Box-Benhnken試驗設(shè)計優(yōu)化五味子木脂素提取工藝

王連芝，付克，顧媛媛，劉磊，張淑香，周琦

(黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥研究院，哈爾濱150040)

Box-Benhnken試驗設(shè)計優(yōu)化五味子木脂素提取工藝

王連芝，付克，顧媛媛，劉磊，張淑香，周琦

(黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥研究院，哈爾濱150040)

目的利用Box-Benhnken響應(yīng)曲面試驗設(shè)計對五味子中木脂素成分進行超聲提取工藝研究。方法

根據(jù)Box-Benhnken設(shè)計原理，以五味子中總木脂素得率為響應(yīng)值，分析超聲提取過程中各因素及其交互作用，以及對五味子總木脂素得率的影響。結(jié)果五味子中木脂素最佳超聲提取條件為以純甲醇為溶媒，液料比55 mL/g，超聲提取時間35 min。在此試驗條件下，五味子中木脂素得率可達5.49%。結(jié)論本實驗所建立的數(shù)學(xué)模型極顯著(P＜0.01)，可用于對五味子中木脂素超聲提取工藝研究。

五味子;木脂素;Box-Benhnken設(shè)計;提取工藝

五味子為木蘭科植物五味子Schisandra Chinensis(Turcz.)Baill.的干燥成熟果實，習(xí)稱“北五味子”，具有收斂固澀，益氣生津，補腎寧心的作用［1］。響應(yīng)曲面設(shè)計方法(response surface methodology，RSM)［2-3］，采用多元二次回歸方程來擬合因素與響應(yīng)值之間的函數(shù)關(guān)系，通過對回歸方程的分析來尋求最優(yōu)工藝參數(shù)，是中藥工藝研究中的一種有效的實驗設(shè)計方法［4-5］。五味子木脂素現(xiàn)有的提取工藝以正交試驗法等較為常見［6-7］。為提高五味子藥材中木脂素成分的提取率，本實驗以五味子總木脂素含量為指標(biāo)成分，采用Box-Benhnken響應(yīng)曲面試驗設(shè)計優(yōu)化五味子超聲提取工藝。

1 儀器與試藥

56PC型紫外分光光度儀(上海光譜儀器有限公司)，AG-135型電子分析天平(瑞士METTLER-TOLEPO公司)，KQ-500ED型數(shù)控超聲波清洗器，DZKW-D-4電熱恒溫水浴鍋。

五味子藥材采購于黑龍江省清河育林林場，經(jīng)黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)院研究院付克研究員鑒定為木蘭科植物五味子Schisandra Chinensis(Turcz.)Baill.的果實;五味子乙素對照品(批號110765-200710)購自中國藥品生物制品檢定所。

2 方法與結(jié)果

2.1 五味子木脂素含量測定

2.1.1 對照品溶液的制備精密稱取干燥至恒重的五味子乙素對照品5 mg，置于25 mL容量瓶中，加甲醇至刻度，搖勻，制得濃度為0.2 mg/mL的五味子對照品溶液。

2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制精密吸取上述對照品溶液各0，0.1，0.3，0.5，0.7，0.9，1.1 mL分別置于具塞試管中，水浴揮干甲醇，再精密加入10%變色酸水溶液1 mL，濃硫酸-水(2∶1)9 mL，搖勻，置于沸水浴中加熱30 min，迅速冷卻，在波長570 nm處測定吸光度。以吸光度為縱坐標(biāo)，對照品溶液質(zhì)量比為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。其回歸方程為Y=3.425 1X+0.278 3，r=0.999 6。結(jié)果五味子乙素在0.024～0.2244 mg/mL范圍內(nèi)，質(zhì)量比和吸收光度線性關(guān)系良好。

2.2 提取工藝研究稱取0.2 g五味子細粉，置具塞錐形瓶中，根據(jù)Box-Benhnken試驗設(shè)計原理［8-10］，綜合單因素實驗結(jié)果，進行超聲提取，選取甲醇濃度、液料比、超聲提取時間3個因素，分別以X1、X2、X3表示，每個自變量3水平分別以-1，0，1進行編碼，試驗因素及水平編碼見表1。

表1 試驗因素與水平編碼

通過Design-Expert 7.0軟件分析試驗數(shù)據(jù)，以木脂素得率為響應(yīng)值(Y)，以確定最優(yōu)的提取工藝。試驗設(shè)計方案及結(jié)果見表2。

表2 Box-Benhnken設(shè)計方案及實驗結(jié)果

續(xù)表2

3 結(jié)果與討論

3.1 多元回歸擬合分析采用Design-Expert 7.0軟件對表2實驗結(jié)果進行多項擬合回歸，以木脂素總得率為因變量，甲醇濃度(X1)、液料比(X2)、提取時間(X3)為自變量，得擬合回歸方程如下:Y=-9.016 47+ 0.243 14X1-0.040 788X2+0.184 49X3+4.072 22×10-4X1X2-7.983 33×10-4X1X3+1.736 67×10-3X2X3-1.157 78×10-3X12-5.347 22×10-4X22-2.932 5×10-3X32。

3.2 回歸方程的方差分析回歸方程的方差分析結(jié)果見表3。由回歸系數(shù)的顯著性檢驗可知，模型中一次項X1、X3和二次項X12以及交互項X2X3均達到顯著水平。分析可知甲醇濃度影響最顯著，其次是提取時間。

表3 回歸方程的方差分析結(jié)果

3.3 回歸方程可信度分析回歸方程可信度分析結(jié)果見表4，其中決定系數(shù)R2為93.43%。表明超過90%的試驗數(shù)據(jù)可用該模型進行解釋，說明方程可靠性較高。CV值為5.89%，說明試驗操作可信度高。

表4 回歸方程可信度分析

3.4 等值線圖與響應(yīng)面三維圖分析根據(jù)回歸分析結(jié)果，繪制出響應(yīng)面等值線圖和響應(yīng)面三維圖。三維圖可直觀地反映各因素的交互作用對響應(yīng)值的影響，并找出最佳參數(shù)以及各參數(shù)之間的相互作用。通過優(yōu)化后，得到木脂素含量理論最佳工藝條件為:使用純甲醇，液料比為55 mL/g，超聲提取時間為35 min。

3.5 回歸模型的驗證實驗在此修正條件下，進行驗證性實驗，稱取五味子細粉0.2 g置具塞錐形瓶中，精密加入甲醇11 mL，稱量重量，超聲處理35 min，放涼，再補足減失的重量，精密吸取1 mL，至5 mL容量瓶中，用甲醇定容。移取1 mL溶液，測定570 nm處的吸光值，計算出五味子中木脂素成分的含量，重復(fù)試驗3次取平均值，驗證試驗結(jié)果。得率為5.49%，與理論值相差很小，說明該數(shù)學(xué)模型能很好預(yù)測各因素同木脂素得率之間的關(guān)系。

［1］中華人民共和國藥典委員會.中國藥典［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010:61.

［2］王燕，羅文謙，張志琪.響應(yīng)表面優(yōu)化法及其在天然產(chǎn)物成分提取中的應(yīng)用［J］.安康學(xué)院學(xué)報，2009，21(1):77-81.

［3］趙立春，楊更亮.響應(yīng)曲面法在中藥有效成分提取中的應(yīng)用研究［J］.中藥與臨床，2013，4(6):62-64.

［4］趙冉，彭敏樺，張敏敏，等.響應(yīng)曲面法優(yōu)化崗梅根總皂苷的提取工藝［J］.中藥新藥與臨床藥理，2014，25(3):363.

［5］YE Chunlin，JIANG Chengjun.Optimization of extraction process of crude polysaccharides from Plantago asiatica L.by response surface methodology［J］.Carbohydrate Polymers，2011，84(1):495-502.

［6］蔣益萍，張巧艷，張宏，等.正交試驗優(yōu)選五味子木脂素類成分的提取工藝［J］.中成藥，2013，35(11):2390-2394.

［7］肖建春，陳帥，羅森，等.正交實驗法優(yōu)選五味子中木脂素的提取工藝［J］.華西藥學(xué)雜志，2012，27(6):692-693.

［8］沈秀娟，周倩，孫立立，等.Box-Benhnken設(shè)計效應(yīng)面法優(yōu)選黃芪切制工藝［J］.中國中藥雜志，2014，39(13):2498-2503.

［9］董自亮，徐瑞超.基于Box-Behnken設(shè)計-響應(yīng)面法優(yōu)化白芷香豆素閃式提取工藝［J］.中藥與臨床，2013，4(1):13-15.

［10］趙玉紅，鄭磊，毛鳳彪，等.利用Box-Behnken設(shè)計優(yōu)化鹿茸糖胺聚糖的提取工藝［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，38 (5):93-96.

Optimization of extraction of lignans by Box-Benhnken design from Schisandra Chinensis

WANG Lianzhi，F(xiàn)U Ke，GU Yuanyuan，LIU Lei，ZHANG Shuxiang，ZHOU Qi
(Institute of TCM，Heilongjiang University of Chinese Medicine，Herbin 150040，China)

schisandra chinensis;lignans;Box-Benhnken design;extraction technology

R284.3

:A

:2095-6258(2015)01-0021-03

2014-09-12)

10.13463/j.cnki.cczyy.2015.01.007

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項目(12531628)。

王連芝(1973-)，女，碩士，副研究員，主要從事中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)及中藥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的研究。

Abstract:ObjectiveTo optimize the extraction technique of lignans by Box-Benhnken design from Schisandra chinensis.Methods Base on Box-Benhnken design，the content of total lignans in Schisandra chinensis was used as response value and the factors and their interactions in the course of ultrasonic extraction were analyzed.ResultsThe optimized ultrasonic method of lignans was as follows:pure methanol，liquid-solid ratio of 55 mL/g，ultrasonic extraction time of 35 min.Under these conditions，the yield of total lignans was up to 5.49%.ConclusionThe mathematical model that the present study established was very significant(P＜0.01)，and it might be applied to analysis and prediction the extraction technique of lignans in Schisandra chinensis.