響應(yīng)曲面法優(yōu)化新疆野薔薇根中總鞣質(zhì)的提取工藝

古麗美克熱依·吐尼亞孜， 古力齊曼·阿布力孜， 努爾皮達(dá)·阿卜拉江， 迪麗努爾·馬里克

（新疆師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，新疆烏魯木齊830054）

響應(yīng)曲面法優(yōu)化新疆野薔薇根中總鞣質(zhì)的提取工藝

古麗美克熱依·吐尼亞孜， 古力齊曼·阿布力孜， 努爾皮達(dá)·阿卜拉江， 迪麗努爾·馬里克?

（新疆師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，新疆烏魯木齊830054）

采用超聲-微波協(xié)同萃取法提取野薔薇根中總鞣質(zhì)，利用響應(yīng)曲面法優(yōu)化提取工藝條件，以優(yōu)選野薔薇根為原料，以總鞣質(zhì)提取率為響應(yīng)值，分別考察丙酮濃度、提取功率、提取時(shí)間、料液比4個(gè)因素對野薔薇根總鞣質(zhì)提取率的影響。應(yīng)用Box-Behnken中心組合方法進(jìn)行四因素三水平試驗(yàn)，進(jìn)行響應(yīng)面分析。在最佳條件下，即體積分?jǐn)?shù)為80%的丙酮，以1∶39為料液比，功率200W下提取3.95min時(shí)總鞣質(zhì)提取效率達(dá)2.039mg/g。實(shí)際總鞣質(zhì)的得率與總鞣質(zhì)的預(yù)測值基本吻合，使用該方法能合理優(yōu)化野薔薇根總鞣質(zhì)，提取方法簡便，能大大縮短提取時(shí)間。

野薔薇根；總鞣質(zhì)；超聲微波輔助法；響應(yīng)面分析法

野薔薇（Rosa spp）為薔薇科，薔薇屬植物，抗性和適應(yīng)性較強(qiáng)，好栽培、易成活，生長在山間、林地、河谷、溪旁及林緣里。研究證明其具有清熱解毒，祛風(fēng)除濕，活血調(diào)經(jīng)，固精縮尿，消骨鯁。主瘡癰腫痛，燙傷，口瘡，痔血，鼻衄，關(guān)節(jié)疼痛，月經(jīng)不調(diào)，痛經(jīng)，久痢不愈，遺尿，尿頻，白帶過多，子宮脫垂，骨鯁作用［1］。鞣質(zhì)是野薔薇中的主要成分之一，鞣質(zhì)又稱單寧，是一類比較復(fù)雜的具有沉淀蛋白質(zhì)性質(zhì)的水溶性多元酚類化合物［1］，廣泛存在于植物中，具有多方面生物活性，主要表現(xiàn)為抗腫瘤、抗脂質(zhì)過氧化、清除自由基、抗過敏皰疹以及止血止瀉和治燒傷［2-4］等。此外鞣質(zhì)又是一種無毒的天然食品抗氧化劑［5］，具有廣泛的開發(fā)利用價(jià)值。文章利用最新超聲-微波協(xié)同萃取法［6］，將微波的高能作用和超聲波振動(dòng)的空化作用（同時(shí)具有萃取和機(jī)械攪拌作用）有機(jī)結(jié)合［7］，輔助提取以野薔薇（Rosamu1tif1ora）根中總鞣質(zhì)、采用紫外分光光度法測定總鞣質(zhì)含量，采用響應(yīng)面分析法（Response Surface Methodo1ogy，RSM）優(yōu)化總鞣質(zhì)的提取工藝，以期為野薔薇根總鞣質(zhì)的進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

野薔薇根，采自新疆喀什地區(qū)。沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品（中國藥品生物制品檢定所）；乙醇（95%）；沒食子酸對照品（純度≥98%），丙酮，磷酸，鹽酸，無水碳酸鈉，硫酸鋰，溴水，上述試劑均為分析純。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的鐵氰化鉀溶液、10%的三氯乙酸溶液、0.1%的三氯化鐵溶液、去離子水。

日立U-3310紫外可見分光光度計(jì)（日本日立公司）；XH-300B型超聲-微波組合合成/萃取儀（北京祥鵠科技發(fā)展有限公司）；SHZ-D（Ⅲ）循環(huán)水式真空泵（鞏義市英峪子華儀器廠）；RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（上海亞榮生儀器廠）；HFP-200型高速功能粉碎機(jī)；電子天平（賽多利斯科學(xué)儀器有限公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 總鞣質(zhì)提取工藝流程

稱取干燥的野薔薇根，干燥粉碎，用3倍石油醚回流脫脂5 h，濃縮干燥待用。

精密稱取干燥的野薔薇根粉末1 g，料液比為1：40，微波功率為300W，提取4 min，合并兩次提取液，過濾，將濾液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

精確稱取沒食子酸對照品1.2 mg置于25mL的棕色容量瓶中，加蒸餾水溶解稀釋至刻度，混合均勻，配制成0.048 mg/mL的沒食子酸對照品溶液備用。

1.2.3 顯色劑的制備

于1000mL磨口回流裝置內(nèi)加入鎢酸鈉（Na2WO4·2H2O）50 g，鉬酸鈉（NaMoO4·2H2O）12.5 g。蒸餾水350 mL，體積分?jǐn)?shù)為85%的磷酸25 mL，濃鹽酸50 mL，溫火回流10 h，加入硫酸鋰（Li2SO4）75 g，蒸餾水25mL，混勻取去冷凝器，加入幾滴液溴，再蒸沸15min，以驅(qū)逐殘溴及除去顏色，溶液應(yīng)呈黃色。若溶液有綠色，需再加數(shù)滴液溴，再蒸沸除去，冷卻后定容至500 mL，過濾，置于棕色瓶中保存，此溶液使用時(shí)加3倍蒸餾水稀釋［8-9］。

1.2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別精取1，2，3，4，5mL沒食子酸對照品溶液，分別置于50 mL容量瓶中分別加入顯色劑、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29%碳酸鈉溶液和蒸餾水定容至50 mL，搖勻。同時(shí)用蒸餾水做空白，用紫外可見分光光度計(jì)在波長760 nm處測定吸光度，畫出標(biāo)準(zhǔn)曲線，得回歸方程Y=0.1148C+0.2356，相關(guān)系數(shù)（R2=0.9992）。

1.2.5 響應(yīng)面分析優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)Box-Benhnken的中心組合設(shè)計(jì)原理，以影響野薔薇根總鞣質(zhì)得率的丙酮濃度（A）、料液比（B）、微波功率（C）、時(shí)間（D）4因素為自變量，以野薔薇根總鞣質(zhì)提取率（Y）為響應(yīng)值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)［8-9］。精密吸取樣品溶液2 mL，加入顯色劑，在760 nm處測吸光度，代入回歸方程，對總鞣質(zhì)含量進(jìn)行測定。

表1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)因素水平

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 丙酮濃度對提取率的影響

在料液比為1：40，微波提取4min，提取功率為300W的條件下，考察不同的丙酮體積分?jǐn)?shù)（20%，40%，60%，80%，100%）。提取過后過濾，合并兩次提取液的濾液，在40-50℃左右濃縮。在760 nm處測定吸光度。計(jì)算總鞣質(zhì)的提取率。

由圖1可知：總鞣質(zhì)提取率隨丙酮濃度增大而有所改變，當(dāng)丙酮濃度達(dá)60%后，提取率又開始緩慢下降，故選取丙酮濃度為100%-80%較為合適。

圖1 丙酮濃度對提取率的影響

2.1.2 料液比對提取率的影響

在丙酮體積分?jǐn)?shù)為80%，微波提取4 min，提取功率為300 W的條件下，考察不同的料液比（1：10，1：20，1：30，1：40、1：50）。提取后過濾，合并兩次提取液的濾液，在40-50℃左右濃縮。在760 nm處測定吸光度。計(jì)算總鞣質(zhì)的提取率。

由圖2可知：總鞣質(zhì)提取率隨液料比增大而改變，當(dāng)達(dá)1∶30后，提取率趨于上升，這是因總鞣質(zhì)中丙酮含量有限，當(dāng)提取劑達(dá)到一定比例后，總鞣質(zhì)可能已完全浸出，當(dāng)再提高提取劑比例時(shí)，提取率仍保持穩(wěn)定。所以選擇液料比1∶30-1∶50為宜。

2.1.3 微波功率對提取率的影響

在丙酮體積分?jǐn)?shù)為80%，微波提取4 min，料液比為1：40的條件下，考察不同的微波功率（100，200，300，400，500W）。提取過后過濾，合并兩次提取液的濾液，在40-50℃左右濃縮。在760 nm處測定吸光度。計(jì)算總鞣質(zhì)的提取率。

圖2 料液比對提取率的影響

圖3 微波功率對提取率的影響

由圖3可知，總鞣質(zhì)提取率隨微波功率增大而緩慢升高，在300W時(shí)趨近于最大值，故選擇提取功率為200-400W間較合適。

2.1.4 提取時(shí)間對提取率的影響

在丙酮體積分?jǐn)?shù)為80%，料液比為1：40，微波功率為300W的條件下，考察不同的提取時(shí)間（1、2、3、4、5min）。提取過后過濾，合并兩次提取液的濾液，在40-50℃左右濃縮。在760 nm處測定吸光度。計(jì)算總鞣質(zhì)的提取率。

圖4 時(shí)間對提取率的影響

由圖4可知，在3min至5min時(shí)提取率隨提取時(shí)間延長而逐漸升高；但達(dá)到4min后提取率趨于穩(wěn)定達(dá)到最高值，故提取時(shí)間以3-5min較為合適。

2.2 響應(yīng)面分析與優(yōu)化野薔薇總鞣質(zhì)提取工藝

以總鞣質(zhì)的提取率為指標(biāo)，依據(jù)表1響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案進(jìn)行提取，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果

采用Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行多項(xiàng)式回歸擬合，建立多元二次響應(yīng)面回歸模型：

Y=1.928+0.0136A+0.0175B-0.0136C-5.667×10-3D-0.028AB-0.049AC-9.75×10-3AD-0.022BC+0.049BD+0.0197CD+0.031A2-0.12B2+0.074C2-0.06D2。

因素的ANOVA分析見表3。

表3 響應(yīng)曲面二次回歸方程模型方差分析結(jié)果

由表3可看出，模型的“p＞F”值小于0.0001，表明二次方程擬合極顯著，失擬項(xiàng)F值大于0.05，表明失擬項(xiàng)相對于絕對誤差是不顯著的。決定系數(shù)為R2=0.9938，校正系數(shù)R2=0.9876，也說明回歸方程的擬合程度很好，失擬較小?；貧w模型系數(shù)顯著性結(jié)果表明該模型中A，B，C，AB，AC，BC，BD，CD，A2，B2C2，D2對野薔薇總鞣質(zhì)得率的影響非常顯著（P＜0.01）。綜上所述，該回歸方程為優(yōu)化野薔薇根總鞣質(zhì)的提取工藝條件提供了一個(gè)良好的模型，可以利用該回歸方程確定最佳提取工藝條件。

根據(jù)多元線性回歸方程，用Design expert 7.0.0軟件對試驗(yàn)進(jìn)行響應(yīng)面分析，其結(jié)果如圖5所示。

圖5 各因素響應(yīng)面圖

響應(yīng)面分析圖可以反映各因素對響應(yīng)值的影響及最佳參數(shù)和各參數(shù)之間的相互作用。圖5直觀地反映了各因素對響應(yīng)值的影響，結(jié)合回歸方程的結(jié)果，比較6組圖可知，對微波輔助提取野薔薇根總鞣質(zhì)提取工藝影響較大的因素是提取時(shí)間，丙酮濃度和料液比。

2.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

分別取野薔薇根粉末約3g，分別在此最佳條件下，即丙酮濃度為80%，功率200w，料液比1：34，提取時(shí)間3.95min，進(jìn)行三次平行實(shí)驗(yàn)，測得野薔薇根總鞣質(zhì)的提取率為2.039 mg/g。

3 結(jié) 論

文章以野薔薇根為原料，采用超聲-微波提取法提取總鞣質(zhì)，利用響應(yīng)曲面法優(yōu)化野薔薇根中總鞣質(zhì)的提取工藝。單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)研究了各因素對提取率的影響，在此基礎(chǔ)上通過設(shè)計(jì)四因素三水平響應(yīng)面法試驗(yàn)，建立了響應(yīng)值（提取率）與各因素之間的響應(yīng)曲面二次回歸方程模型，依此模型可以預(yù)測理論提取率。根據(jù)響應(yīng)曲面二次回歸方程模型方差結(jié)果與分析，確定野薔薇根中總鞣質(zhì)的提取最佳工藝參數(shù)為提取時(shí)間為3.95min、丙酮濃度為80%，微波功率為200W，料液比1：39。在此工藝條件下，野薔薇總鞣質(zhì)提取率達(dá)到最大值，為2.039 mg/g。此提取法具有快速、高效、簡單、且無污染等特點(diǎn)，利用響應(yīng)曲面法對提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，可提高提取效率，接近理論提取率，對野薔薇的開發(fā)利用有重要意義。

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Study on Ultrasonic-m icrowave Extraction of Total Tannin from Root of Rosa M ultiflora from Xinjiang

TUNlYAZGulmikray， ABLlZ Gulqiman， ABLAJAN Nurpida， MALlKE Dilinuer?
（Department ofChemistry and Chemical Engineering，Xinjiang Normal University，Urumuqi，Xinjiang，830054，China）

To optimize the best extraction method of tota1 tannin in the root of rosamu1tif1ora.Method：Using sing1e factor investigation and the response surfacemethod to determine the best optima1extraction conditions.Resu1ts：the optima1extraction conditions inc1ude 80%acetone，1∶39 themateria1/so1ution ratio，200w the u1trasonic power and 3.95 min the time for themaximum tota1 tannin compounds（2.039mg/g）.Conc1usion：The extraction method is economica1，reasonab1e，simp1e.

Rosa mu1tif1ora；Tota1 tanin；U1trasonic microwave doub1e auxi1iary method；Response surface method

O658.2

A

1008-9659（2015）04-011-07

2015-09-25

新疆少數(shù)民族科技人才特殊培養(yǎng)計(jì)劃科研項(xiàng)目（201423121）。

古麗美克熱依·吐尼亞孜（1989-），女，新疆烏魯木齊人，碩士研究生，主要從事天然產(chǎn)物的研究。

?［通訊作者］迪麗努爾·馬里克（1964-），女，新疆烏魯木齊人，教授，主要從事天然產(chǎn)物方向的研究。