星點設(shè)計-效應(yīng)面法優(yōu)化麥冬山楂甘草共提工藝

張萌，張曉丹，凌曉冬，戴一朋，曹暉*

揚州大學(xué)旅游烹飪學(xué)院（揚州 225127）

麥冬、山楂、甘草均為藥食同源原料，也是日常生活中比較常見的原料，其食用歷史悠久。麥冬具備止咳潤肺、生津養(yǎng)胃的作用；甘草可調(diào)和益氣；山楂能促進食欲，健脾開胃[1]。三者合用可達(dá)到補脾益氣、增強體魄的效果。

3種原料的傳統(tǒng)共提方法有煎煮法、浸漬法、滲漉法、回流提取法、連續(xù)回流提取法等。其中煎煮法是運用最廣泛的一種方法，但是水提液中除了有效成分外還包括很多無效成分或雜質(zhì)，會影響原料功效的發(fā)揮。最常見的除雜方法就是醇沉法，水提醇沉法是指在原料水提濃縮液中，加乙醇到適當(dāng)體積分?jǐn)?shù)，使難溶于乙醇的雜質(zhì)沉淀析出，采用固液分離法達(dá)到精制目的的方法[2]。該法具有使用方便，操作簡單，提取液較為澄清，有效成分損失較少等優(yōu)點。

星點設(shè)計-效應(yīng)面法將數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)知識結(jié)合，是近年來新興的一種試驗設(shè)計方法，用總評“歸一值”作為評價指標(biāo)，優(yōu)化提取工藝，以求達(dá)到最佳的功效，為工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)[3]。相對于常用的正交試驗法和均勻設(shè)計試驗法，星點設(shè)計-效應(yīng)面法在提取優(yōu)化研究方面具有顯著的優(yōu)勢，不僅可以減少試驗的次數(shù)，而且能夠進行適宜的非線性擬合，能夠比較多種影響因素和水平，考察這些條件對試驗結(jié)果的影響，具有所得信息量較大、效率高、精度高、數(shù)據(jù)直觀等特點，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工藝優(yōu)化[4]。探討麥冬、山楂、甘草三者共提優(yōu)化工藝，以期為后續(xù)固體飲料制作提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與設(shè)備

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮生化儀器廠）；HH-8數(shù)顯恒溫水浴鍋（國華電器有限公司）；紫外分光光度計（上海棱光技術(shù)有限公司）；臺式高速離心機（北京時代北利離心機有限公司）。

1.2 原料及試劑

甘草、山楂、麥冬（安徽華鼎堂中藥飲片科技有限公司）；魯斯可皂苷元標(biāo)準(zhǔn)品（上海源葉生物科技有限公司）；高氯酸、正丁醇等比色用試劑（國產(chǎn)分析純）。

1.3 試驗方法

1.3.1 提取液的制備[5]

麥冬、山楂、甘草加水浸泡→煎煮→過濾→合并濾液→濃縮→加乙醇→攪拌后室溫下靜置30 min→4 ℃冰箱中靜置1 120 min→析出沉淀→過濾，取濾液

1.3.2 單因素試驗方法

以麥冬、山楂、甘草共提液中總酸含量、魯斯可皂苷元含量、出膏率為試驗指標(biāo)，分析浸泡時間（30～150 min）、煎煮次數(shù)（1～3次）、煎煮時間（30～150 min）、加水倍量（4～12）4個因素對共提液上述指標(biāo)的影響。固定參數(shù)為：浸泡30 min，煎煮2次，加水倍量10倍。

1.3.3 星點設(shè)計-效應(yīng)面法試驗方法[6]

在單因素試驗基礎(chǔ)上，確定煎煮時間和加水倍量為考察因素，以出膏率、總酸含量、魯斯可皂苷元含量三者總評“歸一值”作評價指標(biāo)，做二因素五水平的星點設(shè)計，試驗設(shè)計見表1。

表1 麥冬山楂甘草共提工藝星點試驗因素水平

1.3.4 指標(biāo)測定

1.3.4.1 魯斯可皂苷元含量測定

1.3.4.1.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備

吸取0.5，1.0，2.0，3.0，4.0和5.0 mL魯斯可皂苷元標(biāo)準(zhǔn)溶液對照品溶液（50 μg/mL魯斯可皂苷元標(biāo)準(zhǔn)溶液，甲醇為溶劑）于50 mL具塞試管中，在40 ℃恒溫水浴鍋中揮干溶劑。揮干后，加入10 mL高氯酸充分搖勻，置于60 ℃恒溫水浴鍋中保溫15 min，取出，冰水浴冷卻，以相應(yīng)試劑為空白對照，在397 nm波長處測定吸光度[7]。以魯斯可皂苷元濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，制得標(biāo)準(zhǔn)曲線Y=0.103 8X-0.079 9，R2=0.999 3。

1.3.4.1.2 樣品溶液的制備[7]

取10 mL 1.3.1中提取液→用10 mL水飽和正丁醇萃取振搖（重復(fù)5次）→合并上層正丁醇液→取10 mL正丁醇液→用5 mL 40%氨試液萃?。?次）→靜置分層，棄去下層氨液→合并上層樣液→在75 ℃恒溫水浴鍋中蒸發(fā)揮干正丁醇液→80%甲醇溶解殘渣并定容至25 mL容量瓶，即得樣品溶液

1.3.4.1.3 樣品中魯斯可皂苷元含量測定

吸取2 mL樣品溶液于50 mL具塞試管中，參照標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備的方法，從“在40 ℃恒溫水浴鍋中揮干溶劑”步驟起，依法測定吸光度，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上讀出樣品溶液中魯斯可皂苷元的質(zhì)量，根據(jù)吸光度計算含量[8]。

魯斯可皂苷元含量=C1×D/W×100% （1）式中：C1為樣品中魯斯可皂苷元含量，mg；D為樣品溶液的稀釋倍數(shù)；W為原料總質(zhì)量，mg。

1.3.4.2 樣品中總酸含量測定[7]

取1.3.1中提取液，精密吸取1 mL，加蒸餾水定容至100 mL，加4～5滴酚酞指示液，用0.1 mol/L NaOH溶液滴定，溶液顏色稍顯微紅，即為滴定終點。

式中：V為氫氧化鈉滴定液量，mL；K為6.404 g/mL（即每毫升中0.1 mol/L氫氧化鈉滴定液相當(dāng)于主要酸即枸櫞酸的克數(shù)[7]；D為樣品溶液的稀釋倍數(shù)；W為樣品總質(zhì)量，g。

1.3.4.3 樣品出膏率的測定[9]

將提取液定容，然后精確吸取50 mL置于干燥且已恒質(zhì)量的蒸發(fā)皿中，95 ℃水浴蒸干溶劑后放入烘箱，105 ℃干燥至恒質(zhì)量，計算出膏率。

式中：M1為原料質(zhì)量，g；M2為干膏質(zhì)量，g；V1為提取液體積，mL；V2為取樣體積，mL。

2 結(jié)果與分析

2.1 煎煮次數(shù)對麥冬山楂甘草共提的影響

在參考文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，為了節(jié)省時間和成本，選3個水平進行試驗。結(jié)果表明，煎煮次數(shù)對各個指標(biāo)的影響較小，煎煮2次時，各個指標(biāo)較佳。綜合考慮，確定煎煮次數(shù)2次。

圖1 煎煮次數(shù)對麥冬山楂甘草共提的影響

2.2 浸泡時間對麥冬山楂甘草共提的影響

結(jié)果表明，出膏率、總酸含量和魯斯可皂苷元含量隨浸泡時間延長，增長較為平緩，并無較大變化。綜合考慮，確定浸泡時間30 min。

圖2 浸泡時間對麥冬山楂甘草共提的影響

2.3 煎煮時間對麥冬山楂甘草共提的影響

結(jié)果表明，煎煮時間在30～150 min之間，出膏率、總酸含量和魯斯可皂苷元的含量存在上升趨勢，因此以煎煮時間30～150 min為范圍進行考察。

圖3 煎煮時間對麥冬山楂甘草共提的影響

2.4 加水倍數(shù)對麥冬山楂甘草共提的影響

浸泡時間30 min，煎煮時間120 min，煎煮2次，結(jié)果表明，加水倍量在此范圍之內(nèi)出膏率和魯斯可皂苷元含量存在較明顯上升趨勢，但是加水倍量4倍時，得到的濾液較少，因此以加水倍量6～12倍為考察范圍。

圖4 加水倍量對麥冬山楂甘草共提的影響

2.5 星點設(shè)計-效應(yīng)面法試驗結(jié)果

按照二因素五水平設(shè)計試驗，以出膏率、總酸含量、魯斯可皂苷元含量三者總評歸一值作評價指標(biāo)，結(jié)果如表2所示。

表2 3種中藥共提工藝星點設(shè)計試驗及結(jié)果

2.6 模型擬合

根據(jù)試驗結(jié)果，應(yīng)用Design Expert 8.0.5軟件對數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合分析，得到OD值與各因素變量的二項式擬合得回歸方程：Y=0.85+0.03A+0.02B+0.05AB-0.12A2-0.11B2（R2=0.978，p＜0.01）。響應(yīng)面見圖5。方差分析結(jié)果顯示模型具有高度的顯著性（p＜0.001），失擬項不顯著（p＞0.05）以及R2=0.978，說明方程擬合度和可信度均良好，試驗誤差小，故可用此模型對三者共提工藝進行預(yù)測和分析[10]。對該模型進行方差分析，結(jié)果見表3。

表3 回歸模型方差分析結(jié)果

圖5 麥冬、山楂、甘草共提工藝中各因素對OD值影響的響應(yīng)面圖和等高線

2.7 效應(yīng)面優(yōu)化和驗證

根據(jù)自變量較優(yōu)預(yù)測范圍，較佳工藝條件為：加水倍數(shù)9倍，煎煮時間95 min。為了驗證此工藝條件的適用性和可行性，根據(jù)所得的工藝條件在加水倍量、提取時間最優(yōu)的水平上重復(fù)試驗3次進行驗證，得到的出膏率、魯斯可皂苷元含量、總酸含量的總評歸一值，并與擬合方程預(yù)測的OD最大值進行比較，結(jié)果見表4。實測值與預(yù)測值十分接近，該模型預(yù)測性較好。工藝條件所得出膏率、總酸含量和魯斯可皂苷元含量穩(wěn)定，驗證該工藝可行。從工藝的簡易程度、資源利用率和耗時耗能方面考慮，試驗得到的最優(yōu)工藝具有一定優(yōu)勢。

表4 工藝驗證結(jié)果

3 結(jié)論與討論

試驗以麥冬、山楂、甘草為原料，采用水提醇沉法進行提取，以單因素試驗為基礎(chǔ)結(jié)合星點設(shè)計-效應(yīng)面法進行工藝優(yōu)化。通過分析加水倍量、煎煮時間這2個因素對麥冬山楂甘草共提液出膏率、總酸含量和魯斯可皂苷元含量的影響，確定較優(yōu)提取工藝：加水倍量9倍，煎煮時間95 min。魯斯可皂苷元含量為2.11 mg/g，總酸含量為29.9 mg/g，出膏率為20.01%。

優(yōu)化的提取工藝簡單可行，預(yù)測性良好，可為后續(xù)固體飲料制作提供依據(jù)，也為3種原料后續(xù)保藏提供一種可行方法。此方法能提高原料的利用率，增加其附加值。固體飲料的潛在市場廣闊，發(fā)展形勢很好，所以此次試驗具有很大意義，可以在這方面深入研究。

通過研究試驗數(shù)據(jù)，可以得出提取條件不同會影響提取率，但是在實際生產(chǎn)中，提取率還會受到其他因素的影響，比如原料的質(zhì)量、實際操作的影響等。因此，要想得到最優(yōu)結(jié)果，必須要在各個環(huán)節(jié)進行把控，最大程度保證條件相似。