壯藥一匹綢中咖啡酸最優(yōu)提取工藝研究

李丹妮，吳佳雯，蔣麗娟，劉蘇妮，朱 華

(1.廣西民族大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院 廣西多糖材料與改性重點實驗室，廣西 南寧 530006；2.廣西中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院，廣西 南寧 530200)

壯藥一匹綢別名白面水雞、白背絲綢、白牡丹等，屬于旋花科植物類ArgyreiaacetaLour的莖葉，具有消炎解毒、祛風(fēng)祛濕、緩解咳嗽、止血散癖及鎮(zhèn)痛等功效；用于治療許多常見的病癥，如風(fēng)濕疼痛、慢性氣管炎等，也可以治療一些硬化病，如腎炎水腫和肝硬化腹水等。一匹綢藥材一般分布于崇左市、貴港市、防城港以及武鳴縣等廣西各個區(qū)域，是自治區(qū)中醫(yī)常用的解毒藥之一，內(nèi)治咳嗽、腎炎水腫以及筋脈不舒等癥狀，外用于治療梅毒，其所含的有效成分咖啡酸，與臨床治療密切相關(guān)。采用微波、紫外、超聲波三位一體合成萃取反應(yīng)儀提取一匹稠中的咖啡酸，充分利用超聲波具有的熱效應(yīng)、空化效應(yīng)以及機械效應(yīng)，經(jīng)過增加介質(zhì)分子的運動速率和增大其透射力來提煉中藥的有效成分[1-2]。微波提取是通過高頻電磁波透射物質(zhì)的介質(zhì)，從而作用于物質(zhì)中的維管束以及腺胞體系的過程[3-4]。通常，熱提取是以熱傳導(dǎo)以及熱輻射這種形式從外面向里面施加影響，然而微波提取是以偶極子的轉(zhuǎn)動與離子間的傳導(dǎo)這兩個過程從里面和外面同步加熱[5-6]。同其他常用提取手段相比，微波提取手段具有用時短、低溫操作、能耗小且質(zhì)量好等優(yōu)點[7]。本研究采用微波-超聲波提取一匹綢中的咖啡酸，發(fā)現(xiàn)咖啡酸提取率與文獻報道[8]的提取率相比，有很大提高，現(xiàn)將研究過程報道如下。

1 儀器與材料

1.1 儀器

U Wave-1000型微波紫外超聲波三位一體合成萃取反應(yīng)儀(上海新儀微波化學(xué)科技有限公司)；Agilent Cary60分光光度計(Agilent Technologies)、DHG·9240A 電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)；粉碎機(浙江大鵬機械有限公司)、LD5-2A型低速離心機(上海珂淮儀器有限公司)。

1.2 試劑

咖啡酸(上海阿拉丁生化科技股份有限公司)；無水乙醇、甲醇等均為分析純；本研究所用純水為實驗室自制。

1.3 藥材

本研究所用壯藥一匹綢的產(chǎn)地為廣西崇左，經(jīng)廣西中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院中藥鑒定教研室鑒定為真品。本研究所用一匹綢藥材樣品，均為旋花科植物白鶴藤的地上部分。

2 研究方法與結(jié)果

2.1 咖啡酸標準曲線的繪制

分別稱量咖啡酸標準品，用甲醇將其定容至25 mL的容量瓶中，將其稀釋為濃度分別為1 mg/mL、2 mg/mL、3 mg/mL、4 mg/mL、5 mg/mL的標準溶液。最后以X軸和Y軸分別表示質(zhì)量濃度(mg/mL)和吸光度(Abs)，得到回歸方程：y= 0.949x-0.007 9，R2=0.999 5。見圖1。

圖1 咖啡酸標準溶液濃度曲線

2.2 單一因素實驗

2.2.1 反應(yīng)時間 稱量一匹綢5份，每份2.0g，按提取條件：微波-超聲波功率300 W，料液比1∶90，乙醇體積分數(shù)95%、30 ℃，分別提取10 min、15 min、20 min、25 min和30 min，得出咖啡酸最佳提取工藝的反應(yīng)時間為20 min。見圖2。

圖2 反應(yīng)時間對咖啡酸提取率的影響

2.2.2 乙醇體積分數(shù) 稱量一匹綢適量，每份2.0 g，按提取條件：30 ℃，微波-超聲波功率300 W，反應(yīng)時間20 min，料液比為1∶90。依次用45%、55%、65%、75%、85%、95%的乙醇溶液提取一匹綢咖啡酸，最佳提取工藝的乙醇體積分數(shù)為85%。見圖3。

圖3 乙醇體積分數(shù)對咖啡酸提取率的影響

2.2.3 料液比 稱量一匹綢適量，每份2.0 g，按提取條件：30 ℃，微波-超聲波功率300 W，85%乙醇，反應(yīng)時間20 min，將一匹綢藥分別以料液比為1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70、1∶80、1∶90分別提取。本實驗設(shè)定最大的微波-超聲波功率300 W、最佳的乙醇體積分數(shù)為85%和最優(yōu)的反應(yīng)時間20 min，將8份一匹綢藥品分別按料液比1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70、1∶80、1∶90來提取，結(jié)果最佳提取的料液比為 1∶70。見圖4。

圖4 料液比對咖啡酸提取率的影響

2.2.4 微波-超聲波功率 稱量一匹綢適量，每份2.0 g，按提取條件：30 ℃，85%乙醇，反應(yīng)時間20 min，料液比1∶70，分別用微波-超聲波功率100 W、150 W、200 W、250 W、300 W提取，結(jié)果最佳提取微波-超聲波功率為200 W。見圖5。

圖5 微波-超聲波功率對咖啡酸提取率的影響

2.2.5 提取次數(shù) 稱量一匹綢適量，每份2.0 g，按提取條件：30 ℃，85%乙醇，反應(yīng)時間20 min，料液比1∶70，微波-超聲波功率200 W，分別提取1次、2次、3次，結(jié)果最佳提取次數(shù)為2次。見圖6。

圖6 提取次數(shù)對咖啡酸提取率的影響

2.3 正交實驗

采用“Design-Expert 8.0.6b ”軟件優(yōu)化一匹綢中咖啡酸的提取工藝。每一個考察對象設(shè)置3組水平，分別以代碼“-1、0、+1”來表示。見表1。

表1 正交實驗因素與水平

3 結(jié)果與分析

3.1 一匹綢咖啡酸不同提取方法的二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計

根據(jù)以上實驗，可得最佳提取工藝：反應(yīng)時間20 min，乙醇體積分數(shù)85%，料液比1∶70，微波-超聲波功率200 W。根據(jù)實驗結(jié)果，以反應(yīng)時間、微波-超聲波功率與乙醇體積分數(shù)作為最主要的參考對象。在這三個最佳的參考對象前后各設(shè)計一組數(shù)據(jù)實驗，通過 Design-Expert V8.0.6 軟件進行二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計，選取 17種組合方法來進行提取。見表2、表3。

表2 咖啡酸不同方法提取所得含量

3.2 不同提取方法對咖啡酸含量互作效應(yīng)的影響分析

根據(jù)圖7、圖8和圖9，不同的微波-超聲波功率、反應(yīng)時間和乙醇體積分數(shù)對咖啡酸提取率的交互效應(yīng)有以下影響：①在微波-超聲波功率恒定時，隨著反應(yīng)時間的遞增，咖啡酸的提取率略有增加，但變化的幅度不明顯。隨著乙醇的體積分數(shù)遞增，咖啡酸的提取率出現(xiàn)先升后降的趨向；②在反應(yīng)時間恒定時，隨著微波-超聲波功率的遞增，咖啡酸的提取率出現(xiàn)先升后降的趨向，并且在15 min 左右有峰值出現(xiàn)。隨著乙醇體積分數(shù)的增加，咖啡酸的提取率先上升后下降，且變化趨勢明顯；③在乙醇體積分數(shù)恒定的條件下，隨著反應(yīng)時間的遞增，咖啡酸的提取率出現(xiàn)“先升后降”的趨向，但變化的幅度不明顯。即使微波-超聲波功率有遞增，但咖啡酸的提取率變化不大。見圖7、圖8、圖9。

3.3 軟件模擬的最優(yōu)方案

由表4可知，由Design-Expert.V 8.0.6軟件設(shè)計分析得到的最優(yōu)方案，即本實驗理論最佳的反應(yīng)時間(A)為16.60 min、最優(yōu)的微波-超聲波功率(B)為250.00 W、最優(yōu)的乙醇體積分數(shù)為83.07%，咖啡酸的提取率：Y=339.71 mg/g。

圖8 乙醇體積分數(shù)和反應(yīng)時間對咖啡酸提取率的響應(yīng)曲面

圖9 乙醇體積分數(shù)和微波-超聲波功率對咖啡酸提取率的響應(yīng)曲面

表4 軟件分析結(jié)果

3.5 驗證實驗

由軟件分析得出的最佳工藝數(shù)據(jù)，應(yīng)驗證其是否穩(wěn)定且高效。以最佳反應(yīng)溫度30 ℃、最佳反應(yīng)時間16.60 min、最佳乙醇體積分數(shù)83.07%、最佳料液比1∶70，按微波-超聲波功率250.00 W分別提取，檢測吸光度，平均測定3次，由咖啡酸標準曲線方程：y= 0.949x-0.007 9，R2=0.999 5。最終得到咖啡酸平均提取率為341.61 mg/g，與預(yù)測值(339.71 mg/g)非常接近，說明軟件模擬出的方案可運用于實際生產(chǎn)中。見圖10。

圖10 五個樣品在最優(yōu)提取條件下對咖啡酸的提取率

4 討論

本研究依照“綠色環(huán)保、高效節(jié)能”的理念，采用熱效應(yīng)、空化效應(yīng)及機械力效應(yīng)結(jié)合微波及偶極子轉(zhuǎn)動與離子間的傳導(dǎo)原理，通過微波-超聲波對一匹綢中咖啡酸進行提取。采用Design-Expert V8.0.6 軟件，分析得出了最優(yōu)提取工藝：反應(yīng)時間16.60 min，乙醇體積分數(shù)83.07%，微波-超聲波功率250.00 W，并對其進行了驗證。結(jié)果一匹綢中咖啡酸平均提取率為341.61 mg/g，與理論值(339.71 mg/g)非常接近，表明試驗方法具有可行型，還具有節(jié)能、省時和高效的特點，這為圍繞一匹綢的新藥研發(fā)提供了科學(xué)依據(jù)。