黃小強(qiáng) 諶賽男 張方方 張雪 吳水生

摘要 [目的]響應(yīng)面法優(yōu)化澤瀉揮發(fā)油超聲波輔助法提取工藝。[方法]以澤瀉揮發(fā)油得率為指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取料液比、提取溫度和超聲時(shí)間3個(gè)因素進(jìn)行BoxBenhnken響應(yīng)面法試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)其提取工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。[結(jié)果]通過軟件模型擬優(yōu)化后得到超聲波提取澤瀉揮發(fā)油的最佳工藝參數(shù)為料液比1∶8.27、提取時(shí)間41.33 min、提取溫度51.4 ℃，澤瀉揮發(fā)油得率為6.315%，與理論值較為接近。[結(jié)論]響應(yīng)面法建立的澤瀉揮發(fā)油提取工藝模型得率高，并能很好地預(yù)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果。

關(guān)鍵詞 超聲波輔助提??；澤瀉；揮發(fā)油；響應(yīng)面法

中圖分類號(hào) S567 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2015）34-158-03

澤瀉（Alismatis Rhizoma）為澤瀉科植物澤瀉Alisma orientale（Sam.）Juzep的干燥塊莖[1]。中醫(yī)理論認(rèn)為澤瀉甘、淡、寒，歸腎、膀胱經(jīng)，利水滲濕，泄熱，化濁降脂。近代藥理學(xué)研究表明，澤瀉中三萜類化合物具有利尿、降血脂、降血壓、抗脂肪肝、抗動(dòng)脈粥樣硬化的作用[2-5]。澤瀉的藥理作用與其三萜類化合物有關(guān)，此外還含有揮發(fā)油、生物堿、黃酮、磷脂及淀粉等[6-7]。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于澤瀉的質(zhì)量研究多采用高效液相法，集中針對(duì)三萜類成分進(jìn)行研究，揮發(fā)油作為中藥活性成分的主要組成之一，具有抑菌、抗病毒、消炎等作用[8]。關(guān)于澤瀉揮發(fā)油的研究國(guó)內(nèi)外有少量報(bào)道，陳建忠等[9]和徐飛等[10]應(yīng)用GCMS技術(shù)對(duì)澤瀉揮發(fā)性成分進(jìn)行分析，但對(duì)于澤瀉揮發(fā)油的提取工藝還未見有報(bào)道。

揮發(fā)油多為從植物根、莖、花等固體粉末中采用水蒸氣蒸餾法、溶液萃取法、超臨界CO2萃取法、微波輔助提取法、超聲波輔助提取法等方法提取[11-14]。水蒸氣蒸餾法用時(shí)較長(zhǎng)，且揮發(fā)油在高溫下容易分解；有機(jī)溶劑萃取法得到的揮發(fā)油雜質(zhì)較多且得率低；超臨界CO2萃取法對(duì)試驗(yàn)設(shè)備要求較高，投資大[15-16]。因此該研究利用超聲波輔助法提取澤瀉粗揮發(fā)油，并利用響應(yīng)面法優(yōu)化其提取工藝，為澤瀉的進(jìn)一步充分開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

澤瀉樣品采自福建建甌GAP產(chǎn)地，石油醚（沸程6090）、乙醚、乙酸乙酯、正己烷、無水硫酸鈉（均為分析級(jí)）。

1.2 儀器

HCP50A中藥粉碎機(jī)（永康市金穗機(jī)械制造廠）；SHB111型水式循環(huán)真空泵（鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司）；RE2000型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮生化儀器廠）；ME204E萬分之一電子天平（梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司）。KQ500E型臺(tái)式超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

精密稱取10.00 g澤瀉塊莖過40目的粉末置于250 ml錐形瓶中，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案加入一定體積的溶劑，超聲波輔助提取一定時(shí)間后加入適量無水硫酸鈉，抽濾，濃縮、稱質(zhì)量后計(jì)算得率，計(jì)算方法為：

揮發(fā)油得率=M1M0×100%，式中，M1為揮發(fā)油的質(zhì)量；M0為原料的質(zhì)量。

1.4 單因素試驗(yàn)

采用超聲波萃取法提取澤瀉揮發(fā)油，設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)分別考察萃取溶劑（石油醚、乙醚、正己烷、乙酸乙酯）、超聲時(shí)間（10、20、30、40、50、60 min）、料液比（1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14 g/ml）、超聲溫度（30、40、50、60、70 ℃）對(duì)澤瀉揮發(fā)油得率的影響。

1.5 BoxBehnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)BoxBehnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理及單因素試驗(yàn)的結(jié)果，選取對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有顯著影響的3個(gè)因素，設(shè)計(jì)三因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn)方案，試驗(yàn)因素水平編碼設(shè)計(jì)如表1所示。數(shù)據(jù)采用DesignExpert 8.0.6統(tǒng)計(jì)軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 提取溶劑的選擇

從圖1可以看出，乙醚作為溶劑時(shí)得率最高，達(dá)4.714%，其次是乙酸乙酯，為4.580%，正己烷作為溶劑時(shí)得率最低。但考慮到乙醚的沸點(diǎn)低，在超聲波萃取的過程中溫度會(huì)升高，溶劑更容易揮發(fā)，不利于工業(yè)生產(chǎn)，且成本較高。綜合考慮選擇乙酸乙酯作為萃取溶劑。

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 提取時(shí)間對(duì)揮發(fā)油得率的影響。

由圖2可知，10～40 min提取率大幅度增加，在 40 min以后基本趨于穩(wěn)定，且40、50和60 min之間無明顯差異，這有可能是超聲時(shí)間過長(zhǎng)，溶劑溫度升高，從而導(dǎo)致提取溶劑大量揮發(fā)。另外結(jié)合節(jié)省能耗，因此選擇40 min作為超聲波提取時(shí)間。

從圖3可以看出，不同料液比得率不同。當(dāng)料液比為1∶4時(shí)提取率最低，這有可能是料液比越低，澤瀉粉末吸附的溶劑占的比例越大，被抽濾出來的溶劑中帶出的提取物就越少，從而影響澤瀉揮發(fā)油

得率。料液比1∶4～1∶8得率明顯增加，隨后慢慢隨料液比增大而得率緩慢增加。從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度來考慮，因此選擇1∶8作為超聲波提取料液比。

2.2.3 提取溫度對(duì)揮發(fā)油得率的影響。從圖4可以看出，隨著超聲波萃取溫度的提高，澤瀉揮發(fā)油的得率先升后降，當(dāng)超聲溫度為50 ℃時(shí)，澤瀉揮發(fā)油得率最大，隨后下降。主要原因可能是超聲溫度過高造成溶劑大量揮發(fā)，從而使揮發(fā)油得率降低；因此選擇50 ℃作為超聲波萃取的溫度。

2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，綜合考慮各因素對(duì)澤瀉揮發(fā)油得率的影響，以BoxBehnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，選擇超聲時(shí)間、超聲溫度、料液比進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面分析方法，以確定澤瀉揮發(fā)油得率最佳提取工藝，將所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)（表2）采用DesignExpert 8.0.6軟件進(jìn)行多元回歸擬合，從而得到澤瀉揮發(fā)油得率對(duì)超聲波提取時(shí)間（A）、料液比（B）、超聲提取溫度（C）的二次多項(xiàng)回歸方程：Y=6.29+0.17A+0.17B+0.14C-0.047AB+0.039AC+0.006 5BC-0.18A2-0.25B2-0.26C2。經(jīng)檢驗(yàn)，模型F值為54.97，P<0.000 1，表明響應(yīng)面回歸模型達(dá)到了極顯著水平。失擬項(xiàng)P=0.080 6>0.05，表示失擬不顯著，模型的確定系數(shù)R2=98.57%，說明該模型能夠解釋98.57%響應(yīng)值的變化，

因此該模型

擬合程度較好，可用此模型對(duì)澤瀉揮發(fā)油提取工藝進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。由回歸模型和方差分析可知，方程一次項(xiàng)A、B、C和二次項(xiàng)A2、B2、C2對(duì)澤瀉揮發(fā)油得率達(dá)到了極顯著水平（P<0.01），因素AC、AB、BC對(duì)澤瀉揮發(fā)油得率的線性交互效應(yīng)不顯著。

由F值和圖5分析可知，料液比（B）對(duì)揮發(fā)油得率的影響最顯著，表現(xiàn)為曲線較陡；超聲時(shí)間（A）和超聲溫度（C）次之，各自變量對(duì)澤瀉揮發(fā)油得率的影響為料液比>超聲時(shí)間

注：a. 料液比和提取時(shí)間；b. 提取溫度和提取時(shí)間；c. 提取溫度和料液比。

圖5 各自變量交互影響揮發(fā)油得率的曲面圖

>超聲溫度。根據(jù)對(duì)澤瀉揮發(fā)油得率的二次多項(xiàng)方程求解，

得到最佳提取工藝為提取時(shí)間（A）為41.33 min，料液比（B）為1∶8.27，超聲溫度（C）為51.33 ℃，揮發(fā)油理論得率為6.334%。考慮試驗(yàn)的可操作性，將最佳提取工藝條件中的超聲溫度修正為51.4 ℃，依據(jù)響應(yīng)面分析獲取修正的最優(yōu)工藝條件進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果澤瀉揮發(fā)油得率平均為6.315%，實(shí)測(cè)平均值與理論值非常接近，說明試驗(yàn)值與理論值有較好的擬合性，證實(shí)了模型的有效性，該二元多項(xiàng)回歸方程為澤瀉揮發(fā)油提取工藝提供了一個(gè)合適的模型。

3 結(jié)論與討論

該試驗(yàn)選用超聲輔助法提取澤瀉揮發(fā)油，首先對(duì)提取有機(jī)溶劑進(jìn)行考察，得出乙酸乙酯提取得率最高，然后在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用三因素三水平的響應(yīng)面分析法，以澤瀉揮發(fā)油提取得率為響應(yīng)面值進(jìn)行回歸分析，建立了澤瀉塊莖中揮發(fā)油提取工藝的二次多項(xiàng)數(shù)學(xué)模型，通過對(duì)該模型求解及其3D圖的分析，獲得了澤瀉揮發(fā)油提取工藝的最佳工藝為取溫度為41.33 min，料液比為1∶8.27，超聲溫度為51.4 ℃，在此條件下澤瀉塊莖揮發(fā)油得率最大值為6.315%。

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