響應(yīng)面法優(yōu)化盤龍參多酚微波輔助提取工藝＊

吳道宏，歐陽玉祝，唐坤海

（吉首大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖南 吉首 416000）

響應(yīng)面法優(yōu)化盤龍參多酚微波輔助提取工藝＊

吳道宏，歐陽玉祝，唐坤海

（吉首大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖南 吉首 416000）

采用微波輔助提取法考察了乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)、微波功率、微波作用時間、質(zhì)量體積比以及溫度對盤龍參多酚提取率的影響.用響應(yīng)曲面法優(yōu)化盤龍參多酚的提取工藝，并對優(yōu)化結(jié)果進行方差分析.結(jié)果表明，以47%乙醇溶液為提取劑，在48℃下微波提取84min，多酚提取率達0.551%.

響應(yīng)面法；盤龍參多酚；微波輔助提取

盤龍參為蘭科綬草屬植物綬草，別名天龍抱柱、豬牙參、盤龍草［1］，廣泛分布在全國各地［2］，最早記載在《滇南本草》中做為藥材使用［3］，也被藏醫(yī)、蒙醫(yī)廣泛利用［4］.盤龍參主要含二氫菲類［5］、黃酮類［6］、苯丙素類化合物［7-8］.植物多酚是具有酚羥基結(jié)構(gòu)的酚類化合物，具有良好的抗氧化活性和自由基清除能力［9］，廣泛用于食品、化妝品和醫(yī)藥領(lǐng)域.蘋果多酚可防止大腸桿菌和金黃色葡萄球菌引起的食物中毒［10］；兒茶素能夠有效抑制流感病毒［11］；茶多酚能抑制流感病毒［12］、腺病毒［13］、HIV［14］等病毒.微波萃取效率高、能耗小、符合環(huán)境保護要求［15］，在藥物活性成分提取上有廣泛應(yīng)用［16］.用微波輔助法提取盤龍參多酚，用響應(yīng)曲面法優(yōu)化提取工藝條件，研究結(jié)果能為新型天然抗氧劑的研制和抗癌藥物的開發(fā)提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 實驗材料

盤龍參（購于河北省安國市東方紅藥材公司，低溫真空干燥后粉碎至50目備用）；沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品（天津科密歐化學(xué)試劑有限公司）；Folin－Ciocalteu試劑（自制）；其他試劑均為國產(chǎn)分析純.

1.2 儀器與設(shè)備

UV－2450紫外分光光度計（日本島津公司）；FA2104N分析天平（上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司）；NJL07－3實驗用微波爐（南京杰全微波設(shè)備有限公司）；HH－S電熱恒溫水浴鍋（鄭州長城儀器廠）.

1.3 實驗方法

1.3.1 沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線 按照Folin－Ciocalteu法制作多酚含量測定標(biāo)準(zhǔn)曲線［17］.以沒食子酸溶液質(zhì)量濃度（μg／mL）為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到回歸方程：Y＝0.133 9x＋0.045 7，R2＝0.998 3.沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度在0～5.0μg／mL范圍內(nèi)與吸光度線性關(guān)系良好.

1.3.2 盤龍參多酚微波輔助提取方法 稱取2g盤龍參藥材粉末6份分別置于已編號的250mL錐型瓶中，分別以不同的乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)、微波功率、微波處理時間、質(zhì)量體積比、溫度進行微波輔助提取實驗，趁熱過濾提取溶液并定容至100mL.移取5mL溶液采用Folin－Ciocalteu法測定吸光值A(chǔ)，依據(jù)回歸方程計算溶液多酚質(zhì)量濃度C，按計算多酚提取率，其中X是多酚提取率（%），C是溶液多酚質(zhì)量濃度（mg／mL），V 是溶液體積（mL），n是稀釋倍數(shù)，M1是藥材干重（g）.

1.3.3 響應(yīng)面法優(yōu)化盤龍參多酚提取工藝 根據(jù)1.3.2節(jié)的方法，采用響應(yīng)面法在單因素實驗的基礎(chǔ)上進行CCD設(shè)計實驗并對結(jié)果進行方差分析.建立多酚提取率與實驗因素間關(guān)系的方程模型，對因素間交互作用進行分析.

2 結(jié)果與討論

2.1 微波輔助提取單因素實驗

2.1.1 乙醇質(zhì)量濃度對盤龍參多酚提取率的影響 稱取2g盤龍參藥材粉末6份，按照1.3.2節(jié)以不同乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)進行單因素提取實驗，計算多酚提取率.乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)對盤龍參多酚提取率的影響如圖1所示.圖1結(jié)果表明，隨著乙醇溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，盤龍參多酚的提取率先升高后降低，這是因為乙醇溶液可以破壞與多酚相連的氫鍵，促進酚類物質(zhì)的溶出，但高濃度乙醇進入植物細(xì)胞內(nèi)的難度大，導(dǎo)致多酚提取率減小.因此，乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)選用50%左右較好.

2.1.2 微波功率對盤龍參多酚提取率的影響 稱取2g盤龍參藥材粉末6份，按照1.3.2節(jié)以不同微波功率進行單因素提取實驗，計算多酚提取率.微波功率對盤龍參多酚提取率的影響如圖2所示.圖2結(jié)果表明，隨著微波提取功率的增加，盤龍參多酚的提取率先升高后緩慢降低，這可能是因為藥材原料接受微波能量溫度升高從而加劇多酚氧化分解.因此，提取功率應(yīng)以300W左右為最佳.

圖1 乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)對盤龍參多酚提取率的影響

圖2 微波功率對盤龍參多酚提取率的影響

2.1.3 微波作用時間對盤龍參多酚提取率的影響 稱取2g盤龍參藥材粉末6份，按照1.3.2節(jié)以不同微波作用時間進行單因素提取實驗，計算多酚提取率.微波作用時間對盤龍參多酚提取率的影響如圖3所示.圖3結(jié)果表明，隨著微波作用時間的延長，多酚提取率逐漸增加，繼續(xù)延長提取時間，多酚提取率開始下降.這是因為時間過長會促進酚類物質(zhì)與空氣中的氧氣接觸而氧化.因此，微波提取時間以75min左右為宜.

2.1.4 質(zhì)量體積比對盤龍參多酚提取率的影響 稱取2g盤龍參藥材粉末6份按照1.3.2節(jié)以不同質(zhì)量體積比進行單因素提取實驗，計算多酚提取率.質(zhì)量體積比對盤龍參多酚提取率的影響如圖4所示.圖4結(jié)果表明，開始階段盤龍參多酚提取率逐漸增加，這是因為溶劑比例增大有利于藥材細(xì)胞中多酚物質(zhì)充分與溶劑接觸并向外擴散，有利多酚的溶出；隨著溶劑比例進一步加大，多酚提取率增加緩慢，因為這時溶劑與藥材已充分接觸，再增加溶劑提取率也不會有大的變化.從經(jīng)濟角度考慮，質(zhì)量體積比以1∶25左右為宜.

圖3 微波作用時間對盤龍參多酚提取率的影響

圖4 質(zhì)量體積比對盤龍參多酚提取率的影響

圖5 溫度對盤龍參多酚提取率的影響

2.1.5 溫度對盤龍參多酚提取率的影響 稱取2g盤龍參藥材粉末6份按照1.3.2節(jié)以不同溫度進行單因素提取實驗，計算多酚提取率.溫度對盤龍參多酚提取率的影響如圖5所示.圖5結(jié)果表明，隨著提取溫度上升，多酚提取率逐漸提高，這是因為高溫加劇溶劑分子運動，溶劑更易與細(xì)胞中多酚類物質(zhì)接觸，從而提高提取率；繼續(xù)提高溫度，多酚提取率反而降低，這是因為溫度過高容易造成多酚氧化.因此，選擇45℃左右提取為好.

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化盤龍參多酚提取工藝

根據(jù)2.1節(jié)單因素實驗選取乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)（因素A）、微波處理時間（因素B）、溫度（因素C）3個對多酚提取率影響較大的因素.采用Design Expert8.06軟件進行3因素4水平的CCD設(shè)計.中心點實驗重復(fù)6次，共計20個實驗點.實驗因素與水平見表1，實驗設(shè)計及結(jié)果見表2.

表1 微波輔助提取盤龍參多酚因素水平

表2 微波輔助提取盤龍參多酚響應(yīng)面分析實驗結(jié)果

續(xù)表

運用Design－Expert 8.06軟件進行回歸分析，結(jié)果如表3所示.以多酚提取率為響應(yīng)值，各實驗因素對響應(yīng)值影響的回歸方程去除不顯著項AB后優(yōu)化為：盤龍參多酚提取率（%）＝＋0.54＋0.008 208A＋0.004 586B＋0.006 690C＋0.010AC＋0.005 625BC－0.013A2－0.014B2－0.020C2，相關(guān)系數(shù)R2＝0.997 4.方程模型P＜0.000 1，達到極顯著水平，回歸方程在其試驗點上與實驗結(jié)果擬合非常好.方程失擬檢驗不顯著（P＝0.056 5＞0.05），回歸方程在整個回歸區(qū)域擬合情況良好，該方程可用來預(yù)測盤龍參多酚提取率.諸因素對多酚提取率的影響均非常顯著（P＜0.000 1），對響應(yīng)值的影響順序為乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞溫度＞微波處理時間.對建立的數(shù)學(xué)模型進行參數(shù)優(yōu)化，得到多酚最高提取率條件：乙醇溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)47%，提取時間84min，溫度48℃，多酚提取率預(yù)測值為0.551%.采用該模型最優(yōu)化方案進行實驗，測得盤龍參多酚提取率為0.541%±0.005%，在顯著性水平P＜0.05條件下預(yù)測值與實驗值無顯著差異.

表3 微波輔助提取盤龍參多酚響應(yīng)曲面方差分析

2.3 微波輔助提取盤龍參多酚因素間的交互作用

固定微波萃取溫度47.5℃，微波處理時間與乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)對盤龍參多酚提取率的交互作用如圖6所示.圖6結(jié)果表明，隨著提取時間的延長和乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，多酚提取率先增加后減小.乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)對多酚提取率的影響稍大于時間.

固定微波萃取時間82.5min，乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)與溫度對盤龍參多酚提取率的交互作用如圖7所示.圖7結(jié)果表明，盤龍參多酚提取率在一定范圍內(nèi)隨著提取溫度的上升和乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高而逐漸增大，但溫度和乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過一定范圍后，多酚的提取率呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢.乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)對多酚提取率的影響稍小于溫度.

圖6 時間與乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)對多酚提取率的交互影響

固定乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)45%，時間與溫度對盤龍參多酚提取率的交互作用如圖8所示.圖8結(jié)果表明，隨著微波萃取溫度的升高和時間的延長，多酚提取率逐漸增加而后減少.溫度對多酚提取率的影響稍大于時間.

圖7 乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)與溫度對多酚提取率的交互影響

圖8 時間與溫度對多酚提取率的交互影響

3 結(jié)語

通過微波輔助提取盤龍參多酚單因素實驗以及響應(yīng)面分析，可知乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)、微波作用時間、溫度均對多酚的提取率影響非常顯著.響應(yīng)面分析數(shù)學(xué)模型經(jīng)優(yōu)化調(diào)整為：多酚提取率（%）＝＋0.54＋0.008 208A＋0.004 586B＋0.006 690C＋0.010AC＋0.005 625BC－0.013A2－0.014B2－0.020C2，相關(guān)系數(shù)R2＝0.997 4.根據(jù)模型進行參數(shù)優(yōu)化，盤龍參多酚最高提取率的條件為：乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為47%，微波作用時間84min，溫度48℃.在此優(yōu)化工藝下盤龍參多酚提取率預(yù)測值為0.551%.采用該模型最優(yōu)化方案進行實驗，測得盤龍參多酚提取率為0.541%±0.005%，預(yù)測值與實驗值無顯著差異.多酚提取率與各因素間方程模型回歸極顯著，有一定應(yīng)用價值.

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（責(zé)任編輯 易必武）

Optimized Spiranthes Lancea Polyphenols Extraction Process with Microwave Assisted by Response Surface Analysis Methods

WU Dao－h(huán)ong，OUYANG Yu－zhu，TANG Kun－h(huán)ai
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Jishou University，Jishou 416000，Hunan China）

The authors investigated the effect of ethanol solution concentration，microwave power，microwave irradiation time，ratio of material to solvent，and temperature on Spiranthes lancea polyphenols extraction ratio applying microwave assisted method.Spiranthes lancea polyphenols extraction process was optimized by response surface analysis methods and the experimental results was analyzed on the basis of varaiance analysis.Results showed that with ethanol concentration at 47%，temperature under 48℃，Spiranthes lancea polyphenols extraction ratio reached 0.551%in 84minutes.

response surface method；Spiranthes lancea polyphenols；microwave assisted extraction

TQ282；TQ464.2

B

10.3969／j.issn.1007－2985.2012.03.019

1007－2985（2012）03－0081－05

2012－03－16

湖南省科技廳科技計劃項目（2008FJ3077）；植物資源保護與利用湖南省高校重點實驗室開放基金項目（JSK201001）

吳道宏（1979－），男，陜西商洛人，吉首大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院講師，主要從事分析化學(xué)研究

歐陽玉祝（1956－），男，吉首大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事天然產(chǎn)物開發(fā)利用及精細(xì)化工研究；E－mail：ouyang1227＠126.com.