响应面法优化超声提取苦参中总酚工艺

李海平，李艳芳，刘艳则，王迎进

（忻州师范学院化学系，山西忻州034000）

响应面法优化超声提取苦参中总酚工艺

李海平，李艳芳，刘艳则，王迎进*

（忻州师范学院化学系，山西忻州034000）

利用Design-Expert7.1.6软件Box-Benhnken中心组合试验和响应面分析法优化苦参中总酚的提取工艺条件。在单因素试验的基础上，考察乙醇浓度、超声时间、液料比和超声温度的单一和交互因素对苦参提取率的影响。结果表明：苦参总酚的最佳提取工艺为乙醇浓度44.20%、超声时间29.50min、液料比32.50∶1（mL/g）、超声温度57.00℃，在此条件下苦参总酚提取率可达4.51%。

苦参；总酚；响应面分析法；工艺条件

苦参（Sophora flavescens）系豆科苦参属植物，主要分布于俄罗斯、日本、印度和中国。苦参以根入药，具有清热燥湿，杀虫，利尿之功效，常用于热痢、便血、黄疸尿闭、赤白带下、湿疹及皮肤瘙痒等症。研究表明，苦参中含有丰富的生物碱，黄酮类化合物、皂苷及酚类化合物等成份[1]，目前对苦参中生物碱的研究报道较多[2-4]，而对苦参中总酚的研究却鲜见报道。多酚类物质作为植物中广泛存在的一类酚羟基结构化合物，具有独特生理活性和药理活性，在抑菌、抗肿瘤、防衰老和抗炎免疫等方面都具有良好的功效[5-8]。医药、食品等领域有广泛的应用前景。超声波因能在液体中产生“空穴作用”，破坏植物细胞的结构，使提取液不断振荡，有助于多酚等活性成分的溶出和扩散[9-11]，在植物活效成分提取中得到广泛运用。本实验采用超声辅助法提取苦参中总酚，并利用响应面法优化提取工艺条件，旨在为苦参资源的合理利用和深度开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

苦参：山西忻州五台山大药房；没食子酸（分析纯）：天津市光复精细化工研究所；Folin-Ciocalteu试剂（生化试剂）：上海远聚生物科技有限公司；实验用水为二次蒸馏水，其它试剂均为分析纯。

1.1.2 仪器与设备

752型紫外光栅分光光度计：上海精密科学仪器有限公司；RE-52AA旋转蒸发器：上海亚荣生化仪器厂；KQ-400KDE型数控超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 没食子酸标准曲线的绘制

精密称取没食子酸0.010 g，用水溶解后，转移到100mL容量瓶中定容，配制成浓度为0.1mg/mL的没食子酸标准溶液；精密量取0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9 mL于10 mL比色管中，分别加入Folin-Ciocalteu试剂1mL，振荡1min，再加入15%碳酸钠溶液1mL，混匀，室温放置2 h，以试剂溶液为空白，在760 nm处测定各标准溶液的吸光度，以吸光度为纵坐标，浓度为横坐标绘制标准曲线，得回归方程为A=0.097 2C-0.006 75，R2=0.999 4。

1.2.2 苦参总酚的提取及含量的测定

将苦参于烘箱中60℃烘干，药材粉碎机粉碎，过60目筛，装瓶备用。称取苦参1 g于三角瓶中，超声提取，抽滤，滤渣重提1次，合并滤液，定容至100mL容量瓶中，摇匀。移取5mL样液，用95%乙醇定容至100mL容量瓶中，移取1mL稀释液于10mL比色管中，用1.2.1实验方法测定吸光度，按标准方程计算苦参总酚提取率。

1.2.3 单因素试验

本实验考察了超声时间、超声温度、液料比和乙醇浓度4个因素对苦参总酚提取率的影响。

1.2.4 响应面实验设计

根据Box-Behnken中心组合设计原理，采用四因素三水平响应面分析方法优化提取工艺参数，响应面分析因素与水平设计见表1。

表1 响应面分析因素与水平Table1 Variablesand levels in response surface design

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 乙醇浓度对总酚提取率的影响

称取苦参粉末1 g，在超声温度为60℃，液料比为30∶1m L/g，超声时间为30min，超声功率为240W条件下，考察乙醇浓度对苦参总酚提取率的影响，结果见图1（a）。由图1（a）可知，当乙醇浓度为40%时，总酚提取率最大。因此，最佳乙醇浓度条件为40%。

2.1.2 超声时间对总酚提取率的影响

称取苦参粉末1 g，在超声温度为60℃，乙醇浓度为40%，液料比为30∶1mL/g，超声功率为240W条件下，考察超声时间比对苦参总酚提取率的影响，结果见图1（b）。由图1（b）可知，当超声时间为30min时，总酚提取率最大。因此，确定30min为最佳超声时间条件。

2.1.3 液料比对总酚提取率的影响

称取苦参粉末1 g，在超声温度为60℃，乙醇浓度为40%，超声时间为30min，超声功率为240W实验条件下，考察液料比对苦参总酚提取率的影响，结果见图1（c）。由图1（c）可知，随着液料比的升高，总酚提取率逐渐升高，当液料比达到30∶1mL/g时，总酚提取率达到最大，进一步增加液料比，总酚提取率变化较小。因此，确定液料比30∶1mL/g为最佳液料比条件。

图1 不同单因素对总酚提取率的影响Fig.1 Effectsof different extraction parameterson yield of total phenol

2.1.4 超声温度对总酚提取率的影响

称取苦参粉末1 g，在乙醇浓度为40%，液料比为30∶1mL/g，超声时间为30min，超声功率为240W实验条件下，考察超声温度对苦参总酚类提取率的影响，结果见图1（d）。由图1（d）可知，当超声温度为50℃时，总酚提取率最大，因此，确定50℃为最佳超声温度条件。

2.2 响应面优化实验

2.2.1 模型建立及显著性检验

利用 Design expert 7.1.6统计软件，由 Box-Benhnken中心组合试验对表2数据进行回归拟合出的回归方程为：

回归方程各项的方差分析见表3。

表2 响应面分析方案及试验结果Table2 Arrangementand experimental resultsof response surface centralcom posite design

表3 方差分析表Table 3 Varianceanalysis for yield of totalphenolwith various extractions

从表3可以看出，模型具有高度的显著性（pvalue远远小于0.000 1）。模型的确定系数R2=0.972，表明回归方程能够很好地模拟真实的曲面。模型的调整确定系数R2Adj=0.944，和Adeq Precision=22.377说明回归方程拟合度和可信度均很高，试验误差小，因此可以用该模型方程来分析和预测不同提取条件下苦参总酚提取率的变化。

2.2.2 等高线图和响应面图分析

RSM的图形可以直观地反映各因素对响应值的影响，从所得响应面分析图上可以分析出它们之间的相互作用。由图2和图3可知：液料比、乙醇浓度和超声温度对总酚提取率影响较为显著，表现为曲线较陡，超声时间次之，表现为曲线较为平滑，且随其数值的增加或减少，响应值变化较小。另外，由等值线图可知，乙醇浓度和液料比之间的交互作用影响显著，表现为其等值线图呈椭圆形。

对回归方程取一阶偏导数等于零，解得苦参总酚的最优工艺条件是乙醇浓度44.21%、超声时间29.43min、液料比32.52∶1（mL/g）、超声温度57.20℃，在此条件下总酚提取率理论上可达4.47%。

图2 乙醇浓度和液料比对总酚提取率影响的响应面和等值线图Fig.2 Response su rfaceand contour p lots for ethanol concentration and ratio of liquid to solid on theyield of totalphenol

图3 超声时间和超声温度对总酚提取率影响的响应面和等值线图Fig.3 Responsesurfaceand contour plots for extraction timeand extraction tem peratu reon the yield of total phenol

为了检测试验结果的可靠性，对上述试验结果进行了近似验证实验，考虑到实际操作条件，将苦参总酚的最佳工艺条件修正为乙醇浓度44.20%、超声时间29.50min、液料比32.50∶1mL/g、超声温度57.00℃，苦参总酚提取率平均值为4.51%，RSD为1.29%（n= 5），与预测值相比误差仅为0.89%，说明实验结果合理可靠。

3 结论

在单因素基础上采用响应面法对苦参中总酚的超声提取工艺进行了优化。结果表明，超声辅助提取苦参总酚的最佳工艺为：乙醇浓度44.20%、超声时间29.50min、液料比32.50∶1mL/g、超声温度57.00℃，此条件下，苦参总酚提取率达4.51%，与预测值4.47%相符良好。

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Op tim ization of Ultrasonic-assisted Extraction Technology of Total Phenol from the Sophora Flavescens by Response Surface Methodology

LIHai-ping，LIYan-fang，LIU Yan-ze，WANG Ying-jin*
（Departmentof chemistry，Xinzhou teachersuniversity，Xinzhou 034000，Shanxi，China）

The ultrasonic-assisted extraction processof total phenol from Sophora flavescens was studied using Box-Benhnken center composite design and response surfacemethodology （RSM）.Based on the experimentof single factor，the impacts of ethanol concentration，extraction time，ratio of liquid to solid，extraction temperature and interaction among them on extraction rate of total phenol was studied by RSM.The result suggested that the optimum extraction conditionswere as follow：ethanol concentration of 44.20%，extraction timeof29.50min ratio of liquid to solid of32.50∶1（mL/g），and extraction temperatureof57.00℃.Under these conditions，the practicalyield of totalphenol reached to4.51%.

Sophora flavescens；totalphenol；response surfacemethodology；processconditions

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.05.007

2014-01-13

山西省高等学校科技创新项目资助（2013149）；忻州师范学院大学生科技创新项目（2013）

李海平（1974—），女（汉），实验师，本科，研究方向：天然产物开发。

*通信作者：王迎进（1980—），男，讲师，硕士，主要从事天然产物提取、分离及生物活性研究。