響應(yīng)面法優(yōu)化葎草籽油閃式提取工藝及不同產(chǎn)地葎草籽得油率比較

周光姣, 馮學(xué)花

(1.安徽中醫(yī)藥科學(xué)院 亳州中醫(yī)藥研究所，安徽 亳州 236800； 2.亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 亳州 236800； 3.安徽新華學(xué)院，合肥 230088)

葎草為?？迫劜輰僦参锶劜?Humulusscandens(Lour.) Merr.)的干燥地上部分，性寒，氣微，味淡，具有清熱解毒、利尿通淋的功效[1-2]。葎草雌雄異株，含多種活性成分，主要有黃酮類、萜類、揮發(fā)油類等化合物[3-6]。葎草生命力頑強(qiáng)，我國(guó)多地盛產(chǎn)，資源豐富，古方中葎草的應(yīng)用較廣泛，但現(xiàn)代開發(fā)利用較少，多作為動(dòng)物飼料或作雜草被除去，造成資源浪費(fèi)。葎草雌株一般在8月開花，10—11月草籽成熟，葎草籽中含有葎草酮、蛇麻酮、多酚和油脂等活性物質(zhì)，其中油脂含量可達(dá)10%左右，葎草籽油可以作為多種化工產(chǎn)品的生產(chǎn)原料。因此，對(duì)葎草籽油的開發(fā)利用具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。閃式提取技術(shù)是一種新型油脂提取技術(shù)，是依靠高速機(jī)械剪切力和超動(dòng)力分子滲透技術(shù)，在數(shù)秒內(nèi)將植物油料破碎成細(xì)微粒，使溶劑滲透至植物組織內(nèi)，有效成分被快速溶解、擴(kuò)散至組織外，達(dá)到內(nèi)外平衡，完成提取過(guò)程[7]。本實(shí)驗(yàn)采用閃式提取法提取葎草籽油，以葎草籽得油率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，運(yùn)用響應(yīng)面法優(yōu)化提取工藝條件[8-10]，并比較不同產(chǎn)地葎草籽的得油率，為進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用葎草籽油提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

葎草籽樣品分別于2018年10—11月從山東、浙江、江蘇、河南、安徽等省采集，經(jīng)亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院藥學(xué)院陳娜副教授鑒定為桑科葎草屬(HumulusL.)植物葎草(Humulusscandens(Lour.) Merr.)的種子。石油醚(60～90℃)，分析純；純化水，實(shí)驗(yàn)室自制。

JHBE-50型閃式提取器，鄭州賽克斯玻璃儀器有限公司；RE-10旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器；DFY-X500粉碎機(jī)；BT25S賽多利斯電子分析天平。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 閃式提取法提取葎草籽油

取干燥、潔凈的葎草籽，粉碎，過(guò)藥典3號(hào)篩得葎草籽粉，備用。稱取100 g葎草籽粉，加入一定量的石油醚(60～90℃)，設(shè)置溫度為70℃，在設(shè)定電壓下閃式提取，過(guò)濾，濾液減壓回收溶劑，干燥至恒重即得葎草籽油。

1.2.2 葎草籽得油率計(jì)算

葎草籽得油率=提取所得葎草籽油質(zhì)量/葎草籽粉質(zhì)量×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 提取電壓對(duì)葎草籽得油率的影響

以潔凈、干燥的同一批葎草籽為原料，按照1.2.1的方法，在液料比10∶ 1、提取時(shí)間135 s、提取次數(shù)1次的條件下，考察提取電壓對(duì)葎草籽得油率的影響，結(jié)果見圖1。

由圖1可見，得油率在提取電壓為150 V時(shí)出現(xiàn)峰值，提取電壓在70～150 V得油率逐漸上升，150～190 V得油率逐漸下降?？赡苡捎陔妷荷?，導(dǎo)致提取溶劑的滲透力加大，有利于提取，但電壓過(guò)高，溶劑易揮發(fā)，不利于溶劑的滲透。

圖1 提取電壓對(duì)葎草籽得油率的影響

2.1.2 液料比對(duì)葎草籽得油率的影響

以潔凈、干燥的同一批葎草籽為原料，按照1.2.1的方法，在提取電壓150 V、提取時(shí)間135 s、提取次數(shù)1次的條件下，考察液料比對(duì)葎草籽得油率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 液料比對(duì)葎草籽得油率的影響

由圖2可知，隨液料比的增加，葎草籽得油率逐漸增加，當(dāng)液料比增加至8∶ 1時(shí)，再繼續(xù)增加液料比，葎草籽得油率增加幅度非常小，且液料比增加后溶劑量大，提取能耗大，后續(xù)處理煩瑣。

2.1.3 提取時(shí)間對(duì)葎草籽得油率的影響

以潔凈、干燥的同一批葎草籽為原料，按照1.2.1的方法，在提取電壓150 V、液料比10∶ 1、提取次數(shù)1次的條件下，考察提取時(shí)間對(duì)葎草籽得油率的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 提取時(shí)間對(duì)葎草籽得油率的影響

由圖3可知，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，葎草籽得油率逐漸增加，在提取時(shí)間為120 s時(shí)出現(xiàn)峰值，再繼續(xù)延長(zhǎng)提取時(shí)間，葎草籽得油率開始下降，提取時(shí)間為180 s時(shí)得油率下降至6.8%。

2.1.4 提取次數(shù)對(duì)葎草籽得油率的影響

以潔凈、干燥的同一批葎草籽為原料，按照1.2.1的方法，在提取電壓150 V、液料比10∶ 1、提取時(shí)間135 s的條件下，考察提取次數(shù)對(duì)葎草籽得油率的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 提取次數(shù)對(duì)葎草籽得油率的影響

由圖4可知，隨著提取次數(shù)的增加，葎草籽得油率略有增加，但總體變化不大，影響不顯著，考慮提取經(jīng)濟(jì)性，選擇提取次數(shù)1次。

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化

2.2.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，固定提取次數(shù)1次，以提取電壓(A)、液料比(B)、提取時(shí)間(C)3個(gè)因素為自變量，以葎草籽得油率(Y)為響應(yīng)值，運(yùn)用Design-Expert 8.05b軟件設(shè)計(jì)Box-Behnken響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，并對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平見表1，響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見表2，方差分析見表3。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平

表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

表3 方差分析

通過(guò)Design-Expert軟件進(jìn)行響應(yīng)面回歸分析，得出二次多元回歸方程：

Y=9.78+0.10A+0.44B+ 0.44C-0.10AB+0.075AC+0.50BC-1.10A2-0.84B2+0.98C2

由表3可知，回歸模型P<0.000 1，且R2為0.973 6，失擬項(xiàng)P>0.05,不具有顯著性，說(shuō)明此模型具高度顯著性，方程模擬較好，實(shí)驗(yàn)所得值與預(yù)測(cè)值有較好的擬合度，表明該法對(duì)葎草籽油提取工藝的預(yù)測(cè)和分析具有可行性。一次項(xiàng)B、C都具高度顯著性，A具顯著性，二次項(xiàng)A2、B2、C2都具高度顯著性，交互項(xiàng)BC具高度顯著性，3個(gè)因素對(duì)提取工藝影響大小依次為C>B>A。

2.2.2 響應(yīng)面優(yōu)化與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

通過(guò)響應(yīng)面分析得出的最佳提取工藝條件為提取電壓150.4 V、液料比10∶ 1、提取時(shí)間134.6 s，在此條件下葎草籽得油率為9.60%。為了檢驗(yàn)回歸模型的有效性，并考慮操作的方便性，對(duì)響應(yīng)面二次回歸所得最佳條件進(jìn)行修正，確定最佳工藝條件為提取電壓150 V、液料比10∶ 1、提取時(shí)間135 s。采用修正后最優(yōu)條件進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到葎草籽平均得油率為9.50%，與預(yù)測(cè)值相近，說(shuō)明該方法與實(shí)際情況擬合良好，驗(yàn)證了此回歸模型有效。因此，采用響應(yīng)面法優(yōu)選葎草籽油的閃式提取工藝可靠，具有實(shí)用價(jià)值。

2.3 不同產(chǎn)地葎草籽得油率的比較

分別取不同產(chǎn)地的葎草籽，潔凈、干燥至含水量一致時(shí)，分別粉碎過(guò)藥典3號(hào)篩，按上述優(yōu)化的最佳閃式提取工藝條件在70℃提取，并進(jìn)行得油率比較，結(jié)果見表4。

表4 不同產(chǎn)地葎草籽得油率

由表4可知，安徽省的葎草籽得油率高于周邊省份，江蘇和浙江的次之，山東的最低。安徽省內(nèi)又以合肥地區(qū)得油率最高，池州、黃山的次之，亳州的最低。

3 結(jié) 論

本研究以葎草籽得油率為考察指標(biāo)，采用閃式提取法提取葎草籽油，在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)化提取工藝條件。得到閃式提取法提取葎草籽油的最佳工藝條件為提取電壓150 V、液料比10∶ 1、提取時(shí)間 135 s、提取次數(shù)1次，在最佳工藝條件下葎草籽平均得油率為 9.50%；通過(guò)對(duì)不同產(chǎn)地葎草籽得油率進(jìn)行比較，安徽省葎草籽得油率高于周邊省份，江蘇和浙江的次之，山東的最低；安徽省內(nèi)又以合肥地區(qū)的葎草籽得油率最高，池州、黃山的次之，亳州的最低。