响应面法优化脚板薯皂苷提取工艺

刘媛洁等

摘要

[目的]优化脚板薯皂苷的最佳提取工艺。[方法]探讨提取温度、提取时间、料液比和乙醇浓度对脚板薯皂苷提取率的单因素影响。在此基础上，采用响应面分析方法，进一步研究各自变量及其交互作用对脚板薯皂苷提取率的影响，并对其工艺参数进行优化。[结果]脚板薯皂苷提取的最佳工艺条件为提取温度76 ℃、提取时间1.5 h、乙醇浓度90%、料液比1∶30（m/v），在此最优工艺条件下，脚板薯皂苷提取率达0.291%。[结论]该研究可为脚板薯皂苷的工业化生产提供理论指导。

关键词脚板薯；响应面分析；皂苷；提取

中图分类号S567文献标识码A文章编号0517-6611（2014）36-12885-03

Abstract[Objective] The Response Surface Methodology （RSM） was used to optimize the extraction process of total saponins from Dioscorea alata Lirm.sp. [Method] The impact of extraction temperature， extraction time， ethanol concentration and solidliquid ratio on the yield of diosgenin are investigated， based on which the response surface analysis is adopted to study the impact of each variable and their interaction on yield of diosgenin and optimize the extraction parameter. [Result] It is found that optimal parameters for diosgenin extraction form Dioscorea alata Lirm.sp were as follows： extraction temperature 76 ℃， extraction time 1.5 h ， ethanol concentration 90%， solidliquid ratio 1∶30（m/v）. [Conclusion] The research provides the theoretical guidance for the industrial production of diosgenin in Dioscorea alata Lirm.sp.

Key words Dioscorea alata Lirm.sp； Response Surface Analysis； Saponins； Extraction

脚板薯（Dioscorea alata Lirm.sp）属薯蓣属（Dioscorea），又称参薯，是一年生或多年生缠绕性藤本植物[1-2]，其块状根茎发达，呈不规则扁块形状，型似脚板，故得名[3]。脚板薯块茎颜色呈黄褐色或深褐色，其含有淀粉、蛋白质、薯蓣皂苷、维生素、粘质多糖等多种成分[4]，长期食用具健脾、养肺、固肾、益精的生理功效[5]。薯蓣皂苷是重要的医药原料，是合成多种甾体抗炎药、性激素、避孕类药物的前体[6-8]。笔者在此探讨提取温度、提取时间、料液比和乙醇浓度对脚板薯皂苷提取率的单因素影响，在此基础上，采用响应面分析方法，进一步研究各自变量及其交互作用对脚板薯皂苷提取率的影响，优化了脚板薯中皂苷的提取工艺，为脚板薯皂苷的工业化生产提供科學参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1

供试材料。新鲜脚板薯，采自江西宜春万载，经真空干燥后粉碎备用。

1.1.2

主要试剂。石油醚、无水乙醇、甲醇为分析纯；去离子水为色谱纯。

1.1.3

主要仪器。高速中药粉碎机，温岭林大机械有限公司；艾柯AKRY-UP-1824 型超纯水机，上海博讯实验专用纯水设备厂；NH-2 数显恒温水浴锅，扬州盛凯化工有限公司；SHZ-D型循环水真空泵，南昌明瑞化工有限公司；旋转蒸发器，上海禾气玻璃仪器有限公司；高效液相色谱仪（HPLC），安捷伦科技有限公司。

1.2方法

1.2.1

样品溶液的制备。

将脚板薯样品烘干、粉碎，过筛后干燥保存。精密称取脚板薯粉末 1.0 g，置于圆底烧瓶中，加石油醚15 ml，脱脂40 min后过滤，挥发去除溶剂。再加入80%的乙醇30 ml，经80 ℃水浴回流1 h后过滤，收集滤液。滤渣用80%的乙醇30 ml再重复提取1次，滤渣用80%乙醇2 ml洗涤2次，合并滤液。将滤液挥发去除溶剂，用甲醇溶解残渣，置于容量瓶中，再用适量甲醇冲洗3次，合并溶液。用甲醇定容，过0.45 μm的微孔滤膜过滤，得供试品溶液。

1.2.2

检测方法。

采用高效液相色谱（HPLC）法[9]进行脚板薯薯蓣皂苷的分析。色谱条件为安捷伦液相1200色谱仪、ODS-3 C18（150 mm×4.6 mm，5 μm）色谱柱、柱温25 ℃，流动相为纯甲醇，流速为1.0 ml/min，UV检测波长210 nm。薯蓣皂苷元标准品购自Sigma 公司。

1.2.3

影响提取工艺效果的因素试验设计。

1.2.3.1

单因素试验。分别以提取温度、乙醇浓度、提取时间和料液比为响应因素，研究不同水平下各因素对脚板薯皂苷提取率的影响。

1.2.3.2

Box-Behnken 试验设计。

在单因素试验基础上，利用 Box-Behnken 试验设计原理，采用三因素三水平的响应面分析法，以提取温度、提取时间、乙醇浓度为编码自变量，以脚板薯皂苷提取率为响应值绘制响应面，分析优化最佳提取条件。Box-Behnken 试验因素与水平设计如表1所示。

表明脚板薯皂苷提取率的实测值与预测值之间的拟合优度较好，因此该模型可以预测以脚板薯皂苷提取率为响应值的实际情况。各自变量试验因素对响应值的影响分别为因素A2对脚板薯皂苷提取率的线性效应高度显著（PA2<0.000 1）；因素A（提取温度）、C（乙醇浓度）、B2、C2对皂苷提取率的线性效应显著；因素B（提取时间）对皂苷提取率的线性效应不显著，表明在前期单因素试验中已将提取时间选在一个较合适的区间，所以提取时间的变化影响已不显著；因素AC对脚板薯皂苷提取率的线性交互效应显著；因素AB、BC对脚板薯皂苷提取率的线性交互效应不显著。

由图5分析可知，乙醇浓度（C）对皂苷提取率的影响最显著，表现为曲线较陡；提取温度和提取时间次之，各自变量对脚板薯皂苷提取率的影响为乙醇浓度>提取温度>提取时间。根据对脚板薯皂苷提取率的二次多项方程求解，得到最佳提取工艺条件为提取温度（A）76.30 ℃、提取时间（B）1.49 h、乙醇浓度（C）89.96%，在此最佳条件下，脚板薯皂苷提取率理论上可达0.299%。 为了实际工艺控制的方便，将最佳工艺条件修正为提取温度76 ℃、提取时间1.5 h、乙醇浓度90%，在此条件下进行3组平行验证试验，实际测得皂苷提取率为0.291%，与预测值之间有良好的拟合性，证实了模型的有效性，该二元多项回归方程为脚板薯皂苷的提取工艺提供了一个合适的模型。

3 结论与讨论

该试验在单因素试验的基础上，运用三因素三水平的响应面分析法，以脚板薯提取率为响应值进行回归分析，建立了脚板薯中皂苷提取工艺的二次多项数学模型。通过对该模型方程的求解及对其3D图的分析，获得了脚板薯皂苷的最佳提取工艺条件为提取温度76 ℃、提取时间1.5 h、乙醇浓度90%、料液比1∶30（m/v），在此最佳条件下，脚板薯皂苷提取率为0.291%。

参考文献

[1]

徐成基.中国薯蓣资源[M]. 成都：四川科技出版社，2000.

[2] 陆国权，唐忠厚.脚板薯花青素提取及其纯化技术研究[J].粮油食品科技，2006，14（1）：34-35.

[3] 裴鉴，丁志遵.中国植物志（第十六卷，第一分册）[M].北京：科学出版社，1985：117-119.

[4] 刘媛洁，余俏，張良.脚板薯的研究进展[J].安徽农业科学，2013，41（24）：9951-9953，9956.

[5] 江苏新医学院.中药大辞典[M].上海：上海科学技术出版社，1985：166-168.

[6] MERKLI A，CHRISTEN P，KAPETANIDIS I.Production of diosgenin by hairy root cultures of Trigonella foenumgraecum L.[J].Plant Cell Reports，1997，16（9）：632-636.

[7] ONCINA R，BOTA J M，DEL RO J A，et al.Bio-production of diosgenin in callus cultures of Trigonella foenumgraecum L.[J].Food Chemistry，2000，70：489-492.

[8] ONCINA R，DELROJ A，GMEZ P，et al.Effect of ethylene on diosgenin a ccumulation in callus cul-tures of Trigonella foenumgraecum L.[J].Food Chemistry，2002，76：475-479.

[9] 徐皓.HPLC法测定紫参薯中薯蓣皂苷元的含量[J].食品科技，2013（6）：317-319.