響應面法優化穿山龍中薯蕷皂苷的超聲提取工藝

崔建強,安曉玲,宇文亞煥,趙梅梅,唐 靜

(陜西國際商貿學院,陜西 西安 712046)

穿山龍為薯蕷科薯蕷屬植物穿龍薯蕷的根莖。薯蕷皂苷具有治療風濕性關節炎與慢性支氣管炎、抗腫瘤、抗艾滋病、鎮痛消炎等作用,是心血管藥物的主要藥源,也是合成激素類藥物的主要原料之一[1-6]。作者采用超聲法提取穿山龍中薯蕷皂苷,在單因素實驗的基礎上,采用響應面法優化提取工藝,以期為穿山龍的藥用價值研究提供技術支撐。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

穿山龍,市售。

薯蕷皂苷標準品,上海源葉生物科技有限公司;無水乙醇、石油醚(沸點60～90 ℃),天津河東區紅巖試劑廠。

DEPU-200UE型多用途恒溫超聲波提取儀,無錫德譜儀器制造有限公司;循環水式多用真空泵,鞏義予華儀器有限責任公司;RE-52型旋轉蒸發器,上海亞榮生化儀器廠;GY-753型粉碎機,天津泰斯特儀器有限公司;TGL-15B型離心機,上海安亭科學儀器廠;紫外分光光度計,天津精密科學儀器有限公司。

1.2 穿山龍前處理

將穿山龍用水洗凈,自然風干后用粉碎機將其粉碎完全,加入石油醚脫脂2次,抽濾,濾渣干燥,得穿山龍粉末,備用。

1.3 薯蕷皂苷提取

取適量穿山龍粉末,以乙醇為提取溶劑,在一定功率下超聲提取一定時間;抽濾,濾液置于圓底燒瓶中,旋蒸制成浸膏;加入一定量的無水乙醇,使其充分溶解,離心,上清液定容到容量瓶中;稀釋成不同濃度待測溶液,測定吸光度,依據標準曲線方程A=18.409c+0.0003(c為薯蕷皂苷濃度,mg·mL-1;A為吸光度)計算薯蕷皂苷濃度,按下式計算薯蕷皂苷提取率(Y):

式中:V為待測溶液的體積,mL;n為稀釋倍數;m為穿山龍樣品質量,g。

1.4 提取工藝優化

在乙醇用量為300 mL的條件下,采用單因素實驗,分別考察乙醇體積分數(50%、60%、70%、80%、90%)、液固比(5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1,mL∶g,下同)、超聲時間(20 min、30 min、40 min、50 min、60 min)、超聲功率(360 W、540 W、720 W、900 W、1 080 W)對薯蕷皂苷提取率的影響。

在單因素實驗的基礎上,選取對薯蕷皂苷提取率影響顯著的因素作為自變量,以提取率作為因變量,通過Box-Behnken設計3因素3水平響應面實驗,進一步優化薯蕷皂苷超聲提取工藝[7-9]。

2 結果與討論

2.1 單因素實驗結果(圖1)

圖1 單因素實驗結果

由圖1可知,隨著乙醇體積分數的增加、液固比的增大、超聲時間的延長、超聲功率的增大,薯蕷皂苷提取率均呈先升高后降低的趨勢,其中乙醇體積分數、液固比、超聲時間對提取率的影響較大,超聲功率的影響較小;在乙醇體積分數、液固比、超聲時間、超聲功率分別為70%、20∶1、40 min、540 W時,提取率達到最高。由于超聲功率對提取率的影響不大,考慮到高效、節能等因素,確定最佳超聲功率為540 W。將70%、20∶1、40 min分別作為響應面實驗乙醇體積分數、液固比、超聲時間的中心值,進一步優化薯蕷皂苷的超聲提取工藝。

2.2 響應面實驗結果

2.2.1 實驗設計與回歸模型

在單因素實驗的基礎上,選取對薯蕷皂苷提取率影響顯著的乙醇體積分數(A)、液固比(B)、超聲時間(C)作為自變量,以提取率作為因變量,通過Box-Behnken設計3因素3水平響應面實驗優化薯蕷皂苷超聲提取工藝。響應面實驗設計與結果見表1。

表1 響應面實驗設計與結果

使用Design-Expert 8.0.6軟件對表1數據進行多元回歸擬合分析,得到薯蕷皂苷提取率的線性回歸模型方程:Y=5.25-0.13A-0.090B-0.16C-0.075AB+0.010AC-0.100BC-0.69A2-0.51B2-0.91C2。

2.2.2 方差分析

用相關軟件對數據進行方差分析,并驗證回歸模型方程的顯著性,結果見表2。

表2 方差分析

2.2.3 響應面分析

各因素交互作用對薯蕷皂苷提取率影響的響應面和等高線圖如圖2所示。

圖2 各因素交互作用對薯蕷皂苷提取率影響的響應面圖和等高線圖

由圖2a可知,液固比呈現出的響應曲面坡度比乙醇體積分數的平緩,說明乙醇體積分數對薯蕷皂苷提取率的影響大于液固比;乙醇體積分數與液固比的交互作用對提取率影響的等高線近似圓形,說明乙醇體積分數與液固比的交互作用對提取率的影響較小;最佳乙醇體積分數為69.02%,最佳液固比為19.64∶1。

由圖2b可知,超聲時間呈現出的響應曲面坡度陡峭,乙醇體積分數的稍微平緩,說明超聲時間對薯蕷皂苷提取率的影響大于乙醇體積分數;乙醇體積分數與超聲時間的交互作用對提取率影響的等高線近似橢圓形,說明乙醇體積分數與超聲時間的交互作用對提取率的影響較大;最佳乙醇體積分數為69.02%,最佳超聲時間為39.12 min。

由圖2c可知,超聲時間呈現出的響應曲面坡度較液固比的陡峭,說明超聲時間對薯蕷皂苷提取率的影響大于液固比;液固比與超聲時間的交互作用對提取率影響的等高線近似橢圓形,說明液固比與超聲時間的交互作用對提取率的影響較大;最佳液固比為19.64∶1,最佳超聲時間為39.12 min。

綜上,薯蕷皂苷的最佳超聲提取工藝條件為:乙醇體積分數69.02%、液固比19.64∶1、超聲時間39.12 min。為便于操作,將其修正為:乙醇體積分數70%、液固比20∶1、超聲時間40 min。

2.3 驗證實驗

在優化的工藝條件下,即超聲功率540 W、乙醇體積分數70%、液固比20∶1(mL∶g)、超聲時間40 min,進行3次驗證實驗,薯蕷皂苷提取率平均值為5.18%,與理論值接近。表明建立的回歸模型可用于薯蕷皂苷提取率的預測和分析。

3 結論

在單因素實驗的基礎上,采用響應面法優化了穿山龍中薯蕷皂苷的超聲提取工藝。在超聲功率為540 W、乙醇體積分數為70%、液固比為20∶1(mL∶g)、超聲時間為40 min的最佳條件下,薯蕷皂苷提取率達到5.18%。