響應(yīng)面法優(yōu)化腳板薯皂苷提取工藝

劉媛潔等

摘要

[目的]優(yōu)化腳板薯皂苷的最佳提取工藝。[方法]探討提取溫度、提取時間、料液比和乙醇濃度對腳板薯皂苷提取率的單因素影響。在此基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面分析方法，進(jìn)一步研究各自變量及其交互作用對腳板薯皂苷提取率的影響，并對其工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。[結(jié)果]腳板薯皂苷提取的最佳工藝條件為提取溫度76 ℃、提取時間1.5 h、乙醇濃度90%、料液比1∶30（m/v），在此最優(yōu)工藝條件下，腳板薯皂苷提取率達(dá)0.291%。[結(jié)論]該研究可為腳板薯皂苷的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞腳板薯；響應(yīng)面分析；皂苷；提取

中圖分類號S567文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）36-12885-03

Abstract[Objective] The Response Surface Methodology （RSM） was used to optimize the extraction process of total saponins from Dioscorea alata Lirm.sp. [Method] The impact of extraction temperature， extraction time， ethanol concentration and solidliquid ratio on the yield of diosgenin are investigated， based on which the response surface analysis is adopted to study the impact of each variable and their interaction on yield of diosgenin and optimize the extraction parameter. [Result] It is found that optimal parameters for diosgenin extraction form Dioscorea alata Lirm.sp were as follows： extraction temperature 76 ℃， extraction time 1.5 h ， ethanol concentration 90%， solidliquid ratio 1∶30（m/v）. [Conclusion] The research provides the theoretical guidance for the industrial production of diosgenin in Dioscorea alata Lirm.sp.

Key words Dioscorea alata Lirm.sp； Response Surface Analysis； Saponins； Extraction

腳板薯（Dioscorea alata Lirm.sp）屬薯蕷屬（Dioscorea），又稱參薯，是一年生或多年生纏繞性藤本植物[1-2]，其塊狀根莖發(fā)達(dá)，呈不規(guī)則扁塊形狀，型似腳板，故得名[3]。腳板薯塊莖顏色呈黃褐色或深褐色，其含有淀粉、蛋白質(zhì)、薯蕷皂苷、維生素、粘質(zhì)多糖等多種成分[4]，長期食用具健脾、養(yǎng)肺、固腎、益精的生理功效[5]。薯蕷皂苷是重要的醫(yī)藥原料，是合成多種甾體抗炎藥、性激素、避孕類藥物的前體[6-8]。筆者在此探討提取溫度、提取時間、料液比和乙醇濃度對腳板薯皂苷提取率的單因素影響，在此基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面分析方法，進(jìn)一步研究各自變量及其交互作用對腳板薯皂苷提取率的影響，優(yōu)化了腳板薯中皂苷的提取工藝，為腳板薯皂苷的工業(yè)化生產(chǎn)提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1

供試材料。新鮮腳板薯，采自江西宜春萬載，經(jīng)真空干燥后粉碎備用。

1.1.2

主要試劑。石油醚、無水乙醇、甲醇為分析純；去離子水為色譜純。

1.1.3

主要儀器。高速中藥粉碎機(jī)，溫嶺林大機(jī)械有限公司；艾柯AKRY-UP-1824 型超純水機(jī)，上海博訊實(shí)驗(yàn)專用純水設(shè)備廠；NH-2 數(shù)顯恒溫水浴鍋，揚(yáng)州盛凱化工有限公司；SHZ-D型循環(huán)水真空泵，南昌明瑞化工有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海禾氣玻璃儀器有限公司；高效液相色譜儀（HPLC），安捷倫科技有限公司。

1.2方法

1.2.1

樣品溶液的制備。

將腳板薯樣品烘干、粉碎，過篩后干燥保存。精密稱取腳板薯粉末 1.0 g，置于圓底燒瓶中，加石油醚15 ml，脫脂40 min后過濾，揮發(fā)去除溶劑。再加入80%的乙醇30 ml，經(jīng)80 ℃水浴回流1 h后過濾，收集濾液。濾渣用80%的乙醇30 ml再重復(fù)提取1次，濾渣用80%乙醇2 ml洗滌2次，合并濾液。將濾液揮發(fā)去除溶劑，用甲醇溶解殘?jiān)糜谌萘科恐?，再用適量甲醇沖洗3次，合并溶液。用甲醇定容，過0.45 μm的微孔濾膜過濾，得供試品溶液。

1.2.2

檢測方法。

采用高效液相色譜（HPLC）法[9]進(jìn)行腳板薯薯蕷皂苷的分析。色譜條件為安捷倫液相1200色譜儀、ODS-3 C18（150 mm×4.6 mm，5 μm）色譜柱、柱溫25 ℃，流動相為純甲醇，流速為1.0 ml/min，UV檢測波長210 nm。薯蕷皂苷元標(biāo)準(zhǔn)品購自Sigma 公司。

1.2.3

影響提取工藝效果的因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

1.2.3.1

單因素試驗(yàn)。分別以提取溫度、乙醇濃度、提取時間和料液比為響應(yīng)因素，研究不同水平下各因素對腳板薯皂苷提取率的影響。

1.2.3.2

Box-Behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，利用 Box-Behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，采用三因素三水平的響應(yīng)面分析法，以提取溫度、提取時間、乙醇濃度為編碼自變量，以腳板薯皂苷提取率為響應(yīng)值繪制響應(yīng)面，分析優(yōu)化最佳提取條件。Box-Behnken 試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)如表1所示。

表明腳板薯皂苷提取率的實(shí)測值與預(yù)測值之間的擬合優(yōu)度較好，因此該模型可以預(yù)測以腳板薯皂苷提取率為響應(yīng)值的實(shí)際情況。各自變量試驗(yàn)因素對響應(yīng)值的影響分別為因素A2對腳板薯皂苷提取率的線性效應(yīng)高度顯著（PA2<0.000 1）；因素A（提取溫度）、C（乙醇濃度）、B2、C2對皂苷提取率的線性效應(yīng)顯著；因素B（提取時間）對皂苷提取率的線性效應(yīng)不顯著，表明在前期單因素試驗(yàn)中已將提取時間選在一個較合適的區(qū)間，所以提取時間的變化影響已不顯著；因素AC對腳板薯皂苷提取率的線性交互效應(yīng)顯著；因素AB、BC對腳板薯皂苷提取率的線性交互效應(yīng)不顯著。

由圖5分析可知，乙醇濃度（C）對皂苷提取率的影響最顯著，表現(xiàn)為曲線較陡；提取溫度和提取時間次之，各自變量對腳板薯皂苷提取率的影響為乙醇濃度>提取溫度>提取時間。根據(jù)對腳板薯皂苷提取率的二次多項(xiàng)方程求解，得到最佳提取工藝條件為提取溫度（A）76.30 ℃、提取時間（B）1.49 h、乙醇濃度（C）89.96%，在此最佳條件下，腳板薯皂苷提取率理論上可達(dá)0.299%。 為了實(shí)際工藝控制的方便，將最佳工藝條件修正為提取溫度76 ℃、提取時間1.5 h、乙醇濃度90%，在此條件下進(jìn)行3組平行驗(yàn)證試驗(yàn)，實(shí)際測得皂苷提取率為0.291%，與預(yù)測值之間有良好的擬合性，證實(shí)了模型的有效性，該二元多項(xiàng)回歸方程為腳板薯皂苷的提取工藝提供了一個合適的模型。

3 結(jié)論與討論

該試驗(yàn)在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用三因素三水平的響應(yīng)面分析法，以腳板薯提取率為響應(yīng)值進(jìn)行回歸分析，建立了腳板薯中皂苷提取工藝的二次多項(xiàng)數(shù)學(xué)模型。通過對該模型方程的求解及對其3D圖的分析，獲得了腳板薯皂苷的最佳提取工藝條件為提取溫度76 ℃、提取時間1.5 h、乙醇濃度90%、料液比1∶30（m/v），在此最佳條件下，腳板薯皂苷提取率為0.291%。

參考文獻(xiàn)

[1]

徐成基.中國薯蕷資源[M]. 成都：四川科技出版社，2000.

[2] 陸國權(quán)，唐忠厚.腳板薯花青素提取及其純化技術(shù)研究[J].糧油食品科技，2006，14（1）：34-35.

[3] 裴鑒，丁志遵.中國植物志（第十六卷，第一分冊）[M].北京：科學(xué)出版社，1985：117-119.

[4] 劉媛潔，余俏，張良.腳板薯的研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（24）：9951-9953，9956.

[5] 江蘇新醫(yī)學(xué)院.中藥大辭典[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1985：166-168.

[6] MERKLI A，CHRISTEN P，KAPETANIDIS I.Production of diosgenin by hairy root cultures of Trigonella foenumgraecum L.[J].Plant Cell Reports，1997，16（9）：632-636.

[7] ONCINA R，BOTA J M，DEL RO J A，et al.Bio-production of diosgenin in callus cultures of Trigonella foenumgraecum L.[J].Food Chemistry，2000，70：489-492.

[8] ONCINA R，DELROJ A，GMEZ P，et al.Effect of ethylene on diosgenin a ccumulation in callus cul-tures of Trigonella foenumgraecum L.[J].Food Chemistry，2002，76：475-479.

[9] 徐皓.HPLC法測定紫參薯中薯蕷皂苷元的含量[J].食品科技，2013（6）：317-319.