響應面法優化葎草籽油閃式提取工藝及不同產地葎草籽得油率比較

周光姣, 馮學花

(1.安徽中醫藥科學院 亳州中醫藥研究所，安徽 亳州 236800； 2.亳州職業技術學院，安徽 亳州 236800； 3.安徽新華學院，合肥 230088)

葎草為桑科葎草屬植物葎草(Humulusscandens(Lour.) Merr.)的干燥地上部分，性寒，氣微，味淡，具有清熱解毒、利尿通淋的功效[1-2]。葎草雌雄異株，含多種活性成分，主要有黃酮類、萜類、揮發油類等化合物[3-6]。葎草生命力頑強，我國多地盛產，資源豐富，古方中葎草的應用較廣泛，但現代開發利用較少，多作為動物飼料或作雜草被除去，造成資源浪費。葎草雌株一般在8月開花，10—11月草籽成熟，葎草籽中含有葎草酮、蛇麻酮、多酚和油脂等活性物質，其中油脂含量可達10%左右，葎草籽油可以作為多種化工產品的生產原料。因此，對葎草籽油的開發利用具有較高的經濟價值。閃式提取技術是一種新型油脂提取技術，是依靠高速機械剪切力和超動力分子滲透技術，在數秒內將植物油料破碎成細微粒，使溶劑滲透至植物組織內，有效成分被快速溶解、擴散至組織外，達到內外平衡，完成提取過程[7]。本實驗采用閃式提取法提取葎草籽油，以葎草籽得油率為評價指標，運用響應面法優化提取工藝條件[8-10]，并比較不同產地葎草籽的得油率，為進一步開發應用葎草籽油提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

葎草籽樣品分別于2018年10—11月從山東、浙江、江蘇、河南、安徽等省采集，經亳州職業技術學院藥學院陳娜副教授鑒定為桑科葎草屬(HumulusL.)植物葎草(Humulusscandens(Lour.) Merr.)的種子。石油醚(60～90℃)，分析純；純化水，實驗室自制。

JHBE-50型閃式提取器，鄭州賽克斯玻璃儀器有限公司；RE-10旋轉蒸發器；DFY-X500粉碎機；BT25S賽多利斯電子分析天平。

1.2 實驗方法

1.2.1 閃式提取法提取葎草籽油

取干燥、潔凈的葎草籽，粉碎，過藥典3號篩得葎草籽粉，備用。稱取100 g葎草籽粉，加入一定量的石油醚(60～90℃)，設置溫度為70℃，在設定電壓下閃式提取，過濾，濾液減壓回收溶劑，干燥至恒重即得葎草籽油。

1.2.2 葎草籽得油率計算

葎草籽得油率=提取所得葎草籽油質量/葎草籽粉質量×100%

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 提取電壓對葎草籽得油率的影響

以潔凈、干燥的同一批葎草籽為原料，按照1.2.1的方法，在液料比10∶ 1、提取時間135 s、提取次數1次的條件下，考察提取電壓對葎草籽得油率的影響，結果見圖1。

由圖1可見，得油率在提取電壓為150 V時出現峰值，提取電壓在70～150 V得油率逐漸上升，150～190 V得油率逐漸下降。可能由于電壓升高，導致提取溶劑的滲透力加大，有利于提取，但電壓過高，溶劑易揮發，不利于溶劑的滲透。

圖1 提取電壓對葎草籽得油率的影響

2.1.2 液料比對葎草籽得油率的影響

以潔凈、干燥的同一批葎草籽為原料，按照1.2.1的方法，在提取電壓150 V、提取時間135 s、提取次數1次的條件下，考察液料比對葎草籽得油率的影響，結果見圖2。

圖2 液料比對葎草籽得油率的影響

由圖2可知，隨液料比的增加，葎草籽得油率逐漸增加，當液料比增加至8∶ 1時，再繼續增加液料比，葎草籽得油率增加幅度非常小，且液料比增加后溶劑量大，提取能耗大，后續處理煩瑣。

2.1.3 提取時間對葎草籽得油率的影響

以潔凈、干燥的同一批葎草籽為原料，按照1.2.1的方法，在提取電壓150 V、液料比10∶ 1、提取次數1次的條件下，考察提取時間對葎草籽得油率的影響，結果見圖3。

圖3 提取時間對葎草籽得油率的影響

由圖3可知，隨著提取時間的延長，葎草籽得油率逐漸增加，在提取時間為120 s時出現峰值，再繼續延長提取時間，葎草籽得油率開始下降，提取時間為180 s時得油率下降至6.8%。

2.1.4 提取次數對葎草籽得油率的影響

以潔凈、干燥的同一批葎草籽為原料，按照1.2.1的方法，在提取電壓150 V、液料比10∶ 1、提取時間135 s的條件下，考察提取次數對葎草籽得油率的影響，結果見圖4。

圖4 提取次數對葎草籽得油率的影響

由圖4可知，隨著提取次數的增加，葎草籽得油率略有增加，但總體變化不大，影響不顯著，考慮提取經濟性，選擇提取次數1次。

2.2 響應面法優化

2.2.1 響應面實驗設計及結果

根據單因素實驗結果，固定提取次數1次，以提取電壓(A)、液料比(B)、提取時間(C)3個因素為自變量，以葎草籽得油率(Y)為響應值，運用Design-Expert 8.05b軟件設計Box-Behnken響應面實驗，并對相關的數據進行分析。響應面實驗因素水平見表1，響應面實驗設計與結果見表2，方差分析見表3。

表1 響應面實驗因素水平

表2 響應面實驗設計與結果

表3 方差分析

通過Design-Expert軟件進行響應面回歸分析，得出二次多元回歸方程：

Y=9.78+0.10A+0.44B+ 0.44C-0.10AB+0.075AC+0.50BC-1.10A2-0.84B2+0.98C2

由表3可知，回歸模型P<0.000 1，且R2為0.973 6，失擬項P>0.05,不具有顯著性，說明此模型具高度顯著性，方程模擬較好，實驗所得值與預測值有較好的擬合度，表明該法對葎草籽油提取工藝的預測和分析具有可行性。一次項B、C都具高度顯著性，A具顯著性，二次項A2、B2、C2都具高度顯著性，交互項BC具高度顯著性，3個因素對提取工藝影響大小依次為C>B>A。

2.2.2 響應面優化與驗證實驗

通過響應面分析得出的最佳提取工藝條件為提取電壓150.4 V、液料比10∶ 1、提取時間134.6 s，在此條件下葎草籽得油率為9.60%。為了檢驗回歸模型的有效性，并考慮操作的方便性，對響應面二次回歸所得最佳條件進行修正，確定最佳工藝條件為提取電壓150 V、液料比10∶ 1、提取時間135 s。采用修正后最優條件進行驗證實驗，得到葎草籽平均得油率為9.50%，與預測值相近，說明該方法與實際情況擬合良好，驗證了此回歸模型有效。因此，采用響應面法優選葎草籽油的閃式提取工藝可靠，具有實用價值。

2.3 不同產地葎草籽得油率的比較

分別取不同產地的葎草籽，潔凈、干燥至含水量一致時，分別粉碎過藥典3號篩，按上述優化的最佳閃式提取工藝條件在70℃提取，并進行得油率比較，結果見表4。

表4 不同產地葎草籽得油率

由表4可知，安徽省的葎草籽得油率高于周邊省份，江蘇和浙江的次之，山東的最低。安徽省內又以合肥地區得油率最高，池州、黃山的次之，亳州的最低。

3 結 論

本研究以葎草籽得油率為考察指標，采用閃式提取法提取葎草籽油，在單因素實驗基礎上，通過響應面法優化提取工藝條件。得到閃式提取法提取葎草籽油的最佳工藝條件為提取電壓150 V、液料比10∶ 1、提取時間 135 s、提取次數1次，在最佳工藝條件下葎草籽平均得油率為 9.50%；通過對不同產地葎草籽得油率進行比較，安徽省葎草籽得油率高于周邊省份，江蘇和浙江的次之，山東的最低；安徽省內又以合肥地區的葎草籽得油率最高，池州、黃山的次之，亳州的最低。