響應(yīng)面法優(yōu)化超聲提取苦參中總酚工藝

李海平，李艷芳，劉艷則，王迎進(jìn)

（忻州師范學(xué)院化學(xué)系，山西忻州034000）

響應(yīng)面法優(yōu)化超聲提取苦參中總酚工藝

李海平，李艷芳，劉艷則，王迎進(jìn)*

（忻州師范學(xué)院化學(xué)系，山西忻州034000）

利用Design-Expert7.1.6軟件Box-Benhnken中心組合試驗(yàn)和響應(yīng)面分析法優(yōu)化苦參中總酚的提取工藝條件。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，考察乙醇濃度、超聲時(shí)間、液料比和超聲溫度的單一和交互因素對(duì)苦參提取率的影響。結(jié)果表明：苦參總酚的最佳提取工藝為乙醇濃度44.20%、超聲時(shí)間29.50min、液料比32.50∶1（mL/g）、超聲溫度57.00℃，在此條件下苦參總酚提取率可達(dá)4.51%。

苦參；總酚；響應(yīng)面分析法；工藝條件

苦參（Sophora flavescens）系豆科苦參屬植物，主要分布于俄羅斯、日本、印度和中國(guó)?？鄥⒁愿胨帲哂星鍩嵩餄?，殺蟲，利尿之功效，常用于熱痢、便血、黃疸尿閉、赤白帶下、濕疹及皮膚瘙癢等癥。研究表明，苦參中含有豐富的生物堿，黃酮類化合物、皂苷及酚類化合物等成份[1]，目前對(duì)苦參中生物堿的研究報(bào)道較多[2-4]，而對(duì)苦參中總酚的研究卻鮮見報(bào)道。多酚類物質(zhì)作為植物中廣泛存在的一類酚羥基結(jié)構(gòu)化合物，具有獨(dú)特生理活性和藥理活性，在抑菌、抗腫瘤、防衰老和抗炎免疫等方面都具有良好的功效[5-8]。醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。超聲波因能在液體中產(chǎn)生“空穴作用”，破壞植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，使提取液不斷振蕩，有助于多酚等活性成分的溶出和擴(kuò)散[9-11]，在植物活效成分提取中得到廣泛運(yùn)用。本實(shí)驗(yàn)采用超聲輔助法提取苦參中總酚，并利用響應(yīng)面法優(yōu)化提取工藝條件，旨在為苦參資源的合理利用和深度開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

苦參：山西忻州五臺(tái)山大藥房；沒食子酸（分析純）：天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；Folin-Ciocalteu試劑（生化試劑）：上海遠(yuǎn)聚生物科技有限公司；實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水，其它試劑均為分析純。

1.1.2 儀器與設(shè)備

752型紫外光柵分光光度計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司；RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：上海亞榮生化儀器廠；KQ-400KDE型數(shù)控超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

精密稱取沒食子酸0.010 g，用水溶解后，轉(zhuǎn)移到100mL容量瓶中定容，配制成濃度為0.1mg/mL的沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液；精密量取0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9 mL于10 mL比色管中，分別加入Folin-Ciocalteu試劑1mL，振蕩1min，再加入15%碳酸鈉溶液1mL，混勻，室溫放置2 h，以試劑溶液為空白，在760 nm處測(cè)定各標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，以吸光度為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得回歸方程為A=0.097 2C-0.006 75，R2=0.999 4。

1.2.2 苦參總酚的提取及含量的測(cè)定

將苦參于烘箱中60℃烘干，藥材粉碎機(jī)粉碎，過60目篩，裝瓶備用。稱取苦參1 g于三角瓶中，超聲提取，抽濾，濾渣重提1次，合并濾液，定容至100mL容量瓶中，搖勻。移取5mL樣液，用95%乙醇定容至100mL容量瓶中，移取1mL稀釋液于10mL比色管中，用1.2.1實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定吸光度，按標(biāo)準(zhǔn)方程計(jì)算苦參總酚提取率。

1.2.3 單因素試驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)考察了超聲時(shí)間、超聲溫度、液料比和乙醇濃度4個(gè)因素對(duì)苦參總酚提取率的影響。

1.2.4 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理，采用四因素三水平響應(yīng)面分析方法優(yōu)化提取工藝參數(shù)，響應(yīng)面分析因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 響應(yīng)面分析因素與水平Table1 Variablesand levels in response surface design

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 乙醇濃度對(duì)總酚提取率的影響

稱取苦參粉末1 g，在超聲溫度為60℃，液料比為30∶1m L/g，超聲時(shí)間為30min，超聲功率為240W條件下，考察乙醇濃度對(duì)苦參總酚提取率的影響，結(jié)果見圖1（a）。由圖1（a）可知，當(dāng)乙醇濃度為40%時(shí)，總酚提取率最大。因此，最佳乙醇濃度條件為40%。

2.1.2 超聲時(shí)間對(duì)總酚提取率的影響

稱取苦參粉末1 g，在超聲溫度為60℃，乙醇濃度為40%，液料比為30∶1mL/g，超聲功率為240W條件下，考察超聲時(shí)間比對(duì)苦參總酚提取率的影響，結(jié)果見圖1（b）。由圖1（b）可知，當(dāng)超聲時(shí)間為30min時(shí)，總酚提取率最大。因此，確定30min為最佳超聲時(shí)間條件。

2.1.3 液料比對(duì)總酚提取率的影響

稱取苦參粉末1 g，在超聲溫度為60℃，乙醇濃度為40%，超聲時(shí)間為30min，超聲功率為240W實(shí)驗(yàn)條件下，考察液料比對(duì)苦參總酚提取率的影響，結(jié)果見圖1（c）。由圖1（c）可知，隨著液料比的升高，總酚提取率逐漸升高，當(dāng)液料比達(dá)到30∶1mL/g時(shí)，總酚提取率達(dá)到最大，進(jìn)一步增加液料比，總酚提取率變化較小。因此，確定液料比30∶1mL/g為最佳液料比條件。

圖1 不同單因素對(duì)總酚提取率的影響Fig.1 Effectsof different extraction parameterson yield of total phenol

2.1.4 超聲溫度對(duì)總酚提取率的影響

稱取苦參粉末1 g，在乙醇濃度為40%，液料比為30∶1mL/g，超聲時(shí)間為30min，超聲功率為240W實(shí)驗(yàn)條件下，考察超聲溫度對(duì)苦參總酚類提取率的影響，結(jié)果見圖1（d）。由圖1（d）可知，當(dāng)超聲溫度為50℃時(shí)，總酚提取率最大，因此，確定50℃為最佳超聲溫度條件。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

2.2.1 模型建立及顯著性檢驗(yàn)

利用 Design expert 7.1.6統(tǒng)計(jì)軟件，由 Box-Benhnken中心組合試驗(yàn)對(duì)表2數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合出的回歸方程為：

回歸方程各項(xiàng)的方差分析見表3。

表2 響應(yīng)面分析方案及試驗(yàn)結(jié)果Table2 Arrangementand experimental resultsof response surface centralcom posite design

表3 方差分析表Table 3 Varianceanalysis for yield of totalphenolwith various extractions

從表3可以看出，模型具有高度的顯著性（pvalue遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.000 1）。模型的確定系數(shù)R2=0.972，表明回歸方程能夠很好地模擬真實(shí)的曲面。模型的調(diào)整確定系數(shù)R2Adj=0.944，和Adeq Precision=22.377說明回歸方程擬合度和可信度均很高，試驗(yàn)誤差小，因此可以用該模型方程來(lái)分析和預(yù)測(cè)不同提取條件下苦參總酚提取率的變化。

2.2.2 等高線圖和響應(yīng)面圖分析

RSM的圖形可以直觀地反映各因素對(duì)響應(yīng)值的影響，從所得響應(yīng)面分析圖上可以分析出它們之間的相互作用。由圖2和圖3可知：液料比、乙醇濃度和超聲溫度對(duì)總酚提取率影響較為顯著，表現(xiàn)為曲線較陡，超聲時(shí)間次之，表現(xiàn)為曲線較為平滑，且隨其數(shù)值的增加或減少，響應(yīng)值變化較小。另外，由等值線圖可知，乙醇濃度和液料比之間的交互作用影響顯著，表現(xiàn)為其等值線圖呈橢圓形。

對(duì)回歸方程取一階偏導(dǎo)數(shù)等于零，解得苦參總酚的最優(yōu)工藝條件是乙醇濃度44.21%、超聲時(shí)間29.43min、液料比32.52∶1（mL/g）、超聲溫度57.20℃，在此條件下總酚提取率理論上可達(dá)4.47%。

圖2 乙醇濃度和液料比對(duì)總酚提取率影響的響應(yīng)面和等值線圖Fig.2 Response su rfaceand contour p lots for ethanol concentration and ratio of liquid to solid on theyield of totalphenol

圖3 超聲時(shí)間和超聲溫度對(duì)總酚提取率影響的響應(yīng)面和等值線圖Fig.3 Responsesurfaceand contour plots for extraction timeand extraction tem peratu reon the yield of total phenol

為了檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，對(duì)上述試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了近似驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，考慮到實(shí)際操作條件，將苦參總酚的最佳工藝條件修正為乙醇濃度44.20%、超聲時(shí)間29.50min、液料比32.50∶1mL/g、超聲溫度57.00℃，苦參總酚提取率平均值為4.51%，RSD為1.29%（n= 5），與預(yù)測(cè)值相比誤差僅為0.89%，說明實(shí)驗(yàn)結(jié)果合理可靠。

3 結(jié)論

在單因素基礎(chǔ)上采用響應(yīng)面法對(duì)苦參中總酚的超聲提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明，超聲輔助提取苦參總酚的最佳工藝為：乙醇濃度44.20%、超聲時(shí)間29.50min、液料比32.50∶1mL/g、超聲溫度57.00℃，此條件下，苦參總酚提取率達(dá)4.51%，與預(yù)測(cè)值4.47%相符良好。

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Op tim ization of Ultrasonic-assisted Extraction Technology of Total Phenol from the Sophora Flavescens by Response Surface Methodology

LIHai-ping，LIYan-fang，LIU Yan-ze，WANG Ying-jin*
（Departmentof chemistry，Xinzhou teachersuniversity，Xinzhou 034000，Shanxi，China）

The ultrasonic-assisted extraction processof total phenol from Sophora flavescens was studied using Box-Benhnken center composite design and response surfacemethodology （RSM）.Based on the experimentof single factor，the impacts of ethanol concentration，extraction time，ratio of liquid to solid，extraction temperature and interaction among them on extraction rate of total phenol was studied by RSM.The result suggested that the optimum extraction conditionswere as follow：ethanol concentration of 44.20%，extraction timeof29.50min ratio of liquid to solid of32.50∶1（mL/g），and extraction temperatureof57.00℃.Under these conditions，the practicalyield of totalphenol reached to4.51%.

Sophora flavescens；totalphenol；response surfacemethodology；processconditions

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.05.007

2014-01-13

山西省高等學(xué)校科技創(chuàng)新項(xiàng)目資助（2013149）；忻州師范學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目（2013）

李海平（1974—），女（漢），實(shí)驗(yàn)師，本科，研究方向：天然產(chǎn)物開發(fā)。

*通信作者：王迎進(jìn)（1980—），男，講師，碩士，主要從事天然產(chǎn)物提取、分離及生物活性研究。