响应面法优化穿山龙中薯蓣皂苷的超声提取工艺

崔建强,安晓玲,宇文亚焕,赵梅梅,唐 静

(陕西国际商贸学院,陕西 西安 712046)

穿山龙为薯蓣科薯蓣属植物穿龙薯蓣的根茎。薯蓣皂苷具有治疗风湿性关节炎与慢性支气管炎、抗肿瘤、抗艾滋病、镇痛消炎等作用,是心血管药物的主要药源,也是合成激素类药物的主要原料之一[1-6]。作者采用超声法提取穿山龙中薯蓣皂苷,在单因素实验的基础上,采用响应面法优化提取工艺,以期为穿山龙的药用价值研究提供技术支撑。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

穿山龙,市售。

薯蓣皂苷标准品,上海源叶生物科技有限公司;无水乙醇、石油醚(沸点60～90 ℃),天津河东区红岩试剂厂。

DEPU-200UE型多用途恒温超声波提取仪,无锡德谱仪器制造有限公司;循环水式多用真空泵,巩义予华仪器有限责任公司;RE-52型旋转蒸发器,上海亚荣生化仪器厂;GY-753型粉碎机,天津泰斯特仪器有限公司;TGL-15B型离心机,上海安亭科学仪器厂;紫外分光光度计,天津精密科学仪器有限公司。

1.2 穿山龙前处理

将穿山龙用水洗净,自然风干后用粉碎机将其粉碎完全,加入石油醚脱脂2次,抽滤,滤渣干燥,得穿山龙粉末,备用。

1.3 薯蓣皂苷提取

取适量穿山龙粉末,以乙醇为提取溶剂,在一定功率下超声提取一定时间;抽滤,滤液置于圆底烧瓶中,旋蒸制成浸膏;加入一定量的无水乙醇,使其充分溶解,离心,上清液定容到容量瓶中;稀释成不同浓度待测溶液,测定吸光度,依据标准曲线方程A=18.409c+0.0003(c为薯蓣皂苷浓度,mg·mL-1;A为吸光度)计算薯蓣皂苷浓度,按下式计算薯蓣皂苷提取率(Y):

式中:V为待测溶液的体积,mL;n为稀释倍数;m为穿山龙样品质量,g。

1.4 提取工艺优化

在乙醇用量为300 mL的条件下,采用单因素实验,分别考察乙醇体积分数(50%、60%、70%、80%、90%)、液固比(5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1,mL∶g,下同)、超声时间(20 min、30 min、40 min、50 min、60 min)、超声功率(360 W、540 W、720 W、900 W、1 080 W)对薯蓣皂苷提取率的影响。

在单因素实验的基础上,选取对薯蓣皂苷提取率影响显著的因素作为自变量,以提取率作为因变量,通过Box-Behnken设计3因素3水平响应面实验,进一步优化薯蓣皂苷超声提取工艺[7-9]。

2 结果与讨论

2.1 单因素实验结果(图1)

图1 单因素实验结果

由图1可知,随着乙醇体积分数的增加、液固比的增大、超声时间的延长、超声功率的增大,薯蓣皂苷提取率均呈先升高后降低的趋势,其中乙醇体积分数、液固比、超声时间对提取率的影响较大,超声功率的影响较小;在乙醇体积分数、液固比、超声时间、超声功率分别为70%、20∶1、40 min、540 W时,提取率达到最高。由于超声功率对提取率的影响不大,考虑到高效、节能等因素,确定最佳超声功率为540 W。将70%、20∶1、40 min分别作为响应面实验乙醇体积分数、液固比、超声时间的中心值,进一步优化薯蓣皂苷的超声提取工艺。

2.2 响应面实验结果

2.2.1 实验设计与回归模型

在单因素实验的基础上,选取对薯蓣皂苷提取率影响显著的乙醇体积分数(A)、液固比(B)、超声时间(C)作为自变量,以提取率作为因变量,通过Box-Behnken设计3因素3水平响应面实验优化薯蓣皂苷超声提取工艺。响应面实验设计与结果见表1。

表1 响应面实验设计与结果

使用Design-Expert 8.0.6软件对表1数据进行多元回归拟合分析,得到薯蓣皂苷提取率的线性回归模型方程:Y=5.25-0.13A-0.090B-0.16C-0.075AB+0.010AC-0.100BC-0.69A2-0.51B2-0.91C2。

2.2.2 方差分析

用相关软件对数据进行方差分析,并验证回归模型方程的显著性,结果见表2。

表2 方差分析

2.2.3 响应面分析

各因素交互作用对薯蓣皂苷提取率影响的响应面和等高线图如图2所示。

图2 各因素交互作用对薯蓣皂苷提取率影响的响应面图和等高线图

由图2a可知,液固比呈现出的响应曲面坡度比乙醇体积分数的平缓,说明乙醇体积分数对薯蓣皂苷提取率的影响大于液固比;乙醇体积分数与液固比的交互作用对提取率影响的等高线近似圆形,说明乙醇体积分数与液固比的交互作用对提取率的影响较小;最佳乙醇体积分数为69.02%,最佳液固比为19.64∶1。

由图2b可知,超声时间呈现出的响应曲面坡度陡峭,乙醇体积分数的稍微平缓,说明超声时间对薯蓣皂苷提取率的影响大于乙醇体积分数;乙醇体积分数与超声时间的交互作用对提取率影响的等高线近似椭圆形,说明乙醇体积分数与超声时间的交互作用对提取率的影响较大;最佳乙醇体积分数为69.02%,最佳超声时间为39.12 min。

由图2c可知,超声时间呈现出的响应曲面坡度较液固比的陡峭,说明超声时间对薯蓣皂苷提取率的影响大于液固比;液固比与超声时间的交互作用对提取率影响的等高线近似椭圆形,说明液固比与超声时间的交互作用对提取率的影响较大;最佳液固比为19.64∶1,最佳超声时间为39.12 min。

综上,薯蓣皂苷的最佳超声提取工艺条件为:乙醇体积分数69.02%、液固比19.64∶1、超声时间39.12 min。为便于操作,将其修正为:乙醇体积分数70%、液固比20∶1、超声时间40 min。

2.3 验证实验

在优化的工艺条件下,即超声功率540 W、乙醇体积分数70%、液固比20∶1(mL∶g)、超声时间40 min,进行3次验证实验,薯蓣皂苷提取率平均值为5.18%,与理论值接近。表明建立的回归模型可用于薯蓣皂苷提取率的预测和分析。

3 结论

在单因素实验的基础上,采用响应面法优化了穿山龙中薯蓣皂苷的超声提取工艺。在超声功率为540 W、乙醇体积分数为70%、液固比为20∶1(mL∶g)、超声时间为40 min的最佳条件下,薯蓣皂苷提取率达到5.18%。