均勻設計應用于阿膠三寶膏水提過程的研究

韓 坤 王嘉浩 浦靜雯 陳保華 姚 譞 趙志強

（1.上海化工研究院有限公司 2. 國家中藥制藥工程技術研究中心 3.上海氘坤生物科技有限公司）

0 前言

作為中藥復方中的有效成分之一，多糖是由10個以上的單糖通過糖苷鍵連接形成的含醛基或酮基的天然高分子聚合物[1]。相關藥理研究[2]表明，中藥復方中復合多糖具有調節免疫、抗腫瘤、抗病毒、降血糖、抗氧化、抗輻射、抗疲勞、抑菌等多種生物學作用。在本次研究中，黃芪與紅棗中的有效成分對復方質量和內在療效具有至關重要的作用。目前復方總多糖的 提取方法主要為水煎煮法、回流提取法及超聲助提法[3]，超聲助提法具有設備簡單、操作方便、提取時間短、提取率高、無需加熱、成本低廉等優勢。因此本研究采用超聲助提技術，以阿膠三寶膏為藥物模型，在常壓水提條件下，考察液料質量比、浸泡時間、超聲功率和超聲時間4 個工藝因素對黃芪和紅棗中的總多糖提取率的影響。

1 試驗部分

首先搭建小試裝置開展工藝因素影響試驗，通過數據處理獲得優化參數后，在自主開發的中藥膏方（濃縮湯劑）現代化制備一體裝置中開展中試驗證。另外，與傳統單因素試驗、多因素正交試驗相比，本次試驗采用的均勻設計實驗[4]試驗點分布均勻且整齊可比，可大大減少試驗次數，快速獲得最優值。

1.1 試驗用藥

黃芪，上海柏利堂保健食品有限公司，原藥材由上海市中藥研究所葉愈青老師（主任藥師）鑒定為蒙古黃芪的干燥根；紅棗，上海柏利堂保健食品有限公司；D-無水葡萄糖標準品，中國藥品生物制品檢定所；苯酚，永華化學科技（江蘇）有限公司，分析純；濃硫酸，永華化學科技（江蘇）有限公司，分析純；蒸餾水，自制，二次蒸餾。

1.2 試驗儀器

DDSJ-308A 實驗室電導率儀，上海儀電科學儀器股份有限公司； 2410 紫外分光光度計，島津（上海）實驗器材有限公司；FA2004N 電子天平，上海精密科學儀器有限公司。

1.3 試驗裝置

小試試驗裝置如圖1 所示。中藥膏方（濃縮湯劑）制備一體化裝置可見圖2，其主要設備包括提取罐、濃縮罐、冷凝器、超聲棒、自動化包裝機、蒸汽發生器、自吸泵和水環真空泵等。

2 試驗方案

2.1 均勻設計

試驗設計時需考察4 個因素：液料質量比x1，浸泡時間x2，超聲功率x3和超聲時間x4。優化提取階段總多糖提取工藝，需以總糖得率為評價指標，1 次提取時間為45 min。選取因素數為4，列號為1，2，3 和5 的U8*（85）均勻設計表[5]開展試驗設計，相應偏差D=0.270 9，具體安排可見表1。

圖1 膏方小試提取試驗裝置

圖2 中藥膏方一體化制備裝置圖

表1 U8＊（85）均勻設計表

2.2 提取過程

采用電子天平稱取黃芪和紅棗各50.0 g，黃芪與紅棗不碎斷，并放入五口燒瓶中。根據試驗對應的液料質量比，加入蒸餾水，在室溫下（25 ℃）浸泡相應時間；開啟超聲裝置并調至對應功率，超聲功率占空比固定為50%；開啟常壓冷凝回流裝置，開啟電陶爐并將加熱功率預先調至1 500 W，待藥液沸騰后將加熱功率調至400 W。試驗設定為1 次提取，提取時間固定為45 min，提取結束后經140 目濾布過濾得到提取液，用于后續分析。

2.3 總糖含量分析方法

根據葡萄糖溶液制作標準曲線來測定總糖含量。

（1）葡萄糖溶液制備

取葡萄糖對照品適量，精密稱定，加水后制備成0.1 mg/mL 的標準溶液。

（2）標準曲線制備

分別取配置的葡萄糖標準溶液0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7mL 置于具塞試管中，依次加入0.9，0.8，0.7，0.6，0.5，0.4，0.3 mL 蒸餾水，再分別加入5%的苯酚溶液1 mL，濃硫酸5 mL，放置10 min，在40 ℃水浴中保溫15 min 后取出，迅速冷卻至室溫。以相應的試劑為空白組，在490 nm 波長處測各濃度樣品的吸光度值。以葡萄糖質量含量C（mg/mL）為橫坐標，吸光度值A為縱坐標，繪制標準曲線，實驗數據采用最小二乘擬合得到回歸方程A=14.562C+0.006 6，r=0.999 7。結果表明，葡萄糖質量含量為0.008 4～0.058 8 mg/mL時二者線性關系良好，標準曲線可見圖3。

圖3 葡萄糖標準曲線

（3）供試品溶液測定

精密量取供試品溶液1 mL，置于具塞試管中，按照標準曲線制備項中的方法，從再分別加入5%苯酚溶液1 mL 開始，測定其吸光度，從標準曲線上讀取供試品溶液中含葡萄糖的質量，即可得到提取液中總多糖含量。

3 結果與分析

3.1 試驗結果

試驗結果可見表2。

表2 U8＊（85）均勻設計優化阿膠三寶膏總多糖提取工藝

從表2 中可以看出，2 號試驗總多糖得率最大為40.38%，該試驗對應的工藝條件為較優提取條件。

3.2 統計建模

采用DPS 數據處理軟件，將U8*（85）均勻設計表考察范圍內的8 組數據進行二次多項式逐步回歸分析，得到回歸方程：

Y=31.589 840 08+0.000 024 398 466 641×x3×x3+0.0136 567 438 78×x1×x2-0.003 423 839 641×x1×x3-0.000 065 651 528 66×x2×x3

相關系數R=0.977 793，顯著水平P=0.022 4，剩余標準偏差S=1.059 1，Durbin-Watson 統計量d=2.198 0。對模型進行顯著性檢驗，Df=（4，3），F=16.326 4，查f分布（α=0.05）得F=9.12 ＜16.326 4，相關性顯著。

二次多項式逐步回歸分析的法處理數據結果可見表3。

表3 二次多項式逐步回歸分析法處理數據結果

最高指標時各個因素組合情況及試驗驗證結果可見表4。

表4 模型預報值與試驗驗證結果

3.3 結果分析

由表3 中P值的大小可以得到以下結論。

（1）各研究因子對總多糖得率的影響大小為：x1*x2＞x3*x3＞x2*x3＞x1*x3，其中x4的影響不顯著。液料質量比x1和浸泡時間x2對提取液電導率值的影響較為顯著，從而明顯影響到藥材飲片的蒸煮提取及有效成分溶出過程。

（2）通常中藥材浸泡時間需要根據飲片種類及質地確定，此次優化的最佳浸泡時間為390 min，配合優化后液料質量比為5 ∶1，可使黃芪和紅棗中干涸細胞液浸泡充分，使細胞重新膨脹，可溶性物質逐漸溶解、釋放并轉移至提取介質中，從而最大限度提取有效成分。

（3）超聲功率為300 W 及超聲時間為5 min 時可有效加快中藥材有效成分的提取速率。

（4）模型預報多糖得率最高指標為47.583 2%，此時4 個因素的優化組合為：x1=5，x2=390 min，x3=300 W，x4=5 min。采用上述預報值進行驗證試驗，試驗結果為48.73%，模型預測值與試驗值的相對誤差為2.35%，驗證結果與預報結果一致，模型穩定，說明優化結果能有效預測提取工藝效果，對實際操作具有一定指導意義。

4 中試生產驗證

根據小試結果優化獲得最優參數，固定煎煮時間為45 min，進行1 次煎煮中試試驗。所需黃芪質量為2.5 kg，紅棗質量為2.5 kg，純凈水為25 L。中試提取段有效成分提取結果可見表5。由表5 可知，中試生產總多糖得率為46.87%，與小試試驗預報值和試驗值相比，誤差分別為-1.5%和-3.82%，誤差均在±5%內，中試驗證通過。

表5 中試生產提取段有效成分數據表

5 結論

本研究以阿膠三寶膏為藥物模型開展黃芪和紅棗總多糖提取試驗，以總糖得率為評價指標，考察液料質量比、浸泡時間、超聲功率和超聲時間對提取工藝的影響。采用DPS 系統軟件開展二次多項式逐步回歸并擬合試驗參數，對復方總多糖提取工藝進行優化并得到預報模型，并分別在小試和中試裝置上對預測值進行了驗證，得到了以下結論。

（1）優化后液料質量比為5 ∶1（g ∶g），浸泡時間為390 min，超聲功率為300 W，超聲時間為5 min，復方總多糖提取率可達48.73%，模型預測值與試驗值誤差為2.35%。

（2）將小試優化工藝用于膏方一體化制備裝置，開展中試試驗，總多糖得率達到46.87%，與小試試驗預報值和試驗值相比，誤差分別為-1.5%和-3.82%，誤差均在±5%內，說明擬合公式在一定范圍內具有較好的放大預測能力。