正交试验优化栀子中藏红花素提取工艺

刘 聃，刘凤英，黄 颖，段艳辉，邓爱华

（1.湖南文理学院 芙蓉学院，湖南 常德 415000；2.湖南文理学院 地理科学与旅游学院，湖南 常德 415000）

栀子为茜草科栀子属的成熟干燥果实，具有抗炎镇痛、降低血糖、保护心脑血管、治疗脂肪肝等作用，也有相应的保健价值，通常用于制作各种保健品。在中医临床常用于治疗高血压、糖尿病、黄疸型肝炎、扭挫伤等作用。宋晓静等人[1]阐述了栀子对呼吸系统、消化系统、泌尿生殖系统、神经系统及血液循环系统的作用。栀子中含有藏红花素，藏红花素具有抗癌、抗肿瘤的作用，具体体现在抑制宫颈癌、治疗白血病、结肠癌、卵巢癌、结肠癌等疾病上。通过单因素试验及正交试验设计优化栀子中藏红花素提取工艺，为栀子中藏红花素的深度开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

栀子，澧县扶农中药材农民专业合作社提供；甲醇，色谱纯，国药集团化学试剂有限公司提供；乙醇，分析纯，湖南汇宏试剂有限公司提供。

JR-600型高速多功能粉碎机，永康云达机械产品；FA2104型电子天平，上海恒平科学仪器有限公司产品；SHZ-D（Ⅲ）型循环水式真空泵，巩义市予华仪器有限责任公司产品；KQ5200DE型数控超声波清洗器，昆山超声仪器有限公司产品；Agress1100型高效液相色谱仪，大连伊力特分析仪器有限公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 标准曲线制备

称取藏红花素-Ⅰ标准品20 mg置于200 mL容量瓶中，加入60%乙醇溶液定容，配制200 mg/L的藏红花素母液。分别取母液2.50，3.75，5.00，5.25，6.50 mL置于25 mL容量瓶中，加入60%的乙醇溶液定容。配成20，30，40，50，60 mg/L的藏红花素溶液。高效液相色谱法检测条件如下[2-3]：ODS2色谱柱（4.6 mm×200 mm，5 μm）、流动相为甲醇∶水（1∶1），检测波长440 nm，流速1 mL/min，柱温30℃，进样量20 μL。以藏红花素的质量浓度为自变量，峰面积为因变量绘制回归曲线，得到的藏红花素的标准线：Y=106.24X+789.74，R2=0.999 5。

1.2.2 藏红花素提取工艺

首先将栀子用嘉悦JR-600型高速多功能粉碎机进行粉碎，过50-300目筛，接着使用电子精密天平准确称取0.3 g栀子粉末于烧杯中，按照预先设计的试验因素和水平用一定体积分数的乙醇溶液在40℃的温度下，使用KQ5200DE型数控超声波清洗器浸渍振荡30 min，超声提取用相应体积分数的乙醇定容至刻度线，摇匀，抽滤取滤液制成待测液，最后将一定量的待测液于波长440 nm处测定栀子中藏红花素的峰面积，参照标准曲线方程可以计算所测样品的质量浓度，然后根据m=cv计算栀子中藏红花素的质量，并计算提取率：

1.2.3 单因素试验

准确称取0.2 g栀子粉末样品5份，分别置于5个小烧杯中，中间条件控制为乙醇体积分数60%，料液比1∶40，超声温度40℃，超声时间30 min。分别考查乙醇体积分数为30%，40%，50%，60%，70%；料液比为1∶20，1∶30，1∶40，1∶50，1∶60；超声时间为10，20，30，40，50 min；超声温度为30，40，50，60，70℃4个单因素水平对栀子中藏红花素提取率的影响。

1.2.4 设计正交试验

根据1.2.3单因素试验结果，设计四因素三水平的正交试验，选用L9（34）正交表进行相应的正交试验，计算每次试验栀子中藏红花素的提取率，根据正交试验结果，利用极差分析法进行分析[4-5]，可以得到正交试验的最佳参数。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 乙醇体积分数的影响

乙醇体积分数对藏红花素提取率的影响见图1。

由图1可知，乙醇体积分数在30%～60%呈现出逐渐上升的趋势，栀子中藏红花素的提取率60%时达到最高，继续增加乙醇体积分数，呈现迅速下降的趋向，由于乙醇体积分数过高，极性降低，溶液中藏红花素溶出度下降。

图1 乙醇体积分数对藏红花素提取率的影响

2.1.2 料液比对藏红花素提取率的影响

料液比对藏红花素提取率的影响见图2。

图2 料液比对藏红花素提取率的影响

由图2可知，料液比为1∶20～1∶40时，藏红花素的提取率呈下降趋势，在料液比为1∶50时，提取率达到最高，之后又出现显著下降的趋势，料液比越大后处理越困难，故1∶50为最佳料液比。

2.1.3 超声时间的影响

由于超声波有空化效果从而会产生一定热效应和高强度机械效应，具有增加穿透性、促使细胞破碎和加速质量传递等优点[6]。

超声时间对藏红花素提取率的影响见图3。

图3 超声时间对藏红花素提取率的影响

由图3可知，随着超声时间的增加，栀子中藏红花素的提取率不断增加，在40 min时达到最大；进一步增加超声时间，提取率迅速下降，可能是长时间超声导致了栀子中藏红花素的分解。

2.1.4 超声温度的影响

超声温度对藏红花素提取率的影响见图4。

由图4可知，超声温度为30～50℃时，栀子中藏红花素的提取率随温度增加而上升，提取率50℃时最高；如进一步提高温度，提取率呈现先下降后增加的趋势，可能是由于温度升高，藏红花素不稳定导致分解，同时温度升高，促进藏红花素的溶出及黏度降低，多种因素共同作用的结果，选择合适的超声温度是50℃。

图4 超声温度对藏红花素提取率的影响

2.2 正交试验结果

2.2.1 设计正交试验

在数学学科的相关理论中，正交法主要是在数理统计、概率论和线性代数为基础的前提下，选用标准的正交化作为试验设计原理而进行相关的设计试验[7-8]，通过各单因素所导致的栀子中藏红花素提取率最高水平的上下值设置正交表的因素水平值。

正交试验因素与水平设计见表1。

表1 正交试验因素与水平设计

2.2.2 正交试验结果

正交试验结果见表2。

由表2可知，用栀子中藏红花素的提取率为参照因素，各试验因素对栀子中藏红花素提取率的影响按照由大到小依次为料液比、超声时间、乙醇体积分数、超声温度，在提取试验工艺当中超声时间和料液比这2个因素对栀子中藏红花素提取率的影响较大，对提取率影响较小的是乙醇体积分数，其中最小的是超声温度。表2显示的正交试验结果表明，栀子中藏红花素的最佳提取率所在条件为试验A2B2C3D2处，也就是在乙醇体积分数60%，料液比1∶50，超声温度60℃，其超声时间40 min时，此条件下栀子中藏红花素的提取率为64.25%。

表2 正交试验结果

3 结论

通过单因素试验考查了乙醇体积分数、料液比、超声时间和超声温度等因素对栀子中藏红花素提取率的影响规律；通过正交试验优化栀子中藏红花素的最佳提取工艺参数为乙醇体积分数60%，料液比1∶50，超声温度60℃，超声时间40 min，栀子中藏红花素的提取率为64.25%。