響應(yīng)面法優(yōu)化金銀花精油的提取工藝

李娟麗　賀立虎

摘要［目的］采用響應(yīng)面法優(yōu)化SFE-CO₂法萃取金銀花精油提取工藝，確定最佳萃取條件。［方法］在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取對(duì)提取率有明顯影響的3個(gè)因素萃取溫度、萃取壓力、夾帶劑濃度及變化水平，采用Design-Expert 8.05和Box-Benhnken 法，以精油得率為評(píng)價(jià)目標(biāo)，建立數(shù)學(xué)回歸模型，通過優(yōu)化獲得最佳工藝條件。［結(jié)果］金銀花精油最佳工藝條件為萃取溫度49 ℃、萃取壓力36 MPa、夾帶劑濃度73%，精油平均提取率為2.48%。［結(jié)論］該試驗(yàn)采用的響應(yīng)面法方法可靠，具有可操作性，得到的二次回歸模型擬合度高，可以為金銀花精油工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)支撐，對(duì)金銀花的進(jìn)一步開發(fā)利用具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞金銀花；精油；響應(yīng)面法；提取工藝；優(yōu)化

中圖分類號(hào)R284文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611（2023）11-0144-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.11.035開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Optimization of the Extraction Process of Honeysuckle Essential Oil by Response Surface Methodology

LI Juan-li，HE Li-hu（Yangling Vocational and Technical College of Shaanxi，Yangling， Shaanxi 712100）

Abstract［Objective］ To optimize the SFE-CO₂extraction process of honeysuckle essential oil by response surface methodology （RSM） and determine the optimal extraction conditions. ［Method］On the basis of single factor experiment， the extraction temperature， the extraction pressure， the concentration of entrainer and the change level three factors which have obvious influence on the extraction rate were selected. The method of Design-Expert 8.05 and Box-Benhnken was used to evaluate the yield of essential oil， the mathematical regression model was established， and the optimum technological conditions were obtained by optimization. ［Result］The optimum conditions were extraction temperature 49 ℃， extraction pressure 36 MPa and entrainer concentration 73%. The average extraction rate was 2.48%. ［Conclusion］The response surface methodology is reliable and operability， and the quadratic regression model obtained is highly fitted， which can provide technical support for the industrial production of honeysuckle essential oil， it has certain guiding significance to the further development and utilization of honeysuckle.

Key wordsHoneysuckle;Essential oil;Response surface methodology;Extraction process;Optimization

金銀花因其初開時(shí)花為白色，兩日后變?yōu)辄S色而得名，又名忍冬、二花，是忍冬科植物忍冬（Lonicera japonica Thunb.）的花蕾，其味甘、性寒，含有黃酮、多糖、有機(jī)酸、萜類、皂苷和揮發(fā)油等多種化學(xué)成分，具有很好的清熱解毒、疏散風(fēng)熱、殺菌消炎等作用［1-3］。其所含的精油不僅氣味芳香，還具有清咽解毒、止咳平喘等功效［4-8］，常用于醫(yī)藥、化妝品、飲料、保健品、食品等行業(yè)［9-13］。然而，在中藥制劑的開發(fā)和加工過程中，揮發(fā)油的提取和保存是保證藥品質(zhì)量的關(guān)鍵，因此研究精油的提取分離技術(shù)對(duì)于新藥研發(fā)具有非常重要意義［14-18］。

然而，精油收率低是影響金銀花開發(fā)利用的根本因素。前期調(diào)研和試驗(yàn)表明，用超臨界CO₂技術(shù)提取精油具有安全、環(huán)保、無污染、效率高等特點(diǎn)，該研究利用SFE-CO₂萃取技術(shù)，采用響應(yīng)面法設(shè)計(jì)試驗(yàn)，以金銀花精油的收率作為優(yōu)化目標(biāo)，考察萃取溫度、萃取壓力和夾帶劑濃度對(duì)收率影響，最終獲取最優(yōu)工藝條件，對(duì)實(shí)現(xiàn)金銀花精油開發(fā)利用和工業(yè)化生產(chǎn)提高理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1原料與試劑金銀花，購(gòu)于西安中藥飲片廠，產(chǎn)地河南省孟津縣；液體CO₂（純度99.5％），食品級(jí)，購(gòu)于楊凌邁拓特種氣體有限公司；蒸餾水自制；無水乙醇為AR級(jí)，由楊凌三力化玻站提供。

1.2主要儀器與設(shè)備FA2014電子分析天平，常州科源；YF-150B粉碎機(jī)，瑞安永歷；HA120-50-02型超臨界二氧化碳萃取器（圖1），江蘇南通華安超臨界萃取有限公司；KQ100DE超聲波清洗器，上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司；海爾BCD-470WD冰箱；PCWJ-20純水機(jī)；DHG-9145A真空干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1樣品處理。選取質(zhì)優(yōu)的金銀花花蕾樣品，置于50 ℃真空干燥箱中烘干24 h，粉碎后過50目（孔徑0.3 mm）藥典篩，置于干燥器中，備用。

1.3.2金銀花萃取。稱取300 g處理后的金銀花樣品置于1 L料筒，按規(guī)程操作，將料筒置于萃取釜中，設(shè)定萃取溫度、萃取壓力，開啟水泵和制冷系統(tǒng)，當(dāng)萃取釜和各分離釜達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)，開啟氣瓶用CO₂沖洗管路并排氣，開啟CO₂泵電源調(diào)節(jié)CO₂流量，按規(guī)定加入夾帶劑進(jìn)行萃取，萃取物減壓后，進(jìn)入分離釜變?yōu)闅怏w后析出，即為金銀花精油，萃取到規(guī)定時(shí)間，停止萃取，精確稱定所有萃取物的重量，將其密封，置于冰箱冷藏備用。

1.3.3金銀花精油提取率計(jì)算。

金銀花精油提取率＝金銀花精油提取質(zhì)量（g）/金銀花質(zhì)量（g）×100%

1.3.4試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

1.3.4.1單因素試驗(yàn)。通過單因素試驗(yàn)，以精油提取率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別考察萃取溫度、萃取壓力、夾帶劑濃度3個(gè)因素對(duì)SFE-CO₂萃取金銀花精油工藝的影響，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

1.3.4.2響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取對(duì)提取率有明顯影響的因素及變化水平（表2），采用Design-Expert 8.05軟件中的Box-Benhnken 響應(yīng)面設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案。以精油得率為評(píng)價(jià)目標(biāo)，建立數(shù)學(xué)回歸模型，通過優(yōu)化選取最佳的萃取工藝。

2結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)

2.1.1萃取溫度對(duì)金銀花精油提取率的影響。在萃取壓力30 MPa、萃取時(shí)間1 h、夾帶劑乙醇濃度60%的情況下，分別考察了萃取溫度為35、40、45、50、55 ℃時(shí)，對(duì)金銀花提取率的影響。由圖2可知，金銀花精油的提取率隨溫度升高呈明顯上升趨勢(shì)，當(dāng)萃取溫度為45 ℃時(shí)達(dá)到最大值，之后隨著溫度的繼續(xù)升高，提取率明顯下降。

2.1.2萃取壓力對(duì)金銀花精油提取率的影響。在萃取溫度45 ℃、萃取時(shí)間1 h、夾帶劑乙醇濃度60%的情況下，分別考察了萃取壓力25、30、35、40、45 MPa時(shí)，對(duì)金銀花提取率的影響。由圖2可知，金銀花精油的提取率隨萃取壓力升高呈明顯上升趨勢(shì)，當(dāng)萃取壓力為35 MPa時(shí)達(dá)到最大值，之后隨著壓力的繼續(xù)升高，提取率緩慢下降。

2.1.3夾帶劑濃度對(duì)金銀花精油提取率的影響。在萃取溫度45 ℃、萃取時(shí)間1 h、萃取壓力為35 MPa的情況下，分別考察了夾帶劑乙醇濃度50%、60%、70%、80%、90%時(shí)，對(duì)金銀花提取率的影響。由圖3可知，金銀花精油的提取率隨夾帶劑濃度升高逐漸增大，當(dāng)夾帶劑濃度80%時(shí)達(dá)到最大值，之后隨著濃度的繼續(xù)升高，提取率緩慢下降。

2.2響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

2.2.1響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果。以金銀花精油提取率為響應(yīng)值，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取對(duì)提取率有明顯影響的萃取壓力、萃取溫度、夾帶劑濃度進(jìn)行3因素3水平的響應(yīng)面分析試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表2～3。

2.2.2響應(yīng)面分析。采用Design-Expert 8.05對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到金銀花精油提取率（Y）與萃取溫度（A）、萃取壓力（B）、夾帶劑濃度（C）之間的多元二次回歸方程：

Y=2.96+0.003 613A+0.004 050B+0.004 512C+0.000 400AB+0.000 025AC-0.001 044A²-0.014 000B²-0.006 992C²。方程中，A、B、C的系數(shù)說明各因子對(duì)精油得率的影響均呈正相關(guān)，各因子的系數(shù)絕對(duì)值越大，表明對(duì)精油提取率的影響越大，故三因子對(duì)金銀花精油提取率（Y）的影響效果為夾帶劑濃度（C）＞萃取壓力（B）＞萃取溫度（A）。

從表4可知，該模型P=0.001 3＜0.01（較顯著），失擬項(xiàng)P=0.521 3＞0.05（不顯著），結(jié)果表明該模型可靠，試驗(yàn)過程無失擬因素，未知因素對(duì)試驗(yàn)過程的干擾??；R²=0.944 6和R²_Adj=0.873 3表明回歸方程的線性關(guān)系良好，該模型對(duì)于試驗(yàn)結(jié)果具有較高的擬合性。CV=5.64%，表明該模型具有良好的重現(xiàn)性。綜上可知，該模型可用來對(duì)金銀花精油的萃取工藝進(jìn)行分析和優(yōu)化。

模型中，A、B、C、B²、C²項(xiàng)均存在顯著性，表明各因子與因變量具有良好的線性關(guān)系，各因素對(duì)響應(yīng)值提取率的影響效果用曲面圖和等高線圖表示，結(jié)果見圖5～6。

從圖5和圖6可知，萃取壓力與夾帶劑濃度之間的相互關(guān)系曲線近似于圓，表明萃取壓力與夾帶劑濃度的相互作用對(duì)精油提取率的影響很小；萃取溫度與萃取壓力、萃取溫度與夾帶劑濃度交互作用的等高線為橢圓形，說明AB和AC的交互作用對(duì)精油提取率均有很大的影響，而AB曲線比 AC曲線由藍(lán)色到紅色變化的更快，坡度更大，說明AB交互作用對(duì)精油提取率影響更明顯。

2.2.3工藝優(yōu)化與驗(yàn)證。根據(jù)Box-Benhnken曲線可看出，提取率存在真實(shí)的最大值，采用Design-Expert 8.05對(duì)設(shè)定的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，得到金銀花揮發(fā)油最佳萃取條件：萃取溫度48.97 ℃、萃取壓力36.47 MPa、夾帶劑乙醇濃度72.67%，在此條件下得到的揮發(fā)油提取率為2.98%。

為檢驗(yàn)響應(yīng)面法所得結(jié)果的可信度，同時(shí)考慮生產(chǎn)實(shí)際，調(diào)整萃取條件為：萃取溫度49 ℃、萃取壓力36 MPa、夾帶劑濃度73%，進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，得到精油平均提取率為2.48%，比預(yù)測(cè)值僅差0.50%。

3結(jié)論

單因素試驗(yàn)結(jié)果表明，萃取溫度、萃取壓力、夾帶劑濃度3個(gè)因素對(duì)金銀花精油提取率均有不同程度的影響。 采用Box-Behnken法和Design-Expert 8.05優(yōu)化獲得SFE-CO₂法萃取金銀花精油最佳工藝條件為萃取溫度49 ℃、萃取壓力36 MPa、夾帶劑濃度73%，進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，得到精油平均提取率為2.48%，與理論值相比僅差0.50%。該試驗(yàn)采用的響應(yīng)面法方法可靠，具有可操作性，得到的二次回歸模型擬合度高，可以為金銀花精油的規(guī)?；a(chǎn)提供重要的指導(dǎo)作用。

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