響應曲面法優化陜產瞿麥中總黃酮的微波輔助提取工藝

張 爽，胡 宏，鄭麗娟，王 燕，崔建強

(陜西國際商貿學院醫藥學院，陜西 西安 712046)

響應曲面法優化陜產瞿麥中總黃酮的微波輔助提取工藝

張 爽，胡 宏，鄭麗娟，王 燕，崔建強

(陜西國際商貿學院醫藥學院，陜西 西安 712046)

以陜西眉縣的瞿麥為研究對象，以乙醇為提取劑，采用微波輔助提取工藝提取瞿麥中總黃酮。在單因素實驗的基礎上，以總黃酮得率為評價指標，采用響應曲面法確定最佳工藝為：料液比1∶20(g∶mL)、提取時間2 min、乙醇體積分數60%，在此條件下，重復3次平行實驗，總黃酮得率為1.113%，與模型預測值基本吻合，說明模型能較好預測陜產瞿麥中總黃酮得率，優化工藝條件較可靠。

陜產瞿麥；總黃酮；響應曲面法；微波輔助提取

Abstract：UsingDianthussuperbusfrom Mei county in Shaanxi as a research object，ethanol as an extractant,we extracted total flavonoids fromDianthussuperbusby microwave-assisted extraction process.On the basis of the single-factor experiment，using the yield of total flavonoids as an index,we optimized the extraction conditions by a response surface methodology as follows:solid-liquid ratio was 1∶20(g∶mL),extraction time was 2 min，and volume fraction of ethanol was 60%.Under above conditions，the yield of total flavonoids for three parallel experiments was 1.113%,which approximately agreed with the model prediction value.Overall，the model can better predict the yield of total flavonoids from ShaanxiDianthussuperbus,and the optimized extraction process is more reliable.

Keywords：ShaanxiDianthussuperbus;total flavonoids;response surface methodology;microwave-assisted extraction

瞿麥又名野麥、石柱花、十樣景花等，為石竹科石竹屬植物瞿麥DianthussuperbusL.的干燥地上部分，在我國東北、華北、西北(如陜西的太白山)地區分布廣泛。瞿麥是我國常用的傳統中藥，在歷版中國藥典中均有記載，其性味苦、寒，具有清熱利水、破血通經之功效，主治小便不通、熱淋、血淋、砂石淋、目赤腫痛、經閉等癥[1]，具有抗腫瘤、抗菌、抗氧化、免疫調節等多種藥理活性[2-4]。瞿麥中主要活性成分有皂苷類、環肽類、黃酮類、多糖等[5-6]。其中，黃酮類化合物具有抗菌、抗病毒、抗腫瘤、抗氧化、抗炎、鎮痛等作用，同時對心腦血管疾病有較好的療效。目前關于瞿麥中總黃酮的提取研究較少。基于此，作者以陜西眉縣的瞿麥為研究對象，采用單因素實驗和響應曲面法實驗優化瞿麥中總黃酮的提取條件，擬為進一步開發利用陜產瞿麥資源以及新藥研發提供科學依據。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

瞿麥，購自陜西省眉縣藥材總公司，經陜西國際商貿學院生藥教研室雷國蓮教授鑒定為石竹科植物瞿麥的帶花全草。

蘆丁標準品，中國食品藥品檢定研究院；無水乙醇，分析純，天津河東區紅巖試劑廠；亞硝酸鈉，分析純，鄭州天之昊化工產品有限公司；氫氧化鈉，分析純，上海永葉生物科技有限公司。

XH100B型微波萃取儀，北京詳鋯發展有限公司；FW100型高速萬能粉碎機，天津泰斯特儀器有限公司；FA1104型電子分析天平，天津鑫博得儀器有限公司；UV2400型紫外分光光度計，天津精密科學儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 溶液的配制

標準溶液的配制：精密稱取蘆丁標準品0.0109 g，置于50 mL容量瓶中，加70%乙醇溶解，定容至刻度，搖勻后備用。

供試品溶液的配制：將瞿麥置于高速萬能粉碎機中粉碎，過40目篩。精密稱取瞿麥粉末7 g，置于錐形瓶中，按一定料液比加入乙醇，稱重，于一定功率下微波處理一定時間，再稱重，用乙醇補足。抽濾，棄藥渣，置于50 mL容量瓶中，用乙醇定容至刻度，搖勻。

1.2.2 檢測波長的確定

用NaNO2-Al(NO3)3-NaOH顯色法測定標準品和供試品在420～700 nm波長范圍內的吸光度，發現在506 nm處有最大吸收，故以506 nm作為檢測波長。

1.2.3 標準曲線的繪制

精密量取蘆丁標準品溶液2 mL、3 mL、4 mL、5 mL、6 mL、7 mL，分別置于25 mL 容量瓶中，加入1 mL 5%亞硝酸鈉溶液，搖勻，放置5 min；加入1 mL 10%硝酸鋁溶液,搖勻，放置6 min；加入10 mL 4%氫氧化鈉溶液，用80%乙醇溶液定容至刻度，搖勻，放置15 min。測定506 nm處吸光度。以蘆丁標準品濃度為橫坐標、吸光度為縱坐標，繪制標準曲線。

1.2.4 總黃酮得率的測定

精密量取供試品溶液，按1.2.3方法測定其吸光度，根據擬合的線性回歸方程計算陜產瞿麥中總黃銅含量，按下式計算總黃銅得率：

提取液中總黃酮含量(以蘆丁計，mg)=

1.3 提取工藝優化

1.3.1 單因素實驗

選擇料液比、提取時間、微波功率、乙醇體積分數為考察因素,研究各因素對瞿麥中總黃酮得率的影響。

1.3.2 響應曲面法實驗

應用 Design-Expert 8.0.6軟件,以料液比、提取時間和乙醇體積分數為自變量，以總黃酮得率為響應值，采用Box-Behnken實驗設計3因素3水平的響應曲面法實驗，研究各影響因素之間的交互作用，擬合出多元二次回歸模型并進行方差分析，最終確定瞿麥中總黃酮的最佳提取工藝。因素與水平見表1。

表1Box-Behnken實驗的因素與水平

Tab.1 Factors and levels of Box-Behnken experiment

2 結果與討論

2.1 蘆丁標準曲線

擬合標準曲線的線性回歸方程為y=11.592x-0.0426，相關系數R2=0.9966，蘆丁在0.02～0.06 mg·mL-1范圍內線性關系良好。

2.2 單因素實驗結果

2.2.1 料液比對總黃酮得率的影響

稱取瞿麥粉末7 g，在微波功率為600 W、乙醇體積分數為60%、提取溫度為50 ℃、提取時間為2 min的條件下，考察料液比對總黃銅得率的影響，結果見圖1。

圖1 料液比對總黃酮得率的影響Fig.1 Effect of solid-liquid ratio on total flavonoids yield

由圖1可知，總黃酮得率隨溶劑用量的增加先升高后降低，在液料比為1∶20時總黃酮得率最高。這是因為，在相同的微波加熱時間內，體系的溶劑量大，溫度就比較低，溶質在溶劑中的擴散受到影響，提取率相應較低。所以選擇料液比為1∶20較為適宜。

2.2.2 提取時間對總黃酮得率的影響

在其它條件同2.2.1、料液比為1∶20的條件下，考察提取時間對總黃酮得率的影響，結果見圖2。

圖2 提取時間對總黃酮得率的影響Fig.2 Effect of extraction time on total flavonoids yield

由圖2可知，總黃酮得率隨著提取時間的延長先升高后降低，在提取時間為2 min時總黃酮得率最高。這可能是由于，微波產生的熱量長時間作用于瞿麥，破壞了某些熱敏性黃酮類成分，導致總黃酮得率降低。所以選擇提取時間為2 min較為適宜。

2.2.3 微波功率對總黃酮得率的影響

在其它條件同2.2.1、料液比為1∶20的條件下，考察微波功率對總黃酮得率的影響，結果見圖3。

圖3 微波功率對總黃酮得率的影響Fig.3 Effect of microwave power on total flavonoids yield

由圖3可知，微波功率對總黃酮得率的影響較為平緩，總黃酮得率隨著微波功率的增大先升高后降低，在微波功率為600 W時總黃酮得率最高。這可能是由于，微波功率較大使瞿麥中某些黃酮類成分遭到破壞，導致總黃酮得率有所下降。所以選擇微波功率為600 W較為適宜。

2.2.4 乙醇體積分數對總黃酮得率的影響

在其它條件同2.2.1、料液比為1∶20的條件下,考察乙醇體積分數對總黃酮得率的影響，結果見圖4。

圖4 乙醇體積分數對總黃酮得率的影響Fig.4 Effect of volume fraction of ethanol on total flavonoids yield

由圖4可知，總黃酮得率隨著乙醇體積分數的增大先升高后降低，在乙醇體積分數為60%時總黃酮得率最高。所以選擇乙醇體積分數為60%較為適宜。

2.3 響應曲面法實驗結果

2.3.1 Box-Behnken實驗結果(表2)

表2Box-Behnken實驗結果

Tab.2 Results of Box-Behnken experiment

2.3.2 模型方差分析及顯著性檢驗(表3)

表3模型的方差分析及顯著性檢驗

Tab.3 Variance analysis and significance test of model

注：**表示P<0.01，極顯著。

對模型中所有影響因素分析可知，A、B、AB、BC、A2、B2、C2對總黃酮得率影響極其顯著。一次項中各因素對總黃酮得率的影響顯著性大小依次為：料液比(A)>提取時間(B)>乙醇體積分數(C)。擬合后得到關于液料比、提取時間、乙醇體積分數對總黃酮得率(Y)的二次多項式回歸方程為：Y=1.12+0.051A+0.050B+8.000×10-3C+0.062AB+0.018AC+0.046BC-0.20A2-0.18B2-0.18C2。2.3.3 各因素交互作用的響應面圖和等高線圖(圖5)

a.料液比和提取時間的交互作用 b.料液比和乙醇體積分數的交互作用 c.提取時間和乙醇體積分數的交互作用陜產瞿麥中總黃酮得率與對應的料液比(A)、提取時間(B)、乙醇體積分數(C)構成一個三維空間的曲面圖，曲線越陡峭，等高線形狀越趨向橢圓且橢圓軸線與坐標軸的曲線越大，則交互作用越顯著。

圖5各因素交互作用的響應面圖和等高線圖
Fig.5Responsesurfaceandcontouroftheinteractionbetweenthreefactors

從圖5a可以看出，曲線有較大的變化曲度，說明總黃酮得率受料液比和提取時間的影響均較大，隨著料液比的增大和提取時間的延長，總黃酮得率呈先上升后下降的趨勢。從等高線可以看出，等高線為橢圓形，因此，料液比和提取時間的交互作用顯著，與方差分析結果一致。當料液比為1∶20、提取時間為2 min時，總黃酮得率較高。

從圖5b可以看出，料液比對總黃酮得率影響的曲線較乙醇體積分數對總黃酮得率的影響的曲線更陡峭，因此，料液比對總黃酮得率的影響相對于乙醇體積分數對其影響更顯著，并隨著料液比的增大總黃酮得率呈先上升后下降的趨勢。當料液比為1∶20、乙醇體積分數為60%時，總黃酮得率較高。

從圖5c可以看出，提取時間對總黃酮得率影響的曲線較乙醇體積分數對總黃酮得率影響的曲線更陡峭，因此，提取時間對陜產總黃酮得率的影響相對于乙醇體積分數對其影響更顯著，并隨著提取時間的延長總黃酮得率呈先上升后下降的趨勢。從等高線可以看出，等高線為橢圓形，因此，可判斷料液比和乙醇體積分數的交互作用顯著，與方差分析結果一致。當提取時間為2 min、乙醇體積分數為60%時，總黃酮得率較高。

2.3.4 最佳工藝條件的確定及驗證實驗

利用Design-Expert 8.0.6軟件進行工藝參數的優化組合，得到瞿麥中總黃酮的最佳提取工藝為：料液比1∶20.79、提取時間2.18 min、乙醇體積分數60.53%，此時總黃酮得率最高，達到1.126%。為驗證模型的有效性，考慮到實際情況,將最佳工藝條件修正為：料液比1∶20、提取時間2 min、乙醇體積分數60%，在此工藝條件下，重復3次平行實驗，總黃酮得率為1.113%，與模型預測值基本吻合，說明模型能較好預測陜產瞿麥中總黃酮得率，優化工藝條件較可靠。

3 結論

通過響應曲面法對陜產瞿麥中總黃酮的微波輔助提取工藝進行了優化，得到最佳提取工藝為：料液比1∶20(g∶mL)、提取時間2 min、乙醇體積分數60%，在此條件下，總黃酮得率為1.113%，為進一步開發和利用陜產瞿麥資源以及新藥研發提供科學依據。

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OptimizationinMicrowave-AssistedExtractionProcessofTotalFlavonoidsfromShaanxiDianthussuperbusbyResponseSurfaceMethodology

ZHANG Shuang,HU Hong,ZHENG Li-juan,WANG Yan,CUI Jian-qiang

(SchoolofMedicine,ShaanxiInstituteofInternationalTrade&Commerce,Xi′an712046,China)

TQ461 R284.2

A

1672-5425(2017)09-0041-05

陜西國際商貿學院校級科研課題(SMXY201629)，2016年陜西省大學生創新創業訓練計劃項目(2955)，陜西省中醫管理局中醫藥科研課題(15ZY034)

2017-05-05

張爽(1979-)，女，河北唐山人，講師，研究方向：天然產物中活性成分的提取及活性，E-mail：574277317@qq.com。

10.3969/j.issn.1672-5425.2017.09.008

張爽，胡宏，鄭麗娟,等.響應曲面法優化陜產瞿麥中總黃酮的微波輔助提取工藝[J].化學與生物工程，2017，34(9)：41-45.