基于響應(yīng)面分析法優(yōu)化黨參多糖提取工藝

張雪玲，廉 升，齊淑嵐，郭怡怡，陳家巍

（安康學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 安康 725000）

黨參為《中華人民共和國藥典》收錄的中草藥，來源為桔?？浦参稂h參、素花黨參、或川黨參等，根部為黨參的主要用藥部位［1］。黨參產(chǎn)于中國北方海拔1 560～3 100 m 的山地林邊及灌叢中［2］，在陜西、甘肅、四川等地有大量栽培，以根條肥大、粗實、紋多、味甜而著名［3］，是頗受歡迎的中藥補(bǔ)品，并且為出口產(chǎn)品。黨參具有補(bǔ)中益氣、健脾益肺功效，現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，黨參多糖具有調(diào)整胃腸功能紊亂、抗?jié)儯?，5］、增強(qiáng)造血功能、降低血液黏稠度、抗血栓、降血壓、強(qiáng)心、抗休克等作用［6，7］，故臨床上可以用于輔助治療，增強(qiáng)人體免疫力［8］。

多糖是多羥基醛或酮及其衍生物的縮合物，天然的單糖、低聚糖、多糖都可溶于水，但多糖難溶于高濃度的醇，利用多糖在水和高濃度醇中的溶解度差異，在多糖水溶液中加入高濃度醇，使醇的濃度到達(dá)一定程度，會使多糖沉淀析出［9］。

本研究以藥材黨參為原料，用Box-Behnken 設(shè)計［10］，結(jié)合響應(yīng)面分析法，以多糖提取率為指標(biāo)，優(yōu)化提取工藝條件，旨在為安康黨參的開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

藥材：黨參，購于安康市。

試劑：石油醚、乙醇、氯仿、正丁醇、活性炭等，試劑均為分析純，試驗用水為去離子水。

儀器：AE224 型電子分析天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；DZKW-4 型電熱恒溫水浴鍋，上?？苽ビ琅d儀器有限公司；DHG-9030 型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；LD4-2 型低速離心機(jī)，北京醫(yī)用離心機(jī)廠；DZF-6021 型真空干燥箱，武漢格萊莫檢測設(shè)備有限公司；RE-52A 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海嘉鵬科技有限公司；SHZ-D（Ⅲ）循環(huán)水式真空泵，南京市予華儀器有限責(zé)任公司；MS240 型加熱磁力攪拌器，上海達(dá)姆實業(yè)有限公司；SGWX-4 型顯微熔點儀，北京市儀電物理光學(xué)儀器有限公司；FT-IR200 型傅里葉紅外光譜儀，天津科技發(fā)展有限公司。

1.2 試驗方法

根據(jù)植物多糖的性質(zhì)，預(yù)選水提醇沉法［11］提取黨參多糖，再通過單因素試驗和響應(yīng)面分析法［12］優(yōu)化其最佳提取工藝條件。

1.2.1 黨參預(yù)處理 取適量黨參藥材，45 ℃恒溫干燥，粉碎過篩，得黨參干粉。

1.2.2 多糖提取工藝 取黨參干粉10 g，置于150 mL Soxhlet提取器的濾紙筒中，在圓底燒瓶中加入100 mL沸程30～60 ℃的石油醚［13］，索氏水浴加熱回流提取，虹吸幾次直到提取液顏色較淺為止，待最后一次虹吸下去，稍冷取濾紙筒中的藥渣抽濾，然后濾渣置于45 ℃電熱恒溫干燥箱中烘干，得到除去脂溶性雜質(zhì)的藥渣。

將脂溶性雜質(zhì)的藥渣置于250 mL 圓底燒瓶中，加入150 mL 去離子水，70 ℃水浴攪拌回流浸提3 h，離心分離，濾液減壓濃縮，濃縮液用無水乙醇隔夜沉淀，抽濾，取濾渣，置于45 ℃電熱恒溫干燥箱干燥，得到除去單糖、低聚糖及苷類的粗黨參多糖。

粗多糖加水溶解后，加入Sevage 試劑（氯仿∶正丁醇=3∶1，混合搖勻），用NaOH 溶液調(diào)pH 至弱堿性，使蛋白質(zhì)充分沉淀，離心分離，向多糖液中加入固體粗產(chǎn)物1%左右的活性炭脫色，煮沸，抽濾分離無水乙醇再沉淀，45 ℃真空干燥，得黨參多糖。

1.2.3 黨參多糖提取率計算

式中，m為黨參多糖的質(zhì)量（g），m0為黨參藥材干粉的質(zhì)量（g）。

1.2.4 單因素試驗 以黨參多糖提取率為評價指標(biāo)，分別探究液料比、提取溫度和回流時間對黨參多糖提取率的影響。

1.2.5 響應(yīng)面試驗 在單因素試驗的基礎(chǔ)上，依據(jù)Box-Benhnken 原理，結(jié)合Design-Expert 10.0.3 軟件優(yōu)化提取工藝，選擇合適的提取溫度、回流時間和液料比水平，進(jìn)行3 因素3 水平的響應(yīng)面試驗設(shè)計，因素和水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗的因素和水平

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果與分析

2.1.1 液料比對黨參多糖提取率的影響 固定提取溫度80 ℃、回流時間1 h，改變液料比，研究液料比對黨參多糖提取率的影響，試驗結(jié)果如圖1 所示。由圖1 可知，液料比從5∶1 增加到20∶1 時，多糖提取率呈先增加后降低趨勢，當(dāng)液料比為10∶1 時，黨參多糖提取率最高。因此選取液料比為8∶1、10∶1、12∶1 做響應(yīng)面試驗，以確定最佳液料比。

圖1 液料比對黨參多糖提取率的影響

2.1.2 提取溫度對黨參多糖提取率的影響 固定液料比10∶1、回流時間1 h，研究提取溫度對黨參多糖提取率的影響，試驗結(jié)果如圖2 所示。由圖2 可知，提取溫度從50 ℃增加到90 ℃時，多糖提取率呈先升高后降低趨勢，當(dāng)提取溫度為80 ℃，黨參多糖提取率最高。因此選取70、80、90 ℃做響應(yīng)面試驗，以確定最佳提取溫度。

圖2 提取溫度對黨參多糖提取率的影響

2.1.3 回流時間對黨參多糖提取率的影響 固定液料比10∶1、提取溫度80 ℃，研究回流時間對黨參多糖提取率的影響，試驗結(jié)果如圖3 所示。由圖3 可知，隨著回流時間的增加，多糖提取率呈先升高后降低趨勢，因此選取1、1.5、2 h 做響應(yīng)面試驗，以確定最佳回流時間。

圖3 回流時間對黨參多糖提取率的影響

2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果及分析

2.2.1 響應(yīng)面優(yōu)化試驗設(shè)計及結(jié)果 依據(jù)單因素試驗結(jié)果［14］，根據(jù)Box-Behnken 的中心組合原理，通過Design-Expert 10.0.3 軟件，設(shè)計3 因素3 水平的響應(yīng)面試驗，以3 因素為自變量，響應(yīng)值Y為黨參多糖提取率，試驗方案及結(jié)果見表2。

2.2.2 響應(yīng)面二次回歸模型的建立與方差分析 對表2 的試驗結(jié)果，用響應(yīng)面分析軟件操作，得出黨參多糖提取率為響應(yīng)值Y的回歸方程：Y= 19.28+1.69A+ 0.40B+ 0.79C-0.43AB+ 0.43AC-0.075BC-1.59A2-2.22B2-1.14C2。

表2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗設(shè)計及結(jié)果

由表3 方差分析結(jié)果可知，該模型的F=35.32，回歸模型項P＜0.000 1，失擬項P＞0.05，為不顯著，表明試驗誤差小［14］，試驗結(jié)果與模型擬合度好［15］。由F檢驗可知，影響黨參多糖提取率的主次因素為液料比＞回流時間＞提取溫度，方差分析顯示，A對Y影響極顯著（P＜0.001），B、C對Y影響顯著（P＜0.05），A2、B2、C2都是顯著的模型項（P＜0.05）。

表3 響應(yīng)面二次回歸模型方差分析

另外模型還計算得到的決定系數(shù)R2=0.978 5，說明該方程與對應(yīng)的響應(yīng)值擬合程度能夠達(dá)97.85%，校正決定系數(shù)R2adj=95.08%，顯示模型預(yù)測結(jié)果與試驗結(jié)果擬合，說明該模型結(jié)果可靠，用模型能對多糖提取率工藝進(jìn)行分析和優(yōu)化預(yù)測［16］。

2.2.3 響應(yīng)面交互及分析 用Design-Expert10.0.3軟件，對液料比、提取溫度和回流時間3 個因素兩兩交互，做不同因素間響應(yīng)面3D 圖，響應(yīng)面3D 圖可反映各因素間的相互作用及最佳參數(shù)。三維圖越陡峭［17］，表明相應(yīng)因素對多糖提取率影響較大。由圖4可知，兩因素交互項AB＞AC＞BC，P均大于0.05，表明兩因素間交互對響應(yīng)值的影響不大，這與模型的方差分析結(jié)果相一致，所以交互項對多糖提取率沒有很顯著的影響。

圖4 各因素交互作用對黨參多糖提取率的影響

2.2.4 響應(yīng)面優(yōu)化與驗證試驗 經(jīng)響應(yīng)面軟件分析顯示預(yù)測最佳提取條件為液料比11.166∶1（mL/g）、提取溫度80.266 ℃、回流時間1.723 h，黨參多糖得率為19.953%。

調(diào)整提取參數(shù)為液料比11.2∶1（mL/g）、提取溫度80 ℃、回流時間1.5 h，驗證結(jié)果多糖得率為19.38%，擬合度好，誤差為2.87%，充分驗證了模型的準(zhǔn)確性，該工藝優(yōu)化合理、有效。

3 小結(jié)

本研究以黨參多糖提取率為指標(biāo)，以水提醇沉法提取黨參多糖。在單因素試驗基礎(chǔ)上，用響應(yīng)面分析法優(yōu)化提取工藝。結(jié)果表明，試驗的二次模型擬合度較高，3 個因素對多糖提取率有顯著影響，依次為液料比＞回流時間＞提取溫度，水提醇沉法提取黨參多糖的最佳提取工藝參數(shù)為液料比11.2∶1（mL/g）、提取溫度80 ℃、回流時間1.5 h，此時多糖得率為19.38%。該結(jié)論為黨參多糖提取工藝提供了依據(jù)，同時為黨參多糖保健品和藥物制劑的開發(fā)提供了一定的參考。