響應(yīng)面法優(yōu)化蒙藥赤瓟子提取工藝

唐曉光　陳曉北　李天柱　唐紅梅

摘要：目的：采用響應(yīng)面法優(yōu)化蒙藥赤瓟子提取工藝，為其進(jìn)一步開發(fā)和利用奠定工藝基礎(chǔ).方法：采用回流提取法，以單因素試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，選取液料比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取溫度、提取時(shí)間為自變量，赤瓟子提取率為響應(yīng)值，依據(jù)Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用響應(yīng)面法優(yōu)化蒙藥赤瓟子提取工藝.結(jié)果：赤瓟子最佳提取工藝條件為提取溫度80℃，乙醇體積分?jǐn)?shù)68%，液料比15：1ml/g，提取時(shí)間60min，提取率高達(dá)37.26%.結(jié)論：采用響應(yīng)面法優(yōu)化蒙藥赤瓟子提取工藝切實(shí)可行，穩(wěn)定性較好.

關(guān)鍵詞：赤瓟子;響應(yīng)面法;提取工藝

中圖分類號(hào)：TQ460.6;R282.71? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2019）09-0033-04

赤瓟子（Thladiantha dubia Bunge）為葫蘆科植物，干燥果實(shí)入藥，蒙藥名敖魯毛斯，又名赤雹、赤瓟、赤包子等.味酸，苦，性平，具有理氣、降逆、利濕、活血、化瘀祛痰等功效[1]，其主要化學(xué)成分有黃酮類、三萜類、多糖類、揮發(fā)油類、糖苷類和有機(jī)酸等[2-6].藥理學(xué)研究表明，赤瓟子具有抗腫瘤、解熱鎮(zhèn)痛、抗炎、抗菌、免疫調(diào)節(jié)等多方面的藥理活性[7-11].根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研，赤瓟子的研究主要集中在藥理作用、少量已知成分的含量測定等方面，關(guān)于尚未有提取工藝的研究報(bào)道.本實(shí)驗(yàn)采用回流提取法，在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，選取液料比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取溫度、提取時(shí)間為自變量，赤瓟子提取率為響應(yīng)值，采用響應(yīng)面法優(yōu)化蒙藥赤瓟子提取工藝，提高其有效成分提取率與利用率，為進(jìn)一步開發(fā)、利用蒙藥赤瓟子奠定工藝基礎(chǔ).

1 儀器與材料

1.1 儀器

恒溫水浴鍋（HH-1，江蘇金壇市億通電子有限公司）;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（RE-2000B，上海亞榮生化儀器廠）;循環(huán)水式多用真空泵（SHE-III，臨海市譚式真空設(shè)備有限公司）;分析電子天平（FA2104，上海良平儀器儀表有限公司）;電子天平（ME1002/02，梅特勒-托利多儀器有限公司）;數(shù)控超聲波清洗器（ KQ-100DB，昆山超聲儀器有限公司）.

1.2 材料

實(shí)驗(yàn)用蒙藥赤瓟子購自河北安國（產(chǎn)品批號(hào)：1707010575，河北聯(lián)康藥業(yè)有限公司生產(chǎn)），經(jīng)赤峰學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥用植物與生藥學(xué)教研室鹿萍副教授鑒定為葫蘆科植物赤瓟（Thladiantha dubia.）的干燥果實(shí)，95%乙醇（產(chǎn)品批號(hào)：2018315，分析純，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司）.

2 實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

2.1.1 原料藥預(yù)處理 將赤瓟子粉碎后過60目篩，粗粉置于50℃的烘箱內(nèi)干燥至恒重，備用.

2.1.2 赤瓟子的提取 精密稱量赤瓟子粗粉10g，用不同體積分?jǐn)?shù)的乙醇，按一定的液料比、提取時(shí)間、提取溫度加熱回流提取2次，合并提取液后趁熱抽濾去除藥材殘?jiān)?，抽濾液使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓蒸餾，濃縮液轉(zhuǎn)移至精密稱重的10ml圓底燒瓶內(nèi)，減壓蒸餾至恒重，冷卻后精密稱重，可得浸膏重量，然后計(jì)算赤瓟子提取率，計(jì)算方法如下：

提取率=（浸高重量/10g）×100%

2.2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 提取溫度對(duì)赤瓟子提取率的影響

精確稱量干燥赤瓟子粗粉10g，按液料比15∶1ml/g，加入150ml體積分?jǐn)?shù)為70%的乙醇，在50℃、60℃、70℃、80℃、90℃的條件下，回流提取2次，每次1h，平行實(shí)驗(yàn)重復(fù)2次，計(jì)算平均提取率，實(shí)驗(yàn)方法及提取率計(jì)算方法參照2.1.2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1.

由圖1可知，在提取時(shí)間、液料比、乙醇體積分?jǐn)?shù)一定的情況下，隨著提取溫度的升高，赤瓟子提取率增加，在80℃時(shí)提取率最高，溫度高于80℃時(shí)赤瓟子提取率呈下降趨勢.造成這一現(xiàn)象的原因可能是提取溫度高于80℃，赤瓟子中揮發(fā)油類等成分損失過多，導(dǎo)致提取率下降.

2.2.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)赤瓟子提取率的影響

精確稱量干燥赤瓟子粗粉10g，按液料比為15∶1ml/g選取乙醇體積分?jǐn)?shù)50%、60%、70%、80%、90% 5個(gè)濃度，在80℃的條件下提取2次，每次1h，平行實(shí)驗(yàn)重復(fù)2次，計(jì)算平均提取率，實(shí)驗(yàn)方法及提取率計(jì)算方法參照2.1.2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2.

由圖2可知，在液料比、提取時(shí)間、提取溫度一定的情況下，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大，赤瓟子提取率呈上升趨勢，70%時(shí)赤瓟子提取率達(dá)到最高點(diǎn)，乙醇體積分?jǐn)?shù)高于70%，赤瓟子提取率逐漸降低.造成這一現(xiàn)象的原因可能與赤瓟子化學(xué)成分的溶解性有關(guān).

2.2.3 提取時(shí)間對(duì)赤瓟子提取率的影響

精確稱量干燥赤瓟子粗粉10g，按液料比15∶1ml/g，加入150ml 70%的乙醇，選取30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min 7個(gè)提取時(shí)間，在80℃的條件下提取2次，平行實(shí)驗(yàn)重復(fù)2次，計(jì)算平均提取率，實(shí)驗(yàn)方法及提取率計(jì)算方法參照2.1.2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3.

由圖3可知，在液料比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取溫度一定的情況下，提取時(shí)間在30min～60min內(nèi)，赤瓟子提取率與提取時(shí)間呈正相關(guān)，提取時(shí)間多于60min，赤瓟子提取率反而下降趨勢，可能是藥材中某些化學(xué)成分不穩(wěn)定或者揮發(fā)油損失過多導(dǎo)致提取率下降.

2.2.4 液料比對(duì)赤瓟子提取率的影響

精確稱量干燥赤瓟子粗粉10g，選取液料比8∶1ml/g、10∶1ml/g、15∶1 ml/g、20∶1 ml/g、25∶1 ml/g、30∶1 ml/g 6個(gè)因素，加一定體積的70%乙醇，在80℃的條件下提取2次，每次1h，平行實(shí)驗(yàn)重復(fù)2次，計(jì)算平均提取率，實(shí)驗(yàn)方法及提取率計(jì)算方法參照2.1.2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4.

由圖4可知，在提取時(shí)間、提取溫度、乙醇體積分?jǐn)?shù)一定的情況下，液料比在8∶1ml/g～15∶1ml/g之間時(shí)，赤瓟子提取率隨著液料比的增加而增加，15∶1ml/g時(shí)赤瓟子提取率達(dá)到峰值，之后赤瓟子提取率呈下降趨勢.

3 響應(yīng)面法優(yōu)化赤瓟子提取工藝

3.1 根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，設(shè)計(jì)4因素3水平響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)方案，優(yōu)化赤瓟子的提取工藝.采用響應(yīng)面法設(shè)計(jì)的因素和水平見表1，其試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見表2.

3.2 模型的建立和方差分析 采用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)表2數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可得赤瓟子提取率（R1）關(guān)于4因素的回歸方程：R1=38.38-0.20A-2.81B-0.32C+0.12D-1.23AB+1.26AC +0.12AD+1.15BC-1.79BD+1.93CD-1.42A2-6.43 B2-4.63C2-7.00D2.方差分析結(jié)果（見表3）表明回歸模型（P<0.0001）極顯著.失擬項(xiàng)P=0.1818（P>0.01）不顯著，表明實(shí)驗(yàn)操作相對(duì)準(zhǔn)確，R2=0.9179，表明模型擬合程度良好，可用該模型進(jìn)行蒙藥赤瓟子提取率的預(yù)測.由F值可知，乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)赤瓟子的提取率有顯著性影響，影響程度：乙醇體積分?jǐn)?shù)>液料比>提取溫度>提取時(shí)間.乙醇體積分?jǐn)?shù)的二次項(xiàng)B2、液料比的二次項(xiàng)C2和提取時(shí)間的二次項(xiàng)D2對(duì)赤瓟子的提取率有極限顯著性的影響（P<0.0001）.

3.3 響應(yīng)面分析 由回歸方程建模繪制赤瓟子提取率的響應(yīng)曲面，根據(jù)響應(yīng)面可以直觀地觀察兩兩因素交互作用對(duì)赤瓟子提取率響應(yīng)值的影響，其響應(yīng)面3D圖如圖5，以此來優(yōu)化赤瓟子最佳提取工藝條件.

3.4 最佳提取工藝及驗(yàn)證性試驗(yàn) 根據(jù)Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)，采用響應(yīng)面法確定蒙藥赤瓟子最佳提取工藝條件為：提取溫度80.07℃，乙醇體積分?jǐn)?shù)67.71%，液料比14.73ml/g，提取時(shí)間60.31min，提取率為38.71%，鑒于實(shí)驗(yàn)的可操作性，將最佳提取工藝條件校正為：提取溫度80℃，乙醇體積分?jǐn)?shù)68%，液料比15：1ml/g，提取時(shí)間60min，為驗(yàn)證軟件預(yù)測的可靠性，依據(jù)最佳提取工藝條件平行提取試驗(yàn)3次，試驗(yàn)結(jié)果平均提取率為37.26%，與預(yù)測值相差1.45%，誤差較小，表明校正試驗(yàn)條件穩(wěn)定可靠.

4 討論

確定天然藥物最優(yōu)提取工藝的常用方法是正交試驗(yàn)法或均勻試驗(yàn)法，上述方法均為線性模型，具有操作簡便、試驗(yàn)次數(shù)少、節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn)，但由于模型精度不高，導(dǎo)致預(yù)測性誤差較大.采用響應(yīng)面法優(yōu)化赤瓟子提取工藝，不僅具有建模準(zhǔn)確，信息全面且直觀等優(yōu)點(diǎn)，而且還可以通過曲面分析兩兩交互因素對(duì)提取率的顯著性.因此本實(shí)驗(yàn)采用了響應(yīng)面法建模預(yù)測赤瓟子的最優(yōu)提取工藝，且模型準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可行.

課題組在前期預(yù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用正交試驗(yàn)法優(yōu)化赤瓟子最佳提取工藝，而驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果誤差較大，進(jìn)而選擇響應(yīng)面法再次確定提取工藝條件，通過對(duì)比不同方法、不同模型提取工藝的差別發(fā)現(xiàn)響應(yīng)面法更加科學(xué)、合理，適用于天然藥物提取工藝的優(yōu)化.

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