基于响应面法的鸡矢藤挥发油提取工艺优化研究

2023-06-11安莉刘腾恬单娜党艳妮杨祎辰马存德

安徽农业科学 2023年10期

安莉刘腾恬单娜党艳妮杨祎辰马存德

摘要以鸡矢藤为原料，在单因素试验基础上，使用Box-Benhnken响应面法，将鸡矢藤挥发油含量作为响应值，建立数学回归模型，分析优化提取鸡矢藤挥发油工艺。结果表明，鸡矢藤挥发油最佳提取工艺参数是粒径429 μm、料液比1∶9.3（g∶mL）、提取时间2.63 h，在该条件下，挥发油含量为3.12%，鸡矢藤挥发油提取稳定、可靠。

关键词鸡矢藤；挥发油；响应面法；提取工艺优化

中图分类号 R284.2 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2023）10-0149-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.10.033

Abstract Paederia scandens was used as the raw material， on the basis of singlefactor experiment， the BoxBenhnken response surface method was used to establish a mathematical regression model using the volatile oil content of Paederia scandens as the response value， and to analyze and optimize the extraction process of Paederia scandens volatile oil.The results showed that the optimal extraction process parameter for volatile oil from Paederia scandens was particle size 429 μm，solidliquid ratio 1∶9.3（g∶mL）， extraction time 2.63 hours，under this condition， the volatile oil content was 3.12%. The extraction of volatile oil from Paederia scandens was stable and reliable.

Key words Paederia scandens;Volatile oil;Response surface method;Extraction process optimization

鸡矢藤为我国常用的民间传统中草药，药用历史悠久，又称鸡屎藤、臭藤、狗屁藤等，始载于《本草纲目拾遗》。清代赵学敏谓“搓其叶嗅之，有臭气，故名为臭藤”［1］。鸡矢藤的诸“臭”、诸“屎”之名皆来源于其具有的臭气。鸡矢藤为茜草科草本植物，其根、茎、叶及果实均可入药［2］，性味为味甘、微苦，性平，具有祛风利湿、消食化积、止咳、止痛等功能，用于风湿痹痛、消化不良、小儿疳积等，是我国苗族、傣族、壮族、土家族、黎族等民族的民间习用药。现代药理研究表明，鸡矢藤主要化学成分有苷类、黄酮类、挥发油等［3］，主要的药理作用有抗炎、镇痛及抗肿瘤等［4］，临床常用于治疗癌症疼痛、糖尿病及胃肠疾病等［5］。挥发油为鸡矢藤药材中主要的药效成分之一，具有多种药理活性。整理收集文献发现，鸡矢藤挥发油的研究主要集中在挥发油成分的GC-MS分析及抗菌抗病毒活性等药理作用研究［6-8］，而关于鸡矢藤挥发油提取工艺则鲜见系统性报道。该研究以鸡矢藤药材为原料，参照《中华人民共和国药典》（以下简称《药典》）2020年版（四部）通则2024挥发油测定法（甲法）提取其挥发油组分，通过单因素试验考察提取工艺参数，利用响应面设计法对鸡矢藤挥发油的提取工艺进行优化，以期为鸡矢藤药材挥发油的提取提供数据支持，也为鸡矢藤资源的合理开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试鸡矢藤药材购于亳州中药材市场，经陕西步长制药有限公司马存德主任药师鉴定为茜草科植物鸡矢藤［Paederia scandens （Lour.） Merr.］。

1.2 仪器

98-I-C数显控温电热套（天津市泰斯特仪器有限公司）；5、10、24、35、100目标准检验筛（绍兴市上虞华丰五金仪器有限公司）；高速多功能粉碎机（上海市天祺盛世科技有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 鸡矢藤挥发油提取。按照《中国药典》2020年版（四部）通则中挥发油测定法（甲法），计算供试品的挥发油含量。

1.3.2 工艺参数的筛选及优化。

以提取的挥发油含量作为评价指标，考察粒径、料液比、浸泡时间、提取时间4个单因素对鸡矢藤挥发油含量的影响。最后根据单因素试验结果，选取3个影响因素，设置3个水平，采用Design Expert 11软件中的Box-Benhnken响应面设计方法，以雞矢藤挥发油含量为评价指标，建立数学回归模型，考察3个影响因素之间的交互对挥发油含量的影响，对现行的鸡矢藤挥发油提取工艺进行优化。

1.3.3 验证试验。验证试验的目的是为确定最终优化的工艺的稳定性及可操作性，经过响应面试验的优化后，考虑到试验误差和实际生产有差异，按照最终确定的提取工艺，重复进行试验3次，对最佳的提取工艺进行验证。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 粒径对鸡矢藤挥发油含量的影响。分别称取不同粒径（4 000、2 000、850、500、150 μm）的鸡矢藤样品5.000 g，按照挥发油提取条件［料液比1∶8（g∶mL）、浸泡时间1 h、提取时间2 h］，进行鸡矢藤挥发油的提取工艺试验，考察粒径对鸡矢藤挥发油含量的影响，结果见图1。从图1可以看出，随着粒径的减小，鸡矢藤挥发油含量先急剧增加后缓慢下降，在粒径为500 μm时，鸡矢藤挥发油含量最高，为3.02%。

2.1.2 料液比对鸡矢藤挥发油含量的影响。

按照鸡矢藤挥发油提取条件（粒径500 μm、浸泡时间1 h、提取时间2 h），同时固定加水量为200 mL，依次称定相应的鸡矢藤样品适量，考察料液比对鸡矢藤挥发油含量的影响，结果见图2。从图2可以看出，随着料液比的降低，鸡矢藤挥发油含量大体呈现出先增加后下降的趋势，在料液比为1∶8时，鸡矢藤挥发油含量最高，为3.12%。

2.1.3 浸泡时间对鸡矢藤挥发油含量的影响。

分别称定过35目筛的鸡矢藤样品5.000 g（粒径500 μm），按照鸡矢藤挥发油提取条件（料液比1∶8、提取时间2 h），考察浸泡时间对鸡矢藤挥发油含量的影响，结果见图3。从图3可以看出，随着浸泡时间的延长，鸡矢藤挥发油含量变化不大，在浸泡时间1 h时，鸡矢藤挥发油含量最高，为3.07%，较浸泡时间0 h时提高3.02%。

2.1.4 提取时间对鸡矢藤挥发油含量的影响。

分别称定过35目筛的鸡矢藤样品5.000 g，按照鸡矢藤挥发油提取条件（料液比1∶8、浸泡时间1 h），考察提取时间对鸡矢藤挥发油含量的影响，结果见图4。从图4可以看出，隨着提取时间的延长，鸡矢藤挥发油含量呈现先增加后下降的趋势，在提取时间为2.5 h时，鸡矢藤挥发油含量最高，为3.09%。

2.2 响应面法优化挥发油提取工艺基于鸡矢藤挥发油提取的单因素试验结果，结合实际生产条件与成本，筛选出粒径（A）、料液比（B）、提取时间（C）3个因素，采用Box-Benhnken响应面设计3因素3水平试验方案，试验因素与水平见表1。

通过Box-Benhnken响应面试验对鸡矢藤挥发油含量建立数学模型，优化提取工艺参数，共15个试验点，对15组试验点分别进行试验，并计算鸡矢藤挥发油含量，试验设计与结果见表2。

运用Design Expert 11软件对表2中的数据进行二次多元回归拟合，得到鸡矢藤挥发油含量（Y）与各因素之间的回归方程Y=3.01+0.152 5A+0.078 7B+0.156 3C-0.030 0AB+0.095 0AC+0.007 5BC-0.284 6A2-0.272 1B2-0.197 1C2。由方程可知，各因素对鸡矢藤挥发油含量的影响从大到小依次为C>A>B，即料液比对鸡矢藤挥发油含量的影响最大，其次是粒径，提取时间的影响最小。对上述回归模型进行方差分析，结果见表3。

从表3可以看出，该数学模型中的P值<0.05，说明该响应面回归模型显著，且模型失拟项P>0.05不显著，说明方程对试验拟合较好。模型中A、C、A2、B2、C2项具有显著性，对各因素绘制曲面图和等高线图，反映各因素对响应值的影响以及最优条件下各因素的取值结果，详见图5。

根据Box-Benhnken响应面优化设计试验结果和拟合的回归方程，采用Design Expert 11软件拟合后得到最优挥发油提取工艺参数：粒径429 μm、料液比1∶9.3（g∶mL）、提取时间2.63 h，在此条件下得到的挥发油含量为3.05%。

2.3 工艺验证为验证响应面法所得结果的可操作性，确定该工艺的优劣和稳定性，精密称定鸡矢藤样品5.000 g，按照上述得到的最优提取工艺参数（粒径429 μm、料液比1∶9.3、提取时间2.63 h），重复试验3次，分别计算挥发油含量，平均值为3.12%（RSD=2.98%，n=3）。

3 结论与讨论

鸡矢藤属于药食两用植物［9］，并且关于鸡矢藤人工繁殖和栽培方面的报道少，说明目前对于鸡矢藤的利用主要依赖于野生资源，长此以往，对野生资源的破坏严重。因此，要合理利用有限的资源。

近年来，有关鸡矢藤挥发油提取工艺的研究报道不多，主要集中在挥发油成分、化学成分以及挥发油抗菌活性评价等方面，何开家等［10］采用水蒸气蒸馏法提取鸡矢藤挥发油；林雪容等［11］采用微波辅助提取鸡屎藤茎挥发油，运用正交试验分析，考察了微波功率、辐射时间等影响提取率的几个主要因素，最终确定最佳提取工艺，挥发油提取率达1.51%；上述2种方法操作复杂、提取时间过长，不便于工业化生产。

该研究通过参考2020年版《中国药典》挥发油测定法，利用响应面设计法对鸡矢藤挥发油的提取工艺进行优化，规范提取技术路线，得到一种方法简便、易操作、重现性好的最佳提取工艺，以期为鸡矢藤挥发油的提取提供数据支持，也为鸡矢藤药材资源的合理开发利用提供参考依据。

参考文献

［1］高天元，马羚，蒋桂华.鸡矢藤的药用情况考证［J］.中国药房，2020，31（1）：67-74.

［2］王星星，王重娟，李仲昆.鸡矢藤的化学成分及药理活性研究进展［J］.世界中医药，2021，16（5）：826-830.

［3］胡明勋，马逾英，蒋运斌，等.鸡矢藤的研究进展［J］.中国药房，2017，28（16）：2277-2280.

［4］陈宇峰．鸡屎藤（Paederia scandens）活性物质和镇痛药理活性研究［D］.上海：第二军医大学，2009.

［5］王珺. 鸡屎藤化学成分及其抗菌活性研究［D］.西安：陕西科技大学，2015.

［6］余爱农，龚发俊，刘定书.鸡屎藤鲜品挥发油化学成分的研究［J］.湖北民族学院学报（自然科学版），2003，21（1）：41-43.

［7］任竹君，赵鸿宾，姜艳萍，等.鸡屎藤挥发油化学成分分析［J］.黔南民族医专学报，2011，24（3）：168-170.

［8］马养民，毛远，傅建熙.鸡屎藤挥发油化学成分的研究［J］.西北植物学报，2000，20（1）：145-148.

［9］李晓斌，曾冬琴，陆文，等. 药食两用植物鸡屎藤扦插育苗技术研究［J］. 热带林业，2018，46（1）：12-14.

［10］何开家，刘布鸣，董晓敏，等.广西鸡屎藤挥发油化学成分GC-MS-DS分析研究［J］.广西科学，2010，17（2）：138-140.