建立數(shù)學(xué)模型優(yōu)化冬凌草中熊果酸提取工藝

王東群，史素敏

（鶴壁市成人職業(yè)技術(shù)教研室，河南鶴壁458030）

建立數(shù)學(xué)模型優(yōu)化冬凌草中熊果酸提取工藝

王東群，史素敏

（鶴壁市成人職業(yè)技術(shù)教研室，河南鶴壁458030）

研究采用超高壓提取冬凌草中熊果酸的最佳工藝條件，并且同回流提取法和超聲提取法進(jìn)行比較。在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立L9（34）正交實(shí)驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型對(duì)超高壓提取冬凌草中熊果酸的工藝進(jìn)行優(yōu)化，以熊果酸的得率為指標(biāo)，考察料液比（g∶mL）、乙醇濃度、超高壓壓力、加壓時(shí)間對(duì)熊果酸得率的影響。得到優(yōu)化的工藝條件為：固液比1∶22、乙醇濃度75%、超高壓壓力320MPa，超高壓時(shí)間4min，該條件下熊果酸的得率可達(dá)0.322%。超高壓提取熊果酸得率高，提取時(shí)間短，是一種提取冬凌草中熊果酸的適宜方法。

超高壓；冬凌草；熊果酸；提取

冬凌草（Rabdosia rubescens（Hemsl.）Hara）又名冰凌草、延命草、彩花草等，為唇形科香茶屬多年生草本或亞灌木，自然分布于太行山南部。自古以來被太行山區(qū)的民間常年當(dāng)作茶葉飲用。因其清熱解毒、清咽利喉、消止痛的功能盛行于當(dāng)?shù)?，被譽(yù)為“神奇草”。1972年，中國食管癌研究中心，發(fā)現(xiàn)冬凌草具有獨(dú)特的抗食管癌，賁門癌、原發(fā)性肝癌功效，從此被廣泛應(yīng)用于臨床[1]。進(jìn)入21世紀(jì)以來，國際腫瘤病學(xué)界和新藥研發(fā)機(jī)構(gòu)對(duì)冬凌草的抗癌作用格外關(guān)注，其化學(xué)成分及藥理活性研究取得較大進(jìn)展[2]，從全株植物分離得到大量二萜類化合物、一些三萜、甾體、黃酮、生物堿、揮發(fā)油、氨基酸、有機(jī)酸及其他類化合物[3]。藥理研究表明多個(gè)成分具有抗腫瘤、抗氧化、抗菌消炎、降血糖、抗突變、免疫等活性[4-8]。冬凌草中的主要三萜類成分熊果酸具有較強(qiáng)的抗腫瘤活性[9]。研究表明[10]，熊果酸不僅對(duì)多種致癌、促癌物有抵抗作用，而且對(duì)多種惡性腫瘤細(xì)胞有抑制生長作用。因此提取冬凌草中熊果酸成分，開發(fā)新藥及保健食品具有廣闊的前景。

目前，關(guān)于冬凌草中冬凌草甲素等二萜類化合物提取研究較多[11]，但有關(guān)冬凌草中熊果酸的提取報(bào)道較少，袁珂[12]采用超臨界二氧化碳技術(shù)萃取冬凌草中熊果酸，得率較高，但該法時(shí)間較長。超高壓提取技術(shù)是在常溫條件下提取植物原料中有效成分，提取時(shí)間短、能耗低、有效成分破壞小[13]，目前在冬凌草中熊果酸的提取上還未見報(bào)道。本文研究超高壓提取冬凌草中熊果酸的工藝條件，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用L9（34）正交試驗(yàn)優(yōu)化提取工藝，為冬凌草的進(jìn)一步開發(fā)利用提供參考。

1試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)于2012年6月進(jìn)行于鶴壁市食品藥品監(jiān)督管理局檢驗(yàn)中心。冬凌草：采自河南省鶴壁市淇河岸邊，新鮮成熟植株地上部分→70℃烘干→粉碎→20目過篩→真空包裝→備用；熊果酸對(duì)照品：中國藥品生物制品檢定所；乙醇試劑均為國產(chǎn)分析純。

SFP超高壓處理系統(tǒng)：英國SFP公司；XH-600US超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)：北京祥鵠科技發(fā)展有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：廣州市捷晶能源科技有限公司；Agilent 1100高效液相色譜系統(tǒng)：Agilent公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 超高壓提取冬凌草中熊果酸

在冬凌草粗粉中，加入不同體積、不同濃度的乙醇溶液，混合均勻后裝入聚乙烯塑料袋，進(jìn)行真空包裝，然后放入超高壓裝置的壓力腔中，高壓處理一定時(shí)間，處理后過濾，3 500 r/min離心15min，離心后減壓濃縮，測(cè)定熊果酸含量，計(jì)算熊果酸的得率。

1.2.2 回流提取冬凌草中熊果酸

在冬凌草粗粉中，按固液比1∶20（g∶mL）加入75%的乙醇溶液，加熱回流2 h。過濾，3 500 r/min離心15min，離心后減壓濃縮，測(cè)定熊果酸含量，計(jì)算熊果酸的得率。

1.2.3 超聲提取冬凌草中熊果酸

在冬凌草粗粉中，按固液比1∶20（g∶mL）加入75%的乙醇溶液，采用220W超聲處理30min，過濾，3 500 r/min離心15min，離心后減壓濃縮，測(cè)定熊果酸含量，計(jì)算熊果酸的得率。

1.2.4 熊果酸的HPLC測(cè)定

參照HPLC方法測(cè)定熊果酸[14]，色譜柱（Phenomsil BDSC18，4.6 mm×200 mm，5μm），流動(dòng)相：CH3OH：H2O：HAc為85∶15∶0.3，流速：1mL/min，柱溫：35℃，檢測(cè)波長為215nm。峰面積A與熊果酸濃度C（mg/mL）之間的回歸方程為A=381.63C-3.064 4（R2=0.999 6）。

2結(jié)果與分析

2.1 超高壓提取冬凌草中熊果酸單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 固液比對(duì)熊果酸提取得率的影響

采用70%的乙醇溶液為溶劑，UHP壓力350MPa下保壓4min進(jìn)行提取，不同固液比對(duì)熊果酸提取得率的影響見圖1。

圖1 固液比對(duì)熊果酸得率的影響Fig.1 Effect of solid to liquid ratio on the yield of ursolic acid

由圖1可見，隨著固液比中溶劑用量的增加，熊果酸的提取得率增加，但當(dāng)固液比達(dá)到1∶20（g∶mL）后，再增加溶劑用量，得率增加緩慢。同時(shí)，過多的溶劑用量會(huì)帶來后續(xù)濃縮的強(qiáng)度增加，因此，綜合考慮，采用固液比1∶20較好。

2.1.2 乙醇濃度對(duì)熊果酸提取得率的影響

采用不同濃度的乙醇溶液為溶劑，固液比1∶20（g∶mL），UPH壓力350MPa下保壓4min進(jìn)行提取，乙醇濃度對(duì)熊果酸提取得率的影響見圖2。

圖2 乙醇濃度對(duì)熊果酸得率的影響Fig.2 Effect of ethanol concentration on the yield of ursolic acid

由圖2可見，隨著乙醇濃度的增加，熊果酸的提取得率增加，但當(dāng)乙醇濃度達(dá)到70%后，再增加乙醇濃度，得率反而下降。

2.1.3 UHP壓力對(duì)熊果酸提取得率的影響

采用70%乙醇溶液為溶劑，固液比1∶20（g∶mL），在不同的UHP壓力下保壓4min進(jìn)行提取，UHP壓力對(duì)熊果酸提取得率的影響見圖3。

圖3 壓力對(duì)熊果酸得率的影響Fig.3 Effect of UHP pressure on the yield of ursolic acid

由圖3可見，隨著UHP壓力的增加，熊果酸的提取得率增加，但當(dāng)UHP壓力達(dá)到300MPa后，再增加壓力，得率反而下降。因此，采用300MPa提取熊果酸較好。

2.1.4 保壓時(shí)間對(duì)熊果酸提取得率的影響

采用70%乙醇溶液為溶劑，固液比1∶20（g∶mL），在UHP壓力300MPa下保壓不同時(shí)間進(jìn)行提取，保壓時(shí)間對(duì)熊果酸提取得率的影響見圖4。

圖4 保壓時(shí)間對(duì)熊果酸得率的影響Fig.4 Effect of UHP timeon the yield of ursolic acid

由圖4可見，隨著UHP時(shí)間的增加，提取得率增加，但當(dāng)UHP時(shí)間達(dá)到4min后，再增加時(shí)間，得率增加緩慢。因此，采用4min提取熊果酸較好。

2.2 提取工藝條件的優(yōu)化

在單因素的基礎(chǔ)上，選用L9（34）正交實(shí)驗(yàn)表，以熊果酸得率為指標(biāo)，考察固液比、乙醇濃度、UHP壓力、UHP時(shí)間對(duì)熊果酸得率的影響，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果分別見表1和表2。

表1 因素與水平表Table1 Factors and levels of orthogonal test

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table2 Result of orthogonal test

由表2極差分析結(jié)果可知，各因素對(duì)熊果酸得率的影響程度依次為：D〉C〉B〉A(chǔ)，即：UHP時(shí)間〉UHP壓力〉乙醇濃度〉固液比。優(yōu)化的提取條件為A3B3C3D2，即：UHP時(shí)間4min、UHP壓力320MPa、乙醇濃度75%、固液比1∶22。采用冬凌草2 kg，按上述最佳條件進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，熊果酸得率為0.322%。

2.3 不同提取方法提取熊果酸的比較

將冬凌草分別采用超高壓提取、回流提取和超聲方法進(jìn)行提取，比較提取后熊果酸得率和提取所用的時(shí)間，結(jié)果見表3。

表3 三種方法提取冬凌草中熊果酸的得率和提取時(shí)間Table3 Compareof extraction yield and time of three methods

從表3中可見，三種不同的提取方法中，超高壓提取不僅得率高，而且提取時(shí)間短。

3結(jié)論與討論

冬凌草是一種資源豐富的藥食兩用的植物資源，是開發(fā)保健食品的較好原料，為有效對(duì)其利用，對(duì)其活性成分熊果酸的分離提純藥理學(xué)進(jìn)行深入研究，開發(fā)精制、深加工轉(zhuǎn)化產(chǎn)品是其發(fā)展方向。

目前熊果酸最常用的方法是回流法，該法對(duì)設(shè)備條件要求不高，操作方法簡(jiǎn)單，但熊果酸提取率不高，且提取時(shí)間長；通過采用超聲強(qiáng)化提取可提高得率，縮短時(shí)間，但超聲容易造成有效成分的破壞，且提取仍然需要30min以上；超微粉碎方法通過對(duì)細(xì)胞進(jìn)行破壞，提高提取得率，但其對(duì)細(xì)胞的破壞程度有限，得率還有待提高。本研究采用超高壓提取，是通過加壓破壞冬凌草的細(xì)胞，促進(jìn)熊果酸溶出。在提取過程中，細(xì)胞在壓力作用下破壞，但由于為非熱提取，熊果酸破壞小，且提取工藝中，細(xì)胞在幾分鐘內(nèi)即破壞，提取時(shí)間大大縮短，得率得到提高。

采用超高壓提取冬凌草中熊果酸的優(yōu)化工藝條件為固液比1∶22、乙醇濃度75%、UHP時(shí)間4min和UHP壓力320MPa，熊果酸得率可達(dá)0.322%，具有時(shí)間短，得率高的特點(diǎn)，在提取冬凌草中熊果酸中具有很好的應(yīng)用前景。

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A Mathematical Model is Established to Optimize Extraction Technology of Ursolic Acid in Rabdosia Rubescens

WANGDong-qun，SHISu-min
（Adultoccupation technology teachingand research room of HebiCity，Hebi458030，Henan，China）

To optimum of extracting ursolic acid from Rabdosia rubescens（Hemsl.）Hara.Ultra high pressure（UHP）methodwasstudied andwascompared to reflux extraction method and ultrasonic wave extraction method. According to the signal factor test，the L9（34）orthogonal design was used to optimum extraction conditions.Using with extraction yield ofursolic acid as index，the influence of solid to liquid ratio，ethanol concentration，UHP pressure，UHPtimewerestudied.Optimum extraction conditions were as follows:solid to liquid ratio1∶22（g∶mL），ethanol75%，UHPpressure 320MPa and UHP time 4min，The yield of UA was0.322%.The UHP extraction method was a suitable method for it has higher yield and shorter extraction time.

ultrahigh pressure；Rabdosia rubescens（Hemsl.）Hara；ursolic acid；extraction

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.15.014

2013-02-21

王東群（1959—），男（漢），中教高級(jí)，碩士，研究方向：職業(yè)教育，應(yīng)用數(shù)學(xué)。