正交試驗優(yōu)化梔子中藏紅花素提取工藝

劉 聃，劉鳳英，黃 穎，段艷輝，鄧愛華

（1.湖南文理學(xué)院 芙蓉學(xué)院，湖南 常德 415000；2.湖南文理學(xué)院 地理科學(xué)與旅游學(xué)院，湖南 常德 415000）

梔子為茜草科梔子屬的成熟干燥果實，具有抗炎鎮(zhèn)痛、降低血糖、保護(hù)心腦血管、治療脂肪肝等作用，也有相應(yīng)的保健價值，通常用于制作各種保健品。在中醫(yī)臨床常用于治療高血壓、糖尿病、黃疸型肝炎、扭挫傷等作用。宋曉靜等人[1]闡述了梔子對呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、泌尿生殖系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)及血液循環(huán)系統(tǒng)的作用。梔子中含有藏紅花素，藏紅花素具有抗癌、抗腫瘤的作用，具體體現(xiàn)在抑制宮頸癌、治療白血病、結(jié)腸癌、卵巢癌、結(jié)腸癌等疾病上。通過單因素試驗及正交試驗設(shè)計優(yōu)化梔子中藏紅花素提取工藝，為梔子中藏紅花素的深度開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

梔子，澧縣扶農(nóng)中藥材農(nóng)民專業(yè)合作社提供；甲醇，色譜純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司提供；乙醇，分析純，湖南匯宏試劑有限公司提供。

JR-600型高速多功能粉碎機，永康云達(dá)機械產(chǎn)品；FA2104型電子天平，上海恒平科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；SHZ-D（Ⅲ）型循環(huán)水式真空泵，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司產(chǎn)品；KQ5200DE型數(shù)控超聲波清洗器，昆山超聲儀器有限公司產(chǎn)品；Agress1100型高效液相色譜儀，大連伊力特分析儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線制備

稱取藏紅花素-Ⅰ標(biāo)準(zhǔn)品20 mg置于200 mL容量瓶中，加入60%乙醇溶液定容，配制200 mg/L的藏紅花素母液。分別取母液2.50，3.75，5.00，5.25，6.50 mL置于25 mL容量瓶中，加入60%的乙醇溶液定容。配成20，30，40，50，60 mg/L的藏紅花素溶液。高效液相色譜法檢測條件如下[2-3]：ODS2色譜柱（4.6 mm×200 mm，5 μm）、流動相為甲醇∶水（1∶1），檢測波長440 nm，流速1 mL/min，柱溫30℃，進(jìn)樣量20 μL。以藏紅花素的質(zhì)量濃度為自變量，峰面積為因變量繪制回歸曲線，得到的藏紅花素的標(biāo)準(zhǔn)線：Y=106.24X+789.74，R2=0.999 5。

1.2.2 藏紅花素提取工藝

首先將梔子用嘉悅JR-600型高速多功能粉碎機進(jìn)行粉碎，過50-300目篩，接著使用電子精密天平準(zhǔn)確稱取0.3 g梔子粉末于燒杯中，按照預(yù)先設(shè)計的試驗因素和水平用一定體積分?jǐn)?shù)的乙醇溶液在40℃的溫度下，使用KQ5200DE型數(shù)控超聲波清洗器浸漬振蕩30 min，超聲提取用相應(yīng)體積分?jǐn)?shù)的乙醇定容至刻度線，搖勻，抽濾取濾液制成待測液，最后將一定量的待測液于波長440 nm處測定梔子中藏紅花素的峰面積，參照標(biāo)準(zhǔn)曲線方程可以計算所測樣品的質(zhì)量濃度，然后根據(jù)m=cv計算梔子中藏紅花素的質(zhì)量，并計算提取率：

1.2.3 單因素試驗

準(zhǔn)確稱取0.2 g梔子粉末樣品5份，分別置于5個小燒杯中，中間條件控制為乙醇體積分?jǐn)?shù)60%，料液比1∶40，超聲溫度40℃，超聲時間30 min。分別考查乙醇體積分?jǐn)?shù)為30%，40%，50%，60%，70%；料液比為1∶20，1∶30，1∶40，1∶50，1∶60；超聲時間為10，20，30，40，50 min；超聲溫度為30，40，50，60，70℃4個單因素水平對梔子中藏紅花素提取率的影響。

1.2.4 設(shè)計正交試驗

根據(jù)1.2.3單因素試驗結(jié)果，設(shè)計四因素三水平的正交試驗，選用L9（34）正交表進(jìn)行相應(yīng)的正交試驗，計算每次試驗梔子中藏紅花素的提取率，根據(jù)正交試驗結(jié)果，利用極差分析法進(jìn)行分析[4-5]，可以得到正交試驗的最佳參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)的影響

乙醇體積分?jǐn)?shù)對藏紅花素提取率的影響見圖1。

由圖1可知，乙醇體積分?jǐn)?shù)在30%～60%呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢，梔子中藏紅花素的提取率60%時達(dá)到最高，繼續(xù)增加乙醇體積分?jǐn)?shù)，呈現(xiàn)迅速下降的趨向，由于乙醇體積分?jǐn)?shù)過高，極性降低，溶液中藏紅花素溶出度下降。

圖1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對藏紅花素提取率的影響

2.1.2 料液比對藏紅花素提取率的影響

料液比對藏紅花素提取率的影響見圖2。

圖2 料液比對藏紅花素提取率的影響

由圖2可知，料液比為1∶20～1∶40時，藏紅花素的提取率呈下降趨勢，在料液比為1∶50時，提取率達(dá)到最高，之后又出現(xiàn)顯著下降的趨勢，料液比越大后處理越困難，故1∶50為最佳料液比。

2.1.3 超聲時間的影響

由于超聲波有空化效果從而會產(chǎn)生一定熱效應(yīng)和高強度機械效應(yīng)，具有增加穿透性、促使細(xì)胞破碎和加速質(zhì)量傳遞等優(yōu)點[6]。

超聲時間對藏紅花素提取率的影響見圖3。

圖3 超聲時間對藏紅花素提取率的影響

由圖3可知，隨著超聲時間的增加，梔子中藏紅花素的提取率不斷增加，在40 min時達(dá)到最大；進(jìn)一步增加超聲時間，提取率迅速下降，可能是長時間超聲導(dǎo)致了梔子中藏紅花素的分解。

2.1.4 超聲溫度的影響

超聲溫度對藏紅花素提取率的影響見圖4。

由圖4可知，超聲溫度為30～50℃時，梔子中藏紅花素的提取率隨溫度增加而上升，提取率50℃時最高；如進(jìn)一步提高溫度，提取率呈現(xiàn)先下降后增加的趨勢，可能是由于溫度升高，藏紅花素不穩(wěn)定導(dǎo)致分解，同時溫度升高，促進(jìn)藏紅花素的溶出及黏度降低，多種因素共同作用的結(jié)果，選擇合適的超聲溫度是50℃。

圖4 超聲溫度對藏紅花素提取率的影響

2.2 正交試驗結(jié)果

2.2.1 設(shè)計正交試驗

在數(shù)學(xué)學(xué)科的相關(guān)理論中，正交法主要是在數(shù)理統(tǒng)計、概率論和線性代數(shù)為基礎(chǔ)的前提下，選用標(biāo)準(zhǔn)的正交化作為試驗設(shè)計原理而進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計試驗[7-8]，通過各單因素所導(dǎo)致的梔子中藏紅花素提取率最高水平的上下值設(shè)置正交表的因素水平值。

正交試驗因素與水平設(shè)計見表1。

表1 正交試驗因素與水平設(shè)計

2.2.2 正交試驗結(jié)果

正交試驗結(jié)果見表2。

由表2可知，用梔子中藏紅花素的提取率為參照因素，各試驗因素對梔子中藏紅花素提取率的影響按照由大到小依次為料液比、超聲時間、乙醇體積分?jǐn)?shù)、超聲溫度，在提取試驗工藝當(dāng)中超聲時間和料液比這2個因素對梔子中藏紅花素提取率的影響較大，對提取率影響較小的是乙醇體積分?jǐn)?shù)，其中最小的是超聲溫度。表2顯示的正交試驗結(jié)果表明，梔子中藏紅花素的最佳提取率所在條件為試驗A2B2C3D2處，也就是在乙醇體積分?jǐn)?shù)60%，料液比1∶50，超聲溫度60℃，其超聲時間40 min時，此條件下梔子中藏紅花素的提取率為64.25%。

表2 正交試驗結(jié)果

3 結(jié)論

通過單因素試驗考查了乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、超聲時間和超聲溫度等因素對梔子中藏紅花素提取率的影響規(guī)律；通過正交試驗優(yōu)化梔子中藏紅花素的最佳提取工藝參數(shù)為乙醇體積分?jǐn)?shù)60%，料液比1∶50，超聲溫度60℃，超聲時間40 min，梔子中藏紅花素的提取率為64.25%。