基于響應(yīng)面法的雞矢藤揮發(fā)油提取工藝優(yōu)化研究

安莉 劉騰恬 單娜 黨艷妮 楊祎辰 馬存德

摘要 以雞矢藤為原料，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，使用Box-Benhnken響應(yīng)面法，將雞矢藤揮發(fā)油含量作為響應(yīng)值，建立數(shù)學(xué)回歸模型，分析優(yōu)化提取雞矢藤揮發(fā)油工藝。結(jié)果表明，雞矢藤揮發(fā)油最佳提取工藝參數(shù)是粒徑429 μm、料液比1∶9.3（g∶mL）、提取時(shí)間2.63 h，在該條件下，揮發(fā)油含量為3.12%，雞矢藤揮發(fā)油提取穩(wěn)定、可靠。

關(guān)鍵詞 雞矢藤；揮發(fā)油；響應(yīng)面法；提取工藝優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào) R284.2? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2023）10-0149-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.10.033

Abstract Paederia scandens was used as the raw material， on the basis of singlefactor experiment， the BoxBenhnken response surface method was used to establish a mathematical regression model using the volatile oil content of Paederia scandens as the response value， and to analyze and optimize the extraction process of Paederia scandens volatile oil.The results showed that the optimal extraction process parameter for volatile oil from Paederia scandens was particle size 429 μm，solidliquid ratio 1∶9.3（g∶mL）， extraction time 2.63 hours，under this condition， the volatile oil content was 3.12%. The extraction of volatile oil from Paederia scandens was stable and reliable.

Key words Paederia scandens;Volatile oil;Response surface method;Extraction process optimization

雞矢藤為我國(guó)常用的民間傳統(tǒng)中草藥，藥用歷史悠久，又稱(chēng)雞屎藤、臭藤、狗屁藤等，始載于《本草綱目拾遺》。清代趙學(xué)敏謂“搓其葉嗅之，有臭氣，故名為臭藤”［1］。雞矢藤的諸“臭”、諸“屎”之名皆來(lái)源于其具有的臭氣。雞矢藤為茜草科草本植物，其根、莖、葉及果實(shí)均可入藥［2］，性味為味甘、微苦，性平，具有祛風(fēng)利濕、消食化積、止咳、止痛等功能，用于風(fēng)濕痹痛、消化不良、小兒疳積等，是我國(guó)苗族、傣族、壯族、土家族、黎族等民族的民間習(xí)用藥?，F(xiàn)代藥理研究表明，雞矢藤主要化學(xué)成分有苷類(lèi)、黃酮類(lèi)、揮發(fā)油等［3］，主要的藥理作用有抗炎、鎮(zhèn)痛及抗腫瘤等［4］，臨床常用于治療癌癥疼痛、糖尿病及胃腸疾病等［5］。揮發(fā)油為雞矢藤藥材中主要的藥效成分之一，具有多種藥理活性。整理收集文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，雞矢藤揮發(fā)油的研究主要集中在揮發(fā)油成分的GC-MS分析及抗菌抗病毒活性等藥理作用研究［6-8］，而關(guān)于雞矢藤揮發(fā)油提取工藝則鮮見(jiàn)系統(tǒng)性報(bào)道。該研究以雞矢藤藥材為原料，參照《中華人民共和國(guó)藥典》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《藥典》）2020年版（四部）通則2024揮發(fā)油測(cè)定法（甲法）提取其揮發(fā)油組分，通過(guò)單因素試驗(yàn)考察提取工藝參數(shù)，利用響應(yīng)面設(shè)計(jì)法對(duì)雞矢藤揮發(fā)油的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，以期為雞矢藤藥材揮發(fā)油的提取提供數(shù)據(jù)支持，也為雞矢藤資源的合理開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試雞矢藤藥材購(gòu)于亳州中藥材市場(chǎng)，經(jīng)陜西步長(zhǎng)制藥有限公司馬存德主任藥師鑒定為茜草科植物雞矢藤［Paederia scandens （Lour.） Merr.］。

1.2 儀器

98-I-C數(shù)顯控溫電熱套（天津市泰斯特儀器有限公司）；5、10、24、35、100目標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩（紹興市上虞華豐五金儀器有限公司）；高速多功能粉碎機(jī)（上海市天祺盛世科技有限公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 雞矢藤揮發(fā)油提取。按照《中國(guó)藥典》2020年版（四部）通則中揮發(fā)油測(cè)定法（甲法），計(jì)算供試品的揮發(fā)油含量。

1.3.2 工藝參數(shù)的篩選及優(yōu)化。

以提取的揮發(fā)油含量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，考察粒徑、料液比、浸泡時(shí)間、提取時(shí)間4個(gè)單因素對(duì)雞矢藤揮發(fā)油含量的影響。最后根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取3個(gè)影響因素，設(shè)置3個(gè)水平，采用Design Expert 11軟件中的Box-Benhnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)方法，以雞矢藤揮發(fā)油含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立數(shù)學(xué)回歸模型，考察3個(gè)影響因素之間的交互對(duì)揮發(fā)油含量的影響，對(duì)現(xiàn)行的雞矢藤揮發(fā)油提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。

1.3.3 驗(yàn)證試驗(yàn)。驗(yàn)證試驗(yàn)的目的是為確定最終優(yōu)化的工藝的穩(wěn)定性及可操作性，經(jīng)過(guò)響應(yīng)面試驗(yàn)的優(yōu)化后，考慮到試驗(yàn)誤差和實(shí)際生產(chǎn)有差異，按照最終確定的提取工藝，重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)3次，對(duì)最佳的提取工藝進(jìn)行驗(yàn)證。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 粒徑對(duì)雞矢藤揮發(fā)油含量的影響。分別稱(chēng)取不同粒徑（4 000、2 000、850、500、150 μm）的雞矢藤樣品5.000 g，按照揮發(fā)油提取條件［料液比1∶8（g∶mL）、浸泡時(shí)間1 h、提取時(shí)間2 h］，進(jìn)行雞矢藤揮發(fā)油的提取工藝試驗(yàn)，考察粒徑對(duì)雞矢藤揮發(fā)油含量的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。從圖1可以看出，隨著粒徑的減小，雞矢藤揮發(fā)油含量先急劇增加后緩慢下降，在粒徑為500 μm時(shí)，雞矢藤揮發(fā)油含量最高，為3.02%。

2.1.2 料液比對(duì)雞矢藤揮發(fā)油含量的影響。

按照雞矢藤揮發(fā)油提取條件（粒徑500 μm、浸泡時(shí)間1 h、提取時(shí)間2 h），同時(shí)固定加水量為200 mL，依次稱(chēng)定相應(yīng)的雞矢藤樣品適量，考察料液比對(duì)雞矢藤揮發(fā)油含量的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，隨著料液比的降低，雞矢藤揮發(fā)油含量大體呈現(xiàn)出先增加后下降的趨勢(shì)，在料液比為1∶8時(shí)，雞矢藤揮發(fā)油含量最高，為3.12%。

2.1.3 浸泡時(shí)間對(duì)雞矢藤揮發(fā)油含量的影響。

分別稱(chēng)定過(guò)35目篩的雞矢藤樣品5.000 g（粒徑500 μm），按照雞矢藤揮發(fā)油提取條件（料液比1∶8、提取時(shí)間2 h），考察浸泡時(shí)間對(duì)雞矢藤揮發(fā)油含量的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖3可以看出，隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，雞矢藤揮發(fā)油含量變化不大，在浸泡時(shí)間1 h時(shí)，雞矢藤揮發(fā)油含量最高，為3.07%，較浸泡時(shí)間0 h時(shí)提高3.02%。

2.1.4 提取時(shí)間對(duì)雞矢藤揮發(fā)油含量的影響。

分別稱(chēng)定過(guò)35目篩的雞矢藤樣品5.000 g，按照雞矢藤揮發(fā)油提取條件（料液比1∶8、浸泡時(shí)間1 h），考察提取時(shí)間對(duì)雞矢藤揮發(fā)油含量的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。從圖4可以看出，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，雞矢藤揮發(fā)油含量呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，在提取時(shí)間為2.5 h時(shí)，雞矢藤揮發(fā)油含量最高，為3.09%。

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化揮發(fā)油提取工藝 基于雞矢藤揮發(fā)油提取的單因素試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)條件與成本，篩選出粒徑（A）、料液比（B）、提取時(shí)間（C）3個(gè)因素，采用Box-Benhnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)3因素3水平試驗(yàn)方案，試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表1。

通過(guò)Box-Benhnken響應(yīng)面試驗(yàn)對(duì)雞矢藤揮發(fā)油含量建立數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化提取工藝參數(shù)，共15個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，對(duì)15組試驗(yàn)點(diǎn)分別進(jìn)行試驗(yàn)，并計(jì)算雞矢藤揮發(fā)油含量，試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見(jiàn)表2。

運(yùn)用Design Expert 11軟件對(duì)表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元回歸擬合，得到雞矢藤揮發(fā)油含量（Y）與各因素之間的回歸方程Y=3.01+0.152 5A+0.078 7B+0.156 3C-0.030 0AB+0.095 0AC+0.007 5BC-0.284 6A2-0.272 1B2-0.197 1C2。由方程可知，各因素對(duì)雞矢藤揮發(fā)油含量的影響從大到小依次為C>A>B，即料液比對(duì)雞矢藤揮發(fā)油含量的影響最大，其次是粒徑，提取時(shí)間的影響最小。對(duì)上述回歸模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3可以看出，該數(shù)學(xué)模型中的P值<0.05，說(shuō)明該響應(yīng)面回歸模型顯著，且模型失擬項(xiàng)P>0.05不顯著，說(shuō)明方程對(duì)試驗(yàn)擬合較好。模型中A、C、A2、B2、C2項(xiàng)具有顯著性，對(duì)各因素繪制曲面圖和等高線(xiàn)圖，反映各因素對(duì)響應(yīng)值的影響以及最優(yōu)條件下各因素的取值結(jié)果，詳見(jiàn)圖5。

根據(jù)Box-Benhnken響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果和擬合的回歸方程，采用Design Expert 11軟件擬合后得到最優(yōu)揮發(fā)油提取工藝參數(shù)：粒徑429 μm、料液比1∶9.3（g∶mL）、提取時(shí)間2.63 h，在此條件下得到的揮發(fā)油含量為3.05%。

2.3 工藝驗(yàn)證 為驗(yàn)證響應(yīng)面法所得結(jié)果的可操作性，確定該工藝的優(yōu)劣和穩(wěn)定性，精密稱(chēng)定雞矢藤樣品5.000 g，按照上述得到的最優(yōu)提取工藝參數(shù)（粒徑429 μm、料液比1∶9.3、提取時(shí)間2.63 h），重復(fù)試驗(yàn)3次，分別計(jì)算揮發(fā)油含量，平均值為3.12%（RSD=2.98%，n=3）。

3 結(jié)論與討論

雞矢藤屬于藥食兩用植物［9］，并且關(guān)于雞矢藤人工繁殖和栽培方面的報(bào)道少，說(shuō)明目前對(duì)于雞矢藤的利用主要依賴(lài)于野生資源，長(zhǎng)此以往，對(duì)野生資源的破壞嚴(yán)重。因此，要合理利用有限的資源。

近年來(lái)，有關(guān)雞矢藤揮發(fā)油提取工藝的研究報(bào)道不多，主要集中在揮發(fā)油成分、化學(xué)成分以及揮發(fā)油抗菌活性評(píng)價(jià)等方面，何開(kāi)家等［10］采用水蒸氣蒸餾法提取雞矢藤揮發(fā)油；林雪容等［11］采用微波輔助提取雞屎藤莖揮發(fā)油，運(yùn)用正交試驗(yàn)分析，考察了微波功率、輻射時(shí)間等影響提取率的幾個(gè)主要因素，最終確定最佳提取工藝，揮發(fā)油提取率達(dá)1.51%；上述2種方法操作復(fù)雜、提取時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不便于工業(yè)化生產(chǎn)。

該研究通過(guò)參考2020年版《中國(guó)藥典》揮發(fā)油測(cè)定法，利用響應(yīng)面設(shè)計(jì)法對(duì)雞矢藤揮發(fā)油的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，規(guī)范提取技術(shù)路線(xiàn)，得到一種方法簡(jiǎn)便、易操作、重現(xiàn)性好的最佳提取工藝，以期為雞矢藤揮發(fā)油的提取提供數(shù)據(jù)支持，也為雞矢藤藥材資源的合理開(kāi)發(fā)利用提供參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

［1］高天元，馬羚，蔣桂華.雞矢藤的藥用情況考證［J］.中國(guó)藥房，2020，31（1）：67-74.

［2］ 王星星，王重娟，李仲昆.雞矢藤的化學(xué)成分及藥理活性研究進(jìn)展［J］.世界中醫(yī)藥，2021，16（5）：826-830.

［3］ 胡明勛，馬逾英，蔣運(yùn)斌，等.雞矢藤的研究進(jìn)展［J］.中國(guó)藥房，2017，28（16）：2277-2280.

［4］ 陳宇峰．雞屎藤（Paederia scandens）活性物質(zhì)和鎮(zhèn)痛藥理活性研究［D］.上海：第二軍醫(yī)大學(xué)，2009.

［5］ 王珺. 雞屎藤化學(xué)成分及其抗菌活性研究［D］.西安：陜西科技大學(xué)，2015.

［6］ 余愛(ài)農(nóng)，龔發(fā)俊，劉定書(shū).雞屎藤鮮品揮發(fā)油化學(xué)成分的研究［J］.湖北民族學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，21（1）：41-43.

［7］ 任竹君，趙鴻賓，姜艷萍，等.雞屎藤揮發(fā)油化學(xué)成分分析［J］.黔南民族醫(yī)專(zhuān)學(xué)報(bào)，2011，24（3）：168-170.

［8］ 馬養(yǎng)民，毛遠(yuǎn)，傅建熙.雞屎藤揮發(fā)油化學(xué)成分的研究［J］.西北植物學(xué)報(bào)，2000，20（1）：145-148.

［9］ 李曉斌，曾冬琴，陸文，等. 藥食兩用植物雞屎藤扦插育苗技術(shù)研究［J］. 熱帶林業(yè)，2018，46（1）：12-14.

［10］ 何開(kāi)家，劉布鳴，董曉敏，等.廣西雞屎藤揮發(fā)油化學(xué)成分GC-MS-DS分析研究［J］.廣西科學(xué)，2010，17（2）：138-140.

［11］ 林雪容，殷希，王艷艷，等.微波輔助提取雞屎藤莖揮發(fā)油及其成分分析［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（32）：19738-19739.