響應(yīng)面法優(yōu)化徐長(zhǎng)卿中丹皮酚的提取工藝

翟科峰，段紅，曹穩(wěn)根

響應(yīng)面法優(yōu)化徐長(zhǎng)卿中丹皮酚的提取工藝

翟科峰1，2，3，段紅1，2，3，曹穩(wěn)根3

1.宿州學(xué)院藥物生物技術(shù)研究所，安徽宿州，234000;
2.宿州學(xué)院特色種植業(yè)苗種生產(chǎn)工程技術(shù)研究中心，安徽宿州，234000;
3.宿州學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，安徽宿州，234000

運(yùn)用響應(yīng)面法優(yōu)化徐長(zhǎng)卿中丹皮酚的最佳提取工藝。采用水蒸汽蒸餾法，首先從料液比、提取時(shí)間、NaCl量、藥材粉碎粒徑、浸潤(rùn)時(shí)間和藥材浸透所需超聲時(shí)間中篩選出影響丹皮酚提取的重要因素;其次，根據(jù)部分因子實(shí)驗(yàn)篩選出顯著影響因子進(jìn)行最陡爬坡實(shí)驗(yàn);最后，對(duì)自變量各水平進(jìn)行多元線性回歸及二項(xiàng)式擬合，應(yīng)用響應(yīng)面法優(yōu)化最佳工藝，并進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。結(jié)果表明，對(duì)丹皮酚提取效果有顯著影響的因素為料液比、提取時(shí)間和NaCl量，藥材粉碎粒徑和浸潤(rùn)時(shí)間有一定影響，藥材浸透所需超聲時(shí)間基本無影響。確定最優(yōu)提取工藝條件為料液比1∶30、提取時(shí)間160 min、NaCl量60 g/kg、藥材粉碎粒徑0.44 mm、浸潤(rùn)時(shí)間1 h。響應(yīng)面法優(yōu)選出的丹皮酚提取工藝，方法簡(jiǎn)便，穩(wěn)定可行，精確度高。

響應(yīng)面法;水蒸汽蒸餾法;徐長(zhǎng)卿;丹皮酚;提取工藝

丹皮酚具有熔點(diǎn)低(49.5℃～50℃)，極易揮發(fā)，水溶性差等特性。針對(duì)該特性，常用的提取方法有溶劑浸潤(rùn)提取法、超聲波輔助提取法、超臨界CO2流體萃取法和水蒸氣蒸餾法等。溶劑浸潤(rùn)提法雖然操作簡(jiǎn)單、省時(shí)、省力，但是所用溶劑量較大，無法直接獲得丹皮酚晶體，并且提取物所含雜質(zhì)較多;超聲波輔助提取法雖然消耗溶劑相對(duì)較少、浸出效率較高，但中試放大工藝尚不完善;超臨界CO2流體萃取法雖可直接獲得丹皮酚晶體，但是需要精密大型儀器，價(jià)格昂貴;水蒸氣蒸餾法可以直接獲得丹皮酚晶體，提取的丹皮酚純度較高，提取成本低，且不需要特殊儀器。基于丹皮酚具有很強(qiáng)的揮發(fā)性，可隨水蒸氣蒸餾出，并在冷水中難以溶解的特性，本文擬采用水蒸氣蒸餾法，研究徐長(zhǎng)卿中丹皮酚的提取工藝［3］。在提取過程中，采用部分因子實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以丹皮酚得率為效應(yīng)指標(biāo)，研究水蒸汽蒸餾法提取丹皮酚的各種因素和水平，最終確定徐長(zhǎng)卿中丹皮酚的最佳提取工藝，為丹皮酚的開發(fā)和應(yīng)用提供參考［4-5］。

1 儀器與試藥

HK－04A型手提式粉碎機(jī)(廣州市旭朗機(jī)械設(shè)備有限公司)，F(xiàn)A2004電子分析天平(杭州匯爾儀器設(shè)備有限公司)，電子調(diào)溫電爐(金壇市榮華儀器制造有限公司)，DRP－8403型工業(yè)干燥箱(蘇州德瑞普烘箱制造有限公司)，SHZ－D(Ⅲ)四氟型循環(huán)水真空泵(上海力辰科技公司)，JK－100B型超聲波清洗器(合肥金尼克機(jī)械制造有限公司)，HH24型數(shù)顯恒溫水浴鍋(國(guó)華電器有限公司)，藥典規(guī)定的分子標(biāo)準(zhǔn)篩0.44 mm，0.216 mm(光亮篩具總廠)，燒瓶，冷凝管，長(zhǎng)頸圓底燒瓶，布氏漏斗等蒸餾裝置(安徽天長(zhǎng)玻璃儀器廠)，氯化鈉(分析醇)，蒸餾水(自制)，徐長(zhǎng)卿(購自宿州市康源藥業(yè)有限公司)。

2 方法與結(jié)果

2.1 徐長(zhǎng)卿中丹皮酚的提取流程

2.2 水蒸氣蒸餾法提取丹皮酚重要因素的篩選

參考相關(guān)文獻(xiàn)［6－11］，水蒸氣蒸餾法提取丹皮酚的主要因素有料液比(A)、提取時(shí)間(B)、氯化鈉用量(C)、藥材粉碎粒徑(D)、浸潤(rùn)時(shí)間(E)、藥材浸透所需超聲時(shí)間(F)6個(gè)因素，故以6個(gè)因素作為變量進(jìn)行部分因子實(shí)驗(yàn)。

用電子天平取樣品量分別為60 g、60 g、30 g、30 g、60 g、60 g、30 g、30 g丹皮酚按照表2中順序放入1000 mL的凱式燒瓶中，試驗(yàn)因素與水平如表1，試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果如表2，部分因子實(shí)驗(yàn)結(jié)果的方差分析如表3。以徐長(zhǎng)卿中丹皮酚得率為指標(biāo)，確定重要因素及其變化趨勢(shì)對(duì)提取效率的影響。

表1 徐長(zhǎng)卿中丹皮酚的提取因素與水平

表2 丹皮酚提取試驗(yàn)的設(shè)計(jì)及結(jié)果

表3 部分因子實(shí)驗(yàn)的方差分析

由表3可知，模型組為0.0182小于0.05，因此模型構(gòu)建成功，對(duì)丹皮酚提取效果有顯著影響的因素為料液比、提取時(shí)間、NaCl量;粉碎粒徑和浸潤(rùn)時(shí)間有一定影響;浸透所需超聲時(shí)間無影響。顯著因素對(duì)丹皮酚提取效率的影響可用以下方程表示:Y= 7.08+1.36A+0.85B+0.80C+0.49D－0.41E，此方程的決定系數(shù)(r)為0.9963，說明該方程擬合效果較好。根據(jù)顯著因子效應(yīng)可以得出，若想提高提取效率，需加大料液比和NaCl用量，同時(shí)延長(zhǎng)提取時(shí)間。

2.3 最陡爬坡實(shí)驗(yàn)

依據(jù)部分因子實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，得到顯著因子效應(yīng)的大小，基于此，進(jìn)一步設(shè)計(jì)它們的步長(zhǎng)，開展最陡爬坡實(shí)驗(yàn)，最終尋找最佳提取效率各因素的范圍。用電子天平取樣品量適當(dāng)，按照表4中順序放入1 000 mL的凱式燒瓶中，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表4所示。

表4 最陡爬坡試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由表4可知，前三組試驗(yàn)丹皮酚提取量較多，效果較好，而且第三組試驗(yàn)為模型顯著拐點(diǎn);再加上溶劑量和NaCl量投入較少，提取時(shí)間也較短，故從經(jīng)濟(jì)上考慮較實(shí)惠且節(jié)能降耗，因此綜合考慮應(yīng)選擇前三組作為重要水平予以進(jìn)一步考查。

2.4 徐長(zhǎng)卿中丹皮酚提取工藝優(yōu)化

采用三因素中心組合設(shè)計(jì)，考察料液比、提取時(shí)間、NaCl量等對(duì)丹皮酚提取的影響，因素與水平見表5。用電子天平取樣品量分別為35 g、25 g、35 g、25 g、35 g、25 g、35 g、25 g、30 g、30 g、30 g、30 g、30 g、30 g、30 g丹皮酚按照表6中順序放入1000 mL的凱式燒瓶中，共15組實(shí)驗(yàn)，分析方案及試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表5 丹皮酚提取試驗(yàn)的因素與水平

表6 響應(yīng)面分析方案及試驗(yàn)結(jié)果

利用Design Expert軟件［12-13］，對(duì)徐長(zhǎng)卿中丹皮酚的提取效率(Y)值進(jìn)行效應(yīng)面分析。并分別采用多元線性回歸和二次多項(xiàng)式模型對(duì)影響丹皮酚提取效率的變化規(guī)律進(jìn)行擬合，相關(guān)結(jié)果如下:

二元線性回歸方程:

三元線性回歸方程:

二次多項(xiàng)式回歸方程:

表7 回歸模型方差分析

由表7和圖1分析可知，回歸方程模型具有顯著性(P＜0.05)，說明該模型預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)的實(shí)際擬合較好，因此可知對(duì)丹皮酚提取效果有顯著影響的因素為料液比、提取時(shí)間、NaCl量;藥材粉碎粒徑和浸潤(rùn)時(shí)間有一定影響;藥材浸透所需超聲時(shí)間無影響。確定最優(yōu)提取工藝條件為料液比1∶30、提取時(shí)間160 min、NaCl量60 g/kg、藥材粉碎粒徑0.44 mm、浸潤(rùn)時(shí)間1 h。

2.5 最優(yōu)提取工藝條件驗(yàn)證

按照表8，做平行實(shí)驗(yàn)三組，從表中可以看出各因素間無顯著差別，此前經(jīng)響應(yīng)面法預(yù)測(cè)值為12.1675 g/kg，而根據(jù)最優(yōu)提取工藝條件所做的三次平行實(shí)驗(yàn)所得值均比預(yù)測(cè)值大，此條件可確定為最佳提取工藝條件。

表8 重復(fù)試驗(yàn)(n=3)

圖1 兩因素交互作用的響應(yīng)面(左)及其等高線(右)

2.6 提取次數(shù)對(duì)徐長(zhǎng)卿中丹皮酚提取效率的影響

如表9所示，徐長(zhǎng)卿中丹皮酚第一次蒸餾的平均提取量為13.11 g/kg，占總提取量的93.38%;第二次蒸餾丹皮酚的平均提取量為0.92 g/kg，占總提取量的6.55%。說明徐長(zhǎng)卿中丹皮酚通過一次蒸餾已充分提取。并且本實(shí)驗(yàn)篩選的最佳提取條件效果較好，實(shí)驗(yàn)具有可靠性和重現(xiàn)性。

表9 提取次數(shù)對(duì)徐長(zhǎng)卿中丹皮酚提取效率的影響

3 討論

實(shí)驗(yàn)中以丹皮酚提取量為指標(biāo)，通過對(duì)料液比、提取時(shí)間、NaCl量、藥材粉碎粒徑、浸潤(rùn)時(shí)間和藥材浸透所需超聲時(shí)間6個(gè)因素進(jìn)行初步研究，結(jié)果表明，對(duì)丹皮酚提取效果有顯著影響的因素為料液比、提取時(shí)間、NaCl量;藥材粉碎粒徑和浸潤(rùn)時(shí)間有一定影響;藥材浸透所需超聲時(shí)間無影響。

在工藝研究中，多采取均勻設(shè)計(jì)法或正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法優(yōu)化工藝中的多種參數(shù)。這兩種方法雖然試驗(yàn)次數(shù)較少、簡(jiǎn)便、快捷，然而精度不高。為了提高實(shí)驗(yàn)的精度，本研究采用響應(yīng)面法對(duì)徐長(zhǎng)卿中丹皮酚提取工藝進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。響應(yīng)面法是一種集合統(tǒng)計(jì)學(xué)與數(shù)學(xué)的方法，在化學(xué)反應(yīng)、生化反應(yīng)等多因素試驗(yàn)工藝參數(shù)優(yōu)化過程中廣泛應(yīng)用。該方法具有操作簡(jiǎn)單、方便，實(shí)驗(yàn)次數(shù)較少等特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)過程中可采用線性或非線性多種數(shù)學(xué)模型進(jìn)行擬合，相關(guān)系數(shù)較高。且在中心點(diǎn)做重復(fù)性試驗(yàn)，大大提高實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)度，使得預(yù)測(cè)值更逼近于真實(shí)值。本試驗(yàn)中采用響應(yīng)面法中心組合設(shè)計(jì)優(yōu)化徐長(zhǎng)卿中丹皮酚提取的工藝參數(shù)，為丹皮酚提取工藝研究提供了新的視角［14-16］。

將響應(yīng)面分析法應(yīng)用于丹皮酚的提取工藝中，通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析比較，確定了徐長(zhǎng)卿中丹皮酚的最佳提取工藝條件為:料液比1∶30、提取時(shí)間160 min、NaCl量60 g/kg、藥材粉碎粒徑0.44 mm、浸潤(rùn)時(shí)間1 h。響應(yīng)面法優(yōu)選出徐長(zhǎng)卿中丹皮酚提取工藝，方法簡(jiǎn)便，穩(wěn)定可行，精確度高，易于工業(yè)放大，為徐長(zhǎng)卿藥材的開發(fā)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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(責(zé)任編輯:汪材印)

TQ461;S567.239

A

1673－2006(2016)04－0122－05

10.3969/j.issn.1673－2006.2016.04.032

2015-12-12

安徽省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(1608085QH185);安徽省高等學(xué)校自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(KJ2015A220);安徽省高校省級(jí)優(yōu)秀青年人才支持計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(gxyqZD2016348);宿州學(xué)院博士科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(2015jb12);“宿州學(xué)院特色種植業(yè)苗種生產(chǎn)工程技術(shù)研究中心開放課題”(2015YKF03，2015YKF06)。

翟科峰(1981－)，安徽無為人，博士，講師，主要研究方向:中藥效應(yīng)物質(zhì)基礎(chǔ)與作用機(jī)制。