響應(yīng)面優(yōu)化艾葉精油的提取工藝研究

◎ 焦春霞，王國(guó)昌

（1.河南科技學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003；2.漯河食品職業(yè)學(xué)院，河南 漯河 462300）

艾（Artemisia argyiLevl.et Vant.）是菊科植物蒿屬草本植物，在我國(guó)分布廣泛[1]。艾葉是艾的干燥葉，藥用歷史悠久，性溫，味辛、苦，富有香氣[2]。艾葉中含有多種功效成分，主要有精油、多糖、黃酮和有機(jī)酸等[3-5]。近年來(lái)，精油、多糖和黃酮是學(xué)者研究的熱點(diǎn)[6-9]。艾葉精油是主要活性成分，具有防蟲(chóng)、抗菌、防過(guò)敏、祛痰和鎮(zhèn)咳等功效[10]，其主要化學(xué)成分有桉油精、萜品烯醇、石竹烯、蒿醇、樟腦、冰片、樟腦萜、d-水芹烯和新臭根子草醇等，在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[11-13]。鑒于此，本文采用水蒸氣蒸餾法提取艾葉精油，并優(yōu)化其工藝，為其開(kāi)發(fā)利用提供一種新途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

艾葉采收于新鄉(xiāng)周邊地區(qū)，經(jīng)陰干備用；無(wú)水硫酸鈉購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DFY-500粉碎機(jī)，溫州頂力醫(yī)療器械有限公司；SXKW調(diào)溫型電熱套，東莞市科恒儀器設(shè)備有限公司；BCD-272WDPD冰箱，青島海爾集團(tuán)有限公司； ZA-100電子天平，上海贊維衡器有限公司；Clevenger- type apparatus提取裝置為實(shí)驗(yàn)室組裝。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 艾葉預(yù)處理

將陰干的艾葉進(jìn)行粉碎，過(guò)20目篩，得到艾葉粉，備用。

1.3.2 艾葉精油的提取方法

稱取一定質(zhì)量的艾葉粉，放入蒸餾瓶中，加入600 mL蒸餾水，浸泡，利用Clevenger-type apparatus裝置提取精油，提取完成后，將上層油相轉(zhuǎn)入棕色玻璃瓶中，加入適量無(wú)水硫酸鈉去除水分，得到艾葉精油，然后放入4 ℃冰箱，避光保存，備用。

1.3.3 艾葉精油產(chǎn)油率的計(jì)算

艾葉精油產(chǎn)油率的計(jì)算公式為：艾葉精油產(chǎn)油 率=（提取艾葉精油質(zhì)量/艾葉粉末質(zhì)量）×100%。

1.3.4 艾葉精油的提取試驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)。準(zhǔn)確稱取10 g經(jīng)預(yù)處理的艾葉粉末，根據(jù)預(yù)試驗(yàn)預(yù)設(shè)浸泡時(shí)間12 h，液料比10∶1（mL·g-1）和提取時(shí)間4 h為單因素試驗(yàn)中的常規(guī)量。以浸泡時(shí)間（3 h、6 h、9 h、12 h和15 h）、液料比（4∶1、6∶1、8∶1、10∶1和12∶1）、提取時(shí)間（1 h、2 h、3 h、4 h和5 h）3個(gè)因素變量替換試驗(yàn)中的常規(guī)量。按照1.3.2方法進(jìn)行艾葉精油提取，計(jì)算產(chǎn)油率，研究其對(duì)產(chǎn)油率的影響，每組重復(fù)3次。

（2）響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)。在上述單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以浸泡時(shí)間（A）、液料比（B）、提取時(shí)間（C）3個(gè)因素為自變量，以艾葉精油產(chǎn)油率（Y）為響應(yīng)值，進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)因素與水平表

1.4 數(shù)據(jù)處理

每組試驗(yàn)，重復(fù)3次，取平均值；用Excel和Design-Expert 8.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 浸泡時(shí)間的影響

由圖1可知，艾葉精油產(chǎn)油率隨著浸泡時(shí)間的增加先增大后減小，當(dāng)浸泡12 h時(shí)，產(chǎn)油率達(dá)到最大。這是因?yàn)榻輹r(shí)間增加，水不斷向艾葉內(nèi)部滲透，艾葉組織細(xì)胞溶脹，浸泡時(shí)間越長(zhǎng)，細(xì)胞溶脹破裂的數(shù)量和程度越大，加速了精油擴(kuò)散溶出，產(chǎn)油率升高；但浸泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，細(xì)胞內(nèi)部的精油部分發(fā)生揮發(fā)，產(chǎn)油率降低。因此，浸泡時(shí)間取12 h為宜。

2.1.2 液料比的影響

由圖2可知，艾葉精油產(chǎn)油率隨著液料比的增大先升高后降低。這可能是由于溶劑量增多，物料浸潤(rùn)程度增大，易于精油擴(kuò)散溶出，產(chǎn)油率升高。液料比過(guò)小，溶劑無(wú)法充分浸潤(rùn)物料，影響提取效果，產(chǎn)油率不高；液料比過(guò)大，易導(dǎo)致溶液暴沸，精油溢出，產(chǎn)油率下降。因此，液料比選10∶1為宜。

2.1.3 提取時(shí)間的影響

由圖3可知，艾葉精油產(chǎn)油率隨著提取時(shí)間的增加，先升高后降低。這可能是由于提取時(shí)間增加，細(xì)胞中的精油溶出增加，產(chǎn)油率升高；當(dāng)提取時(shí)間超過(guò)4 h時(shí)，精油已溶出徹底，再增加提取時(shí)間，反而會(huì)導(dǎo)致精油部分揮發(fā)，造成產(chǎn)油率下降。因此，提取時(shí)間取4 h為宜。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)

2.2.1 回歸模型的建立

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以浸泡時(shí)間、液料比和提取時(shí)間為影響因素，艾葉精油產(chǎn)油率（Y）為響應(yīng)值，試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果表

利用Design-Expert 8.0軟件，對(duì)數(shù)據(jù)回歸擬合，結(jié)果 為：Y=0.90-6.375×10-3A-0.039B-0.017C+0.01AB+ 0.013AC+0.016BC-0.098A2-0.15B2-0.13C2。

2.2.2 方差分析

對(duì)上述模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3分析可知，回歸模型P＜0.01，該模型極顯著；失擬項(xiàng)P=0.459 8＞0.1，不顯著，說(shuō)明該模型成立；R2為0.999 8，表明模型擬合較好，適用于分析和預(yù)測(cè)艾葉精油的提取工藝。根據(jù)F值可知，各因素的影響排序?yàn)锽＞C＞A。

表3 方差分析結(jié)果表

2.2.3 最佳條件的確定及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

通過(guò)回歸模型預(yù)測(cè)，艾葉精油的提取工藝的理論最佳參數(shù)為浸泡時(shí)間11.87 h，液料比9.72∶1.00，提取時(shí)間3.92 h，艾葉精油理論產(chǎn)油率為0.902%。為便于實(shí)際操作，將工藝條件調(diào)整為浸泡時(shí)間12 h，液料比10∶1，提取時(shí)間4 h，在此條件下，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，經(jīng)3次驗(yàn)證試驗(yàn)，得到實(shí)際艾葉精油產(chǎn)油率平均值為0.899%，與預(yù)測(cè)值相對(duì)誤差0.33%，表明該模型 可靠。

3 結(jié)論

采用水蒸氣蒸餾法提取艾葉精油，并利用響應(yīng)面對(duì)提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。得到最佳工藝條件為浸泡時(shí)間12 h，液料比10∶1，提取時(shí)間4 h，在此條件下，艾葉精油產(chǎn)油率為0.899%，本試驗(yàn)結(jié)論可為艾葉精油的開(kāi)發(fā)、推廣及應(yīng)用提供一定的參考。