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      響應(yīng)曲面法優(yōu)化野菊花中總黃酮的超聲提取工藝

      2017-11-29 04:58:59崔建強賴普輝
      化學(xué)與生物工程 2017年11期
      關(guān)鍵詞:等高線圖野菊花液料

      崔建強,賴普輝

      (陜西國際商貿(mào)學(xué)院醫(yī)藥學(xué)院,陜西 西安 710246)

      響應(yīng)曲面法優(yōu)化野菊花中總黃酮的超聲提取工藝

      崔建強,賴普輝

      (陜西國際商貿(mào)學(xué)院醫(yī)藥學(xué)院,陜西 西安 710246)

      以總黃酮得率為評價指標(biāo),采用單因素實驗和響應(yīng)曲面法實驗優(yōu)化野菊花中總黃酮超聲提取工藝。確定最佳提取工藝為:乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、超聲提取時間40 min、液料比15∶1(mL∶g)、超聲提取溫度50 ℃、超聲功率1 080 W,在此條件下,總黃酮得率可達0.881%。該提取工藝設(shè)計合理,為進一步研究野菊花中總黃酮的應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。

      總黃酮;超聲波;響應(yīng)曲面法

      野菊花(Chrysanthemumindicum)是菊科植物野菊花的干燥頭狀花序,在我國分布廣泛[1]。其內(nèi)含有大量的黃酮類化合物,黃酮類化合物具有多種藥理活性,如清除自由基、抗氧化、抗突變、抗腫瘤、抗菌、抗病毒、調(diào)節(jié)免疫、防治血管硬化、降血糖等功能[2-3]。超聲提取工藝是一種新型提取方法,具有能耗低、效率高、不破壞有效成分等特點[4]。作者在單因素實驗的基礎(chǔ)上,以總黃酮得率為評價指標(biāo),通過響應(yīng)曲面法優(yōu)化野菊花中總黃酮的超聲提取工藝,擬為研究野菊花中總黃酮的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

      1 實驗

      1.1材料、試劑與儀器

      野菊花,購于西安萬壽路中藥材市場。

      蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品、無水乙醇,分析純,國藥集團化學(xué)試劑有限公司;石油醚,分析純,天津科密歐化學(xué)試劑有限公司;蒸餾水,自制;5%亞硝酸鈉溶液、10%硝酸鋁溶液、4%氫氧化鈉溶液,分析純,上海友思生物技術(shù)公司。

      智能型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,上海瑯玕實驗設(shè)備有限公司;低溫恒溫箱、多用途恒溫超聲波提取機,無錫德譜儀器制造有限公司;RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器,上海亞榮生化儀器廠;GY-753型粉碎機,天津泰斯特儀器有限責(zé)任公司;紫外可見分光光度計,上海圣科儀器設(shè)備有限公司。

      1.2野菊花預(yù)處理

      挑選品質(zhì)優(yōu)良的野菊花在80 ℃干燥5 h,用粉碎機粉碎成細粉,過60目篩。精密稱取野菊花粉末5 g,置于100 mL圓底燒瓶中,加入50 mL石油醚于70 ℃水浴鍋中回流3 h,除去脂肪。

      1.3 總黃酮得率的測定

      1.3.1 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

      精密稱取蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品5 mg,加入甲醇溶解,定容至25 mL容量瓶中,即得到濃度為0.2 mg·mL-1的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液。

      1.3.2 檢測波長的確定

      取蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液,在400~600 nm范圍內(nèi)全波長掃描。結(jié)果發(fā)現(xiàn),蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品在510 nm處出現(xiàn)最大吸收峰。因此,以510 nm作為檢測波長[5]。

      1.3.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

      分別精密吸取蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液1 mL、2 mL、3 mL、4 mL、5 mL于25 mL容量瓶中,加蒸餾水至6 mL,加入1 mL 5%亞硝酸鈉溶液,搖勻,放置6 min;加入1 mL 10%硝酸鋁溶液,搖勻,放置6 min;加入10 mL 4%氫氧化鈉溶液,用蒸餾水定容至刻度,搖勻,放置15 min。用紫外可見分光光度計在510 nm處測吸光度。以吸光度為縱坐標(biāo)、蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。擬合線性回歸方程為y=13.209x+0.2418,R2=0.9912,線性范圍為8~40 μg·mL-1。

      1.3.4 總黃酮得率的計算

      稱取預(yù)處理過的野菊花粉末5 g,超聲提取得到一定量的浸膏。將浸膏用無水乙醇溶解定容在V1容量瓶中,稀釋一定倍數(shù),按1.3.3方法測定510 nm處吸光度,按下式計算總黃酮得率。

      式中:W0為總黃酮含量,mg·mL-1;V1為樣液總體積,mL;W為野菊花粉末質(zhì)量,g;N為稀釋倍數(shù)。

      1.4 提取工藝優(yōu)化

      1.4.1 單因素實驗

      分別稱取野菊花粉末5 g,在保持其它條件不變的情況下進行超聲提取,依次考察超聲提取時間(30 min、40 min、50 min、60 min)、超聲提取溫度(30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃)、液料比(10∶1、15∶1、20∶1、25∶1,mL∶g)、乙醇體積分?jǐn)?shù)(20%、40%、60%、80%)、超聲功率(720 W、900 W、1 080 W、1 260 W)5個因素對總黃銅得率的影響。

      1.4.2 響應(yīng)曲面法實驗

      依據(jù)單因素實驗結(jié)果,找出對總黃酮得率影響最大的4個因素,采用Box-Behnken實驗設(shè)計3個水平進行響應(yīng)曲面法實驗,根據(jù)響應(yīng)曲面構(gòu)建的三維圖確定最佳超聲提取工藝。

      2 結(jié)果與討論

      2.1 單因素實驗結(jié)果(圖1)

      圖1 單因素實驗結(jié)果Fig.1 Results of single-factor experiment

      從圖1可以看出,超聲功率(圖1c)對總黃酮得率的影響最小,當(dāng)超聲功率為1 080 W時,總黃酮得率最大。原因可能是,當(dāng)超聲功率增大時,超聲波強度會使空化閥逐漸升壓,產(chǎn)生空化作用,當(dāng)空化作用最強時提取率最佳;當(dāng)超聲功率超過空化閥升壓后,會產(chǎn)生反作用,使提取率降低。因此考慮到高效、節(jié)能,選擇1 080 W為最佳超聲功率。其它4個因素通過響應(yīng)曲面法優(yōu)化。

      2.2 響應(yīng)曲面法實驗結(jié)果

      2.2.1 實驗設(shè)計

      根據(jù)單因素實驗結(jié)果,選取乙醇體積分?jǐn)?shù)、超聲提取時間、液料比、超聲提取溫度作為自變量,以總黃酮得率為響應(yīng)值,通過Box-Behnken實驗設(shè)計,構(gòu)建三維數(shù)學(xué)模型優(yōu)化總黃酮的超聲提取工藝[6-8]。實驗的因素與水平見表1,響應(yīng)曲面法實驗結(jié)果見表2。

      表1實驗的因素與水平

      Tab.1Factors and levels of experiment

      表2響應(yīng)曲面法實驗結(jié)果

      Tab.2Results of response surface methodology experiment

      2.2.2 數(shù)學(xué)模型的建立及顯著性檢驗結(jié)果

      通過Design-Expert 8.0.6軟件對表2數(shù)據(jù)進行二次多項式的回歸方程擬合,得到回歸方程模型為:Y=0.86-0.034A+7.712×10-3B+0.021C-5.291×10-3D+0.017AB-0.015AC+0.021AD-7.500×10-4BC-0.051BD+0.021CD-0.093A2-0.12B2-0.077C2-0.12D2(R2=0.9227,Plt;0.0001)。通過采用響應(yīng)面的ANOVA來進行回歸參數(shù)分析,檢驗回歸方程模型和各項參數(shù)的顯著性,結(jié)果如表3所示。

      表3響應(yīng)面回歸模型的方差分析

      Tab.3Variance analysis of regression equation model for response surface

      注:***表示Plt;0.0001,差異極顯著;**表示Plt;0.01,差異較顯著;*表示Plt;0.05,差異顯著。

      2.2.3 交互作用的分析和優(yōu)化

      乙醇體積分?jǐn)?shù)、超聲提取時間、液料比和超聲提取溫度4個實驗參數(shù)兩兩交互作用對總黃酮得率影響的趨勢圖如圖2所示。

      從圖2a可以看出,超聲提取時間的坡面比乙醇體積分?jǐn)?shù)的坡面平緩,說明乙醇體積分?jǐn)?shù)對總黃酮得率影響較為顯著;二者等高線圖趨于圓形,說明二者交互作用對總黃酮得率無顯著影響,由等高線可以確定的最佳參數(shù)為:乙醇體積分?jǐn)?shù)60%,超聲提取時間40 min。

      從圖2b可以看出,液料比的坡面比乙醇體積分?jǐn)?shù)的坡面平緩,說明乙醇體積分?jǐn)?shù)對總黃酮得率影響較為顯著;二者等高線圖趨于圓形,說明二者交互作用對總黃酮得率無顯著影響,由等高線可以確定的最佳參數(shù)為:乙醇體積分?jǐn)?shù)60%,液料比15∶1。

      由圖2c可以看出,超聲提取溫度的坡面比乙醇體積分?jǐn)?shù)的坡面平緩,說明乙醇體積分?jǐn)?shù)對總黃酮得率影響相對較為顯著;二者等高線圖趨于橢圓形,說明二者交互作用對總黃酮得率有顯著影響,由等高線圖可以確定的最佳參數(shù)為:乙醇體積分?jǐn)?shù)60%,超聲提取溫度50 ℃。

      由圖2d可以看出,液料比的坡面比超聲提取時間的坡面陡峭,說明液料比對總黃酮得率影響相對較為顯著;二者等高線趨于圓形,說明二者交互作用對總黃酮得率無顯著影響,由等高線圖可以確定的最佳參數(shù)為:液料比15∶1,超聲提取時間40 min。

      由圖2e可以看出,超聲提取時間的坡面比超聲提取溫度的坡面陡峭,說明超聲提取時間對總黃酮得率影響相對顯著;二者等高線圖趨于橢圓形,說明二者交互作用對總黃酮得率有顯著影響,由等高線圖可以確定的最佳參數(shù)為:超聲提取溫度50 ℃,超聲提取時間40 min。

      由圖2f可以看出,液料比的坡面比超聲提取溫度的坡面陡峭,說明液料比對總黃酮得率有顯著影響;二者等高線圖趨于橢圓形,說明二者交互作用對總黃酮得率有顯著影響,由等高線圖可以確定的最佳參數(shù)為:液料比15∶1,超聲提取溫度50 ℃。

      由響應(yīng)曲面圖可得出最佳提取工藝為:乙醇體積分?jǐn)?shù)60%,超聲提取時間40 min,液料比15∶1,超聲提取溫度50 ℃。

      圖2 等高線圖和三維圖 Fig.2 The contour map and the response surface map

      2.2.4 回歸模型驗證

      從2.2.3響應(yīng)曲面的圖形可以看出有最大的響應(yīng)值,通過軟件分析,預(yù)測最佳提取工藝為:乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、超聲提取時間40 min、液料比15∶1(mL∶g)、超聲提取溫度50 ℃、超聲功率1 080 W,在此條件下,進行3次驗證實驗,總黃酮平均得率為0.881%,與預(yù)測值相符。表明該模型設(shè)計合理。

      3 結(jié)論

      通過單因素實驗和響應(yīng)曲面法實驗確定超聲提取野菊花中總黃酮的最佳工藝為:乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、超聲提取時間40 min、液料比15∶1(mL∶g)、超聲提取溫度50 ℃、超聲功率1 080 W。對該工藝參數(shù)進行了驗證,總黃酮得率為0.881%。該提取工藝設(shè)計合理,為進一步研究野菊花中總黃酮的應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。

      [1] 吳釘紅,楊立偉,蘇薇薇.野菊花化學(xué)成分及藥理作用研究進展[J].中藥材,2004,27(2):142-144.

      [2] 陳菡.野菊花總黃酮的提取及萃取精制研究[D].杭州:浙江大學(xué),2012.

      [3] 陳傳千,沈艷平,屈躍丹,等.野菊花提取物藥理作用的研究進展[J].吉林醫(yī)藥學(xué)院學(xué)報,2010,31(3):175-178.

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      [7] 宋麗,鄭明珠,王立江.響應(yīng)面法優(yōu)化長白山野菊花揮發(fā)油的提取工藝及成分分析[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2016,42(7):181-187.

      [8] 張建萍.Box-Behnken效應(yīng)面法優(yōu)化菊花提取工藝[J].中國實驗方劑學(xué)雜志,2014,20(8):36-40.

      OptimizationinUltrasonicExtractionofTotalFlavonoidsinChrysanthemumindicumbyResponseSurfaceMethodology

      CUI Jian-qiang,LAI Pu-hui

      (SchoolofMedicine,ShaanxiInstituteofInternationalTradeamp;Commerce,Xi′an710246,China)

      Using total flavonoids yield as an evaluation index,we optimized the extraction process of total flavonoids fromChrysanthemumindicumby a single-factor experiment and a response surface methodology.The optimum extraction process could be determined as follows:ethanol volume fraction of 60%,ultrasonic extraction time of 40 min,extraction temperature of 50 ℃,liquid-solid ratio of 15∶1(mL∶g),and ultrasonic power of 1 080 W.Under above conditions,the total flavonoids yield reached 0.881%.The extraction process is designed rationally,which provides a scientific basis for the further research on the application of total flavonoids fromChrysanthemumindicum.

      total flavonoids;ultrasound;response surface methodology

      陜西國際商貿(mào)學(xué)院科研項目(SMXY201715)

      2017-07-07

      崔建強(1979-),男,陜西西安人,講師,研究方向:藥物分析化學(xué),E-mail:1030287236@qq.com。

      10.3969/j.issn.1672-5425.2017.11.008

      崔建強,賴普輝.響應(yīng)曲面法優(yōu)化野菊花中總黃酮的超聲提取工藝[J].化學(xué)與生物工程,2017,34(11):30-34,48.

      TQ461

      A

      1672-5425(2017)11-0030-05

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