響應(yīng)面法優(yōu)化微波-超聲波輔助提取艾葉總黃酮的工藝研究

黃艷玲 蔡錦源 梁水嬌

[摘要]以艾葉為原料，乙醇為溶劑，采用微波-超聲波輔助提取艾葉中的總黃酮化合物。先進(jìn)行單因素試驗(yàn)，考察乙醇濃度、乙醇用量、提取溫度、微波功率、微波時間、超聲時間對艾葉中總黃酮提取率的影響，根據(jù)所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果選取微波功率、乙醇濃度和超聲時間進(jìn)行響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)，通過Design-Expert 8.0.6軟件分析，得到最佳提取工藝為微波功率338W，乙醇濃度60%，超聲時間16min，提取率為18.982%。與響應(yīng)面分析模型的提取率18.954%較接近，證明該工藝較可靠，具有一定的意義與參考價值。

[關(guān)鍵詞]艾葉;總黃酮;微波-超聲波輔助提取;響應(yīng)面分析法

中圖分類號：R284.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.201912

艾葉又名艾蒿，是菊科植物艾的干燥葉，是常用的中草藥之一[1]。艾葉的化學(xué)成分主要有揮發(fā)油、黃酮類、多糖類以及微量元素等[2-4]。其含有豐富的黃酮類化合物，具有抗菌、降壓降脂、鎮(zhèn)痛、抗脂質(zhì)過氧化、抗衰老、增強(qiáng)機(jī)體免疫力等作用[5-6]。

近年來，利用微波和超聲波提取艾葉中有效成分的研究較多，而微波-超聲波聯(lián)用來提取艾葉中的有效成分的研究尚未見報道，也沒有用響應(yīng)面分析法[7]來確定艾葉中總黃酮的最佳提取工藝的相關(guān)報道。本研究擬在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面分析法對艾葉中總黃酮提取工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，對其他中草藥中有效成分的提取研究具有一定的借鑒作用。

1 儀器與試劑

1.1 主要儀器

UWave-2000多功能微波合成萃取儀：上海新儀微波化學(xué)科技有限公司;UV-1800紫外可見分光光度計：上海美譜達(dá)儀器有限公司;FW-100高速萬能粉碎機(jī)：天津市泰斯特儀器有限公司;SHZ-D（III）循環(huán)水式多用真空泵：河南省予華儀器有限公司;101-3EBS電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.2 試劑

艾葉：廣西仙茱中藥科技有限公司;蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品：上海展云化工有限公司;無水乙醇、氫氧化鈉、亞硝酸鈉、硝酸鋁等試劑均為分析純。

2 試驗(yàn)方法

2.1 提取工藝

艾葉→恒溫干燥（60℃，4h）→粉碎過篩（100目，備用）→稱樣（1g）→乙醇溶劑浸泡（30min）→微波處理→超聲波處理→趁熱過濾，棄去濾渣→樣品液→稀釋定容→取樣測定。

2.2 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

參考黃艷玲等[8]制備蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液和繪制蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線，所得回歸方程為A=10.382C+0.001（R2=0.999 5），線性關(guān)系良好，結(jié)果的可信度高，見圖1。

2.3 艾葉中總黃酮提取率的計算

通過測定樣品稀釋液的吸光度值，代入蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線，并用下列公式計算艾葉中總黃酮的提取率。

總黃酮提取率=? （1）

式中：C為測定的樣品液的濃度，mg/mL;V為測定樣品液的體積，mL;Q為測定樣品液的體積，mL;W為艾葉粉末的質(zhì)量，mg。

3 結(jié)果與討論

3.1 單因素試驗(yàn)

3.1.1 不同乙醇濃度對黃酮提取率的影響

稱取1g艾葉粉末于250mL錐形瓶中，分別加入20mL不同濃度（30%、40%、50%、60%、70%）的乙醇溶液浸泡30min，控制微波時間為5min，微波功率為250W，提取溫度為50℃，超聲時間為15min，超聲功率為520W，提取艾葉中的總黃酮，用紫外可見分光光度計測定其吸光度，并計算總黃酮提取率，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，總黃酮的提取率隨著乙醇濃度的增加呈先增大后減小的趨勢，出現(xiàn)這種情況的原因可能是溶劑濃度的增大使部分醇溶性雜質(zhì)溶解出來，影響到黃酮類化合物的溶解，從而提取率下降。在乙醇濃度為60%時艾葉中總黃酮的提取率最大，因此，乙醇濃度為60%時提取效果最好。

3.1.2 不同乙醇用量對總黃酮提取率的影響

方法步驟同上3.1.1，其他因素均不變，用不同的乙醇用量（10mL、20mL、30mL、40mL、50mL）提取艾葉中的總黃酮類物質(zhì)，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，艾葉中總黃酮的提取率隨乙醇用量的增加呈先增大后減小的趨勢。減小的原因可能是溶劑中溶解的總黃酮達(dá)到飽和后，總黃酮的提取率不再增加，另外還可能會有其他雜質(zhì)溶出，對總黃酮的溶解造成一定的影響。乙醇用量為30mL時艾葉中總黃酮的提取率最高，此時總黃酮已達(dá)溶解平衡[9-11]。

3.1.3 不同提取溫度對總黃酮提取率的影響

方法步驟同上3.1.1，用不同提取溫度（40℃、50℃、60℃、70℃、80℃）提取艾葉中黃酮類物質(zhì)，結(jié)果見圖4。

由圖4可知，艾葉中總黃酮提取率隨提取溫度的升高呈先增大后減小的趨勢，出現(xiàn)這種情況的原因可能是溫度升高，細(xì)胞間的摩擦作用變強(qiáng)導(dǎo)致細(xì)胞膜的破裂加快，艾葉中總黃酮的溶出速率變快，提取率提高;溫度過高后，艾葉中一些黃酮類化合物可能被破壞，故而提取率下降。在提取溫度為50℃時艾葉中總黃酮的提取率最高[12-13]，因此，微波溫度為50℃提取效果最好。

3.1.4 不同微波功率對黃酮提取率的影響

方法步驟同上3.1.1，用不同微波功率（250W、300W、350W、400W、450W）提取艾葉中的黃酮類物質(zhì)，結(jié)果見圖5。

由圖5可知，艾葉中總黃酮的提取率隨著微波功率的增大呈先增大后減小的趨勢，出現(xiàn)這種情況的原因可能是微波功率增大使分子之間的摩擦力增大，細(xì)胞膜迅速破裂，加快了黃酮類化合物溶出的速率，提取率增大，而微波功率太大時可能會使一些黃酮類物質(zhì)分解，從而降低了提取率[14-15]。在微波功率為350W時艾葉總黃酮的提取率最高，因此，微波功率為350W時提取效果最好。

3.1.5 不同微波時間對黃酮提取率的影響

方法步驟同上3.1.1，用不同微波時間（4min、5min、6min、7min、8min）來提取艾葉中的總黃酮類物質(zhì)，結(jié)果見圖6。

由圖6可知，艾葉中總黃酮的提取率隨著微波時間的加長呈增大而后減小的趨勢，出現(xiàn)這樣情況的可能原因是提取時間過短時，對艾葉的細(xì)胞作用時間短，黃酮類物質(zhì)的溶出量少，提取率低;而提取時間過長時，容器內(nèi)持續(xù)的高溫使黃酮類化合物受到破壞，從而導(dǎo)致提取率下降。在微波時間為5min時艾葉中總黃酮的提取率最高。因此，微波時間為5min時進(jìn)行提取效果最好。

3.1.6 不同超聲時間對黃酮提取率的影響

方法步驟同上3.1.1，用不同超聲時間（10min、15min、20min、25min、30min）提取艾葉中黃酮類物質(zhì)，結(jié)果見圖7。

由圖7可知，艾葉中總黃酮提取率隨超聲時間的增加稍微有所增大，而后呈逐漸減小的趨勢，出現(xiàn)這種情況的可能原因是超聲作用時間較長時，超聲波的空化作用及機(jī)械振動作用導(dǎo)致細(xì)胞膜破裂，總黃酮提取率增大;而超聲時間過長時，一方面可能是細(xì)胞內(nèi)除黃酮類化合物以外的一些物質(zhì)進(jìn)入提取液，影響黃酮類化合物的溶出，另一方面，乙醇揮發(fā)，也降低了總黃酮的得率。因此，超聲時間為15min時提取效果最好。

3.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計及結(jié)果分析

3.2.1 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇微波功率、乙醇濃度、超聲時間3個自變量進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計，結(jié)果見表1、表2。

3.2.2 回歸方程建立及模型方差分析

采用Design-Expert 8.0.6軟件對表2數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元擬合處理后，得到回歸方程：

總黃酮提取率=-32.46035+0.19097A+0.52148B+0.42751C-1.135×10-4AB-8.41×10-4AC+5.75×10-4BC-2.52970×10-4A2-4.11425×10-3B2-5.717×10-3C2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中：A為微波功率;B為乙醇濃度;C為超聲時間。

所得的回歸方程方差分析見表3。根據(jù)表3可以看出，F(xiàn)=8.05，P<0.01，說明該模型的顯著性較高。失擬項=0.24（P>0.05）不顯著，說明方程的擬合度與可信度較高。

使用Design-Expert 8.0.6軟件對表2中數(shù)據(jù)繪制3D曲面圖（見圖7～圖9），通過響應(yīng)面圖和P值的大小得出對總黃酮提取率影響大小順序?yàn)槲⒉üβ?gt;乙醇濃度>超聲時間。

3.2.3 響應(yīng)面法的可靠性驗(yàn)證

采用Design-Expert 8.0.6軟件建立模型，進(jìn)行最優(yōu)分析，得到最優(yōu)工藝為乙醇濃度59.80%，微波功率338.25W，超聲時間15.51min，總黃酮提取率可達(dá)到18.982%。為驗(yàn)證該工藝的可靠性，并綜合考慮試驗(yàn)條件，將該工藝所得參數(shù)調(diào)整為微波功率338W，乙醇濃度60%，超聲時間16min，進(jìn)行3組平行試驗(yàn)，得到總黃酮的平均提取率為18.982%，與模型預(yù)測值接近，表明：響應(yīng)面法優(yōu)化微波-超聲波輔助提取艾葉總黃酮的工藝準(zhǔn)確可靠。

4 結(jié) 論

乙醇濃度60%，乙醇用量30mL，微波功率350W，微波時間5min，提取溫度50℃，超聲時間15min℃時，分別達(dá)到單因素條件下的最高值。

采用Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計，構(gòu)建二次回歸方程模型。從方差分析及3D模型圖中得出對提取率影響大小的順序?yàn)槲⒉üβ?gt;乙醇濃度>超聲時間;最優(yōu)工藝為微波功率338W，乙醇濃度60%，超聲時間16min，總黃酮的提取率為18.982%。與響應(yīng)面分析出的模型的提取率18.954%較接近，證明該工藝較可靠，具有一定的意義與參考價值。

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收稿日期：2019-11-08

基金項目：2017年廣西大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（201713639056）;廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院科學(xué)基金項目（2017LSKY01）。

作者簡介：黃艷玲，女，碩士，講師，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物提取，高分子膜材料。