響應面法優化細辛揮發油超聲輔助提取工藝

王飛娟，楊長花，劉 峰,2，王月茹,彭修娟,李 華

(1.陜西國際商貿學院，陜西 咸陽 712046；2.陜西步長制藥有限公司，陜西 西安 710075；3.咸陽市食品藥品檢驗檢測中心，陜西 咸陽 712046)

細辛(Asariradixet Rhizoma)來源于馬兜鈴科植物北細辛[AsarumheterotropoidesFr.Schmidt var.mandshuricum(Maxim.)Kitag.]、漢城細辛(AsarumsieboldiiMiq.var.seoulenseNakai)或華細辛(AsarumsieboldiiMiq.)的干燥根及根莖[1]，具有解表散寒、祛風止痛、通竅、溫肺化飲的功效，用于治療風寒感冒、頭痛、牙痛、鼻塞流涕、鼻鼽、鼻淵、風寒痹痛、痰飲咳喘。揮發油是細辛中的主要活性成分[2]，具有鎮痛、鎮靜、中樞抑制、局部麻醉等多種藥理作用[3]。揮發油常見的提取方法有水蒸氣蒸餾法、超臨界流體提取法、超聲輔助提取法、微波輔助提取法和有機溶劑提取法等[4]。超聲輔助提取法提取時間短、提取率高、耗能較少[5]。潘紅亮等[6]采用正交實驗研究了細辛揮發油的提取工藝，發現超聲輔助提取法所得的細辛揮發油提取率高于水蒸氣蒸餾法的。李峰等[7]發現，超臨界二氧化碳萃取法提取的揮發油含量高于水蒸氣蒸餾法的。厲英光等[8]、魏京海等[9]、劉東吉等[10]、孫慧峰等[11]、歐陽天贄等[12]采用正交實驗法研究了細辛揮發油的提取工藝，鮮有用響應面法優化細辛揮發油提取工藝的文獻報道。響應面法是近年來發展起來的比較科學精準的工藝優選方法[13]。作者采用超聲輔助法提取細辛揮發油，首先采用單因素實驗考察提取溶劑、料液比(g∶mL,下同)、超聲時間、超聲溫度、超聲功率對細辛揮發油提取率的影響，再采用響應面法優化提取工藝。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

細辛，購于陜西康盛堂藥業有限公司，經陜西國際商貿學院生藥教研室雷國蓮教授鑒定為Asariradixet Rhizoma。細辛干燥，粉碎，密封，備用。

乙醚、石油醚、正己烷、乙酸乙酯，市售。

KQ5200DE型數控超聲波清洗器，昆山超聲儀器有限公司；TE124S型電子天平，賽多利斯科學儀器有限公司。

1.2 細辛揮發油的提取

精密稱取細辛粉末10 g，置于具塞錐形瓶中，加入提取溶劑，設置超聲波清洗器的超聲溫度、超聲時間和超聲功率，超聲提取，過濾，回收溶劑至干，稱重，按下式計算細辛揮發油提取率(Y)：

式中：m1為提取揮發油后干燥細辛和蒸發皿的總質量，g；m2為干燥蒸發皿的質量，g；m為細辛粉末的質量，g。

1.3 提取工藝優化

首先采用單因素實驗考察提取溶劑、料液比、超聲時間、超聲溫度、超聲功率對細辛揮發油提取率的影響，再采用響應面法優化提取工藝。

2 結果與討論

2.1 單因素實驗

2.1.1 提取溶劑對細辛揮發油提取率的影響(表1)

由表1可知，以乙酸乙酯為提取溶劑時，細辛揮發油的提取率最高，其次是乙醚，再次是正己烷，最次是石油醚。由于乙酸乙酯的沸點偏高，不易揮發，因此，選擇沸點低、易于揮發的乙醚為提取溶劑。

表1 提取溶劑對細辛揮發油提取率的影響Tab.1 Effect of extraction solvent on extraction rate of volatile oil from Asari radix et Rhizoma

2.1.2 料液比對細辛揮發油提取率的影響(表2)

由表2可知，在料液比為1∶6時提取率最高。

表2 料液比對細辛揮發油提取率的影響Tab.2 Effect of solid-liquid ratio on extraction rate of volatile oil from Asari radix et Rhizoma

2.1.3 超聲時間對細辛揮發油提取率的影響(表3)

表3 超聲時間對細辛揮發油提取率的影響Tab.3 Effect of ultrasonic time on extraction rate of volatile oil from Asari radix et Rhizoma

由表3可知，超聲時間為35 min時提取率最高。

在處理數據時，對于5個評分因子的滿意度設置分值，用選項的平均值作為這一問題的總體分值進行統計分析．設對衛生狀況非常滿意的使用者所占比例為，比較滿意的為，一般的為，不太滿意的為，很不滿意的為，同理，對于衛生安全有，，，，，對于價格有，，，，，對于口味有，，，，，對于服務態度有，，，，，對于種類有，，，，．

2.1.4 超聲溫度對細辛揮發油提取率的影響(表4)

表4 超聲溫度對細辛揮發油提取率的影響Tab.4 Effect of ultrasonic temperature on extraction rate of volatile oil from Asari radix et Rhizoma

由表4可知，超聲溫度為30 ℃時提取率最高。

2.1.5 超聲功率對細辛揮發油提取率的影響(表5)

表5 超聲功率對細辛揮發油提取率的影響Tab.5 Effect of ultrasonic power on extraction rate of volatile oil from Asari radix et Rhizoma

由表5可知，提取功率為160 W時提取率最高。

2.2 響應面實驗

2.2.1 因素與水平設計

在單因素實驗的基礎上，確定乙醚為提取溶劑，超聲溫度為30 ℃，以料液比(A)、超聲時間(B)、超聲功率(C)為考察因素，以細辛揮發油提取率為響應值，進行響應面實驗，因素與水平見表6。

表6 因素與水平Tab.6 Factors and levels

2.2.2 響應面實驗及回歸方程

表7 響應面實驗結果Tab.7 Results of response surface methodologies

將實驗數據進行擬合，得到多元二次回歸模型方程：Y=3.41+0.048A+0.052B+0.030C-0.18AB+0.25AC+0.14BC-0.58A2-0.49B2-0.42C2。

2.2.3 方差分析

采用Design-Expert 8.0.6軟件對實驗數據進行方差分析，結果見表8。

表8 方差分析Tab.8 Variance analysis

2.2.4 各因素交互作用分析

使用Design-Expert 8.0.6軟件將料液比、超聲時間、超聲功率兩兩因素進行分析，響應面圖及等高線圖見圖1。

圖1 細辛揮發油提取工藝優化的響應面圖與等高線圖Fig.1 Response surface map and contour map for optimization in extraction process of volatile oil from Asari radix et Rhizoma

從圖1可以看出，料液比與超聲時間、料液比與超聲功率的交互作用對提取率影響顯著。

2.2.5 驗證實驗

使用Design-Expert 8.0.6軟件得到的最優提取工藝為：料液比1∶6.16、超聲時間35.18 min、超聲功率162.70，提取率預測值為3.414%。為了方便操作，選擇優化提取工藝為：料液比1∶6、超聲時間36 min、超聲功率160 W。在此優化工藝條件下，提取細辛揮發油3次，細辛揮發油提取率分別為：3.475%、3.387%、3.261%，平均值為3.374%，RSD值為3.19%，實測值與預測值比較接近，說明實驗方法和數學模型具有可靠性和重現性。

3 結論

采用響應面法優化細辛揮發油超聲輔助提取工藝。首先采用單因素實驗考察提取溶劑、料液比、超聲時間、超聲溫度、超聲功率對細辛揮發油提取率的影響，然后選取料液比、超聲時間、超聲功率等3個因素進行響應面實驗，得到優化的細辛揮發油提取工藝為：料液比1∶6(g∶mL)、超聲時間36 min、超聲功率160 W，在此優化工藝條件下，細辛揮發油提取率為3.374%，RSD值為3.19%。驗證實驗表明，實驗方法和數學模型具有可靠性和重現性，本工藝可用于細辛揮發油的提取。