml量瓶中，用20％乙醇溶解定容，得盐酸伪麻黄碱对照品贮备液。精密量取该贮备液适量，用20％乙醇稀释定容，即得。
盐酸甲基麻黄碱对照品溶液的制备取盐酸甲基麻黄碱对照品10.0mg，精密称定，置50ml量瓶中，用20％乙醇溶解定容，得盐酸甲基麻黄碱对照品贮备液。精密量取该贮备液适量，用20％乙醇稀释定容，即得。
7.草麻黄粉末样品中生物碱含量的测定
HPLC色谱条件：色谱柱为Watersμ-BondapakC18(300mm×3.9mm，10μm)；流动相为水-磷酸-三乙胺(100∶0.1∶0.1，v/v/v)∶甲醇(98∶2)；流速为1.0ml/min；紫外检测器的检测波长为210nm；柱温为30℃；进样量为20μl。
分别精密量取盐酸麻黄碱对照品溶液、盐酸伪麻黄碱对照品溶液、盐酸甲基麻黄碱对照品溶液、供试品溶液各20μl，注入液相色谱仪，记录色谱图，按外标法以峰面积计算，即得样品中麻黄碱、伪麻黄碱和甲基麻黄碱的含量。B批内蒙古产草麻黄草质茎7个不同粒度范围粉末样品的典型HPLC色谱图截图见图2。
8.生物碱含量与样品粒度关系分析
三批共计21个草麻黄样品的麻黄碱、伪麻黄碱以及甲基麻黄碱的含量被测得。采用统计学方法对所得数据进行分析，所用统计学分析软件为SPSS17.0。结果见图3、图4和图5。
从图3中可以看出，A、B、C三批7个不同粒度范围草麻黄草质茎粉末样品的麻黄碱含量是不同的，其中，粒度范围为100-200目和＞200目粉末样品中的麻黄碱含量明显高于粒度范围为≤20目、20-40目、40-60目、60-80目和80-100目的粉末样品；从图4和图5中也可以看出，A，B，C三批7个不同粒度范围草麻黄草质茎粉末样品的伪麻黄碱和甲基麻黄碱的含量也不同，而且表现出与麻黄碱含量相类似的分布。
三批草麻黄7个不同粒度范围粉末样品中麻黄碱、伪麻黄碱及甲基麻黄碱含量的变化趋势均可以用回归曲线表示，其含量平均值的回归方程分别为：Y麻黄碱＝7.559-4.183x+0.770x2(R2＝0.743，p＜0.001)、Y伪麻黄碱＝2.250-1.125x+0.206x2(R2＝0.787，p＜0.001)和Y甲基麻黄碱＝0.436-0.254x+0.047x2(R2＝0.807，p＜0.001)。从图3中的回归曲线也可以看出A、B、C三批7个不同粒度范围草麻黄草质茎粉末样品的麻黄碱含量有着相似的变化趋势；虽然C批样品的回归曲线与A批和B批样品略有不同，但我们推测这可能是由于样品本身的差异引起的，如野生品种和栽培品种之间的差异等。同样，从图4和图5中也可以看出，A、B、C三批7个不同粒度范围草麻黄草质茎粉末样品的伪麻黄碱及甲基麻黄碱含量也有着类似的变化趋势。而且，从图3、图4和图5中的回归曲线可以看出，麻黄碱、伪麻黄碱和甲基麻黄碱的含量在三批草麻黄样品里的变化趋势也基本相同。总之，草麻黄草质茎粉末样品粒度与其麻黄碱、伪麻黄碱及甲基麻黄碱含量的关系均可能用二次方程来表示。
为了证明影响麻黄生物碱含量的主要因素不是萃取速度，而是生物碱在植物组织中的分布，我们分别取≤20目、20-40目、40-60目、60-80目和80-100目的粉末样品适量，进行二次粉碎、过筛，直至大部分样品的粒度范围为100-200目。分别测定这些样品中的麻黄碱、伪麻黄碱及甲基麻黄碱的含量，与相应的初次粉碎样品中麻黄生物碱的含量进行比较。由图6、图7和图8可以看出，经二次粉碎后，麻黄生物碱的含量变化不大，草麻黄草质茎7个不同粒度范围样品中麻黄碱、伪麻黄碱和甲基麻黄碱的含量差异确实是由植物组织中生物碱的分布差异所致，而由提取速度引起的差异可忽略不计。
9.草麻黄粉末的显微镜观察
分别取各种草麻黄粉末少许(包括初次粉碎和二次粉碎)，水合氯醛试液透化制片，置显微镜下观察各粉末的主要组织。显微观察结果显示：三批7个不同粒度范围的草麻黄粉末，粒度范围为≤20目、20-40目、40-60目、60-80目和80-100目的草麻黄草质茎粉末样品中主要是一些纤维和表皮碎片，以及少量散在的髓薄壁细胞；粒度范围为100-200目和＞200目的草麻黄草质茎粉末样品中则大部分是散在的髓薄壁细胞。因此可以得出，草麻黄草质茎中易粉碎的髓部组织主要分布在粒度范围为100-200目和＞200目的粉末中。
10.结论
本发明通过分析A、B、C三批草麻黄草质茎中麻黄碱、伪麻黄碱及甲基麻黄碱含量与粉末粒度的关系，结合显微镜观察，从7个不同粒度范围筛选出最佳粒度范围100-200目和＞200目。由此可知，提取草麻黄的麻黄生物碱时，有必要考虑粒度与生物碱含量的关系，筛选最佳粉末粒度进行成分提取。本发明可合理利用不同粒度的样品粉末，提高植物成分的提取率，节约资源，适用于药品、食品、化妆品等生产中的植物成分提取。