响应面法优化葎草籽油闪式提取工艺及不同产地葎草籽得油率比较

周光姣, 冯学花

(1.安徽中医药科学院 亳州中医药研究所，安徽 亳州 236800； 2.亳州职业技术学院，安徽 亳州 236800； 3.安徽新华学院，合肥 230088)

葎草为桑科葎草属植物葎草(Humulusscandens(Lour.) Merr.)的干燥地上部分，性寒，气微，味淡，具有清热解毒、利尿通淋的功效[1-2]。葎草雌雄异株，含多种活性成分，主要有黄酮类、萜类、挥发油类等化合物[3-6]。葎草生命力顽强，我国多地盛产，资源丰富，古方中葎草的应用较广泛，但现代开发利用较少，多作为动物饲料或作杂草被除去，造成资源浪费。葎草雌株一般在8月开花，10—11月草籽成熟，葎草籽中含有葎草酮、蛇麻酮、多酚和油脂等活性物质，其中油脂含量可达10%左右，葎草籽油可以作为多种化工产品的生产原料。因此，对葎草籽油的开发利用具有较高的经济价值。闪式提取技术是一种新型油脂提取技术，是依靠高速机械剪切力和超动力分子渗透技术，在数秒内将植物油料破碎成细微粒，使溶剂渗透至植物组织内，有效成分被快速溶解、扩散至组织外，达到内外平衡，完成提取过程[7]。本实验采用闪式提取法提取葎草籽油，以葎草籽得油率为评价指标，运用响应面法优化提取工艺条件[8-10]，并比较不同产地葎草籽的得油率，为进一步开发应用葎草籽油提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

葎草籽样品分别于2018年10—11月从山东、浙江、江苏、河南、安徽等省采集，经亳州职业技术学院药学院陈娜副教授鉴定为桑科葎草属(HumulusL.)植物葎草(Humulusscandens(Lour.) Merr.)的种子。石油醚(60～90℃)，分析纯；纯化水，实验室自制。

JHBE-50型闪式提取器，郑州赛克斯玻璃仪器有限公司；RE-10旋转蒸发器；DFY-X500粉碎机；BT25S赛多利斯电子分析天平。

1.2 实验方法

1.2.1 闪式提取法提取葎草籽油

取干燥、洁净的葎草籽，粉碎，过药典3号筛得葎草籽粉，备用。称取100 g葎草籽粉，加入一定量的石油醚(60～90℃)，设置温度为70℃，在设定电压下闪式提取，过滤，滤液减压回收溶剂，干燥至恒重即得葎草籽油。

1.2.2 葎草籽得油率计算

葎草籽得油率=提取所得葎草籽油质量/葎草籽粉质量×100%

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 提取电压对葎草籽得油率的影响

以洁净、干燥的同一批葎草籽为原料，按照1.2.1的方法，在液料比10∶ 1、提取时间135 s、提取次数1次的条件下，考察提取电压对葎草籽得油率的影响，结果见图1。

由图1可见，得油率在提取电压为150 V时出现峰值，提取电压在70～150 V得油率逐渐上升，150～190 V得油率逐渐下降。可能由于电压升高，导致提取溶剂的渗透力加大，有利于提取，但电压过高，溶剂易挥发，不利于溶剂的渗透。

图1 提取电压对葎草籽得油率的影响

2.1.2 液料比对葎草籽得油率的影响

以洁净、干燥的同一批葎草籽为原料，按照1.2.1的方法，在提取电压150 V、提取时间135 s、提取次数1次的条件下，考察液料比对葎草籽得油率的影响，结果见图2。

图2 液料比对葎草籽得油率的影响

由图2可知，随液料比的增加，葎草籽得油率逐渐增加，当液料比增加至8∶ 1时，再继续增加液料比，葎草籽得油率增加幅度非常小，且液料比增加后溶剂量大，提取能耗大，后续处理烦琐。

2.1.3 提取时间对葎草籽得油率的影响

以洁净、干燥的同一批葎草籽为原料，按照1.2.1的方法，在提取电压150 V、液料比10∶ 1、提取次数1次的条件下，考察提取时间对葎草籽得油率的影响，结果见图3。

图3 提取时间对葎草籽得油率的影响

由图3可知，随着提取时间的延长，葎草籽得油率逐渐增加，在提取时间为120 s时出现峰值，再继续延长提取时间，葎草籽得油率开始下降，提取时间为180 s时得油率下降至6.8%。

2.1.4 提取次数对葎草籽得油率的影响

以洁净、干燥的同一批葎草籽为原料，按照1.2.1的方法，在提取电压150 V、液料比10∶ 1、提取时间135 s的条件下，考察提取次数对葎草籽得油率的影响，结果见图4。

图4 提取次数对葎草籽得油率的影响

由图4可知，随着提取次数的增加，葎草籽得油率略有增加，但总体变化不大，影响不显著，考虑提取经济性，选择提取次数1次。

2.2 响应面法优化

2.2.1 响应面实验设计及结果

根据单因素实验结果，固定提取次数1次，以提取电压(A)、液料比(B)、提取时间(C)3个因素为自变量，以葎草籽得油率(Y)为响应值，运用Design-Expert 8.05b软件设计Box-Behnken响应面实验，并对相关的数据进行分析。响应面实验因素水平见表1，响应面实验设计与结果见表2，方差分析见表3。

表1 响应面实验因素水平

表2 响应面实验设计与结果

表3 方差分析

通过Design-Expert软件进行响应面回归分析，得出二次多元回归方程：

Y=9.78+0.10A+0.44B+ 0.44C-0.10AB+0.075AC+0.50BC-1.10A2-0.84B2+0.98C2

由表3可知，回归模型P<0.000 1，且R2为0.973 6，失拟项P>0.05,不具有显著性，说明此模型具高度显著性，方程模拟较好，实验所得值与预测值有较好的拟合度，表明该法对葎草籽油提取工艺的预测和分析具有可行性。一次项B、C都具高度显著性，A具显著性，二次项A2、B2、C2都具高度显著性，交互项BC具高度显著性，3个因素对提取工艺影响大小依次为C>B>A。

2.2.2 响应面优化与验证实验

通过响应面分析得出的最佳提取工艺条件为提取电压150.4 V、液料比10∶ 1、提取时间134.6 s，在此条件下葎草籽得油率为9.60%。为了检验回归模型的有效性，并考虑操作的方便性，对响应面二次回归所得最佳条件进行修正，确定最佳工艺条件为提取电压150 V、液料比10∶ 1、提取时间135 s。采用修正后最优条件进行验证实验，得到葎草籽平均得油率为9.50%，与预测值相近，说明该方法与实际情况拟合良好，验证了此回归模型有效。因此，采用响应面法优选葎草籽油的闪式提取工艺可靠，具有实用价值。

2.3 不同产地葎草籽得油率的比较

分别取不同产地的葎草籽，洁净、干燥至含水量一致时，分别粉碎过药典3号筛，按上述优化的最佳闪式提取工艺条件在70℃提取，并进行得油率比较，结果见表4。

表4 不同产地葎草籽得油率

由表4可知，安徽省的葎草籽得油率高于周边省份，江苏和浙江的次之，山东的最低。安徽省内又以合肥地区得油率最高，池州、黄山的次之，亳州的最低。

3 结 论

本研究以葎草籽得油率为考察指标，采用闪式提取法提取葎草籽油，在单因素实验基础上，通过响应面法优化提取工艺条件。得到闪式提取法提取葎草籽油的最佳工艺条件为提取电压150 V、液料比10∶ 1、提取时间 135 s、提取次数1次，在最佳工艺条件下葎草籽平均得油率为 9.50%；通过对不同产地葎草籽得油率进行比较，安徽省葎草籽得油率高于周边省份，江苏和浙江的次之，山东的最低；安徽省内又以合肥地区的葎草籽得油率最高，池州、黄山的次之，亳州的最低。