響應(yīng)面法優(yōu)化穿山龍中薯蕷皂苷的超聲提取工藝

崔建強(qiáng),安曉玲,宇文亞煥,趙梅梅,唐 靜

(陜西國際商貿(mào)學(xué)院,陜西 西安 712046)

穿山龍為薯蕷科薯蕷屬植物穿龍薯蕷的根莖。薯蕷皂苷具有治療風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎與慢性支氣管炎、抗腫瘤、抗艾滋病、鎮(zhèn)痛消炎等作用,是心血管藥物的主要藥源,也是合成激素類藥物的主要原料之一[1-6]。作者采用超聲法提取穿山龍中薯蕷皂苷,在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用響應(yīng)面法優(yōu)化提取工藝,以期為穿山龍的藥用價(jià)值研究提供技術(shù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑與儀器

穿山龍,市售。

薯蕷皂苷標(biāo)準(zhǔn)品,上海源葉生物科技有限公司;無水乙醇、石油醚(沸點(diǎn)60～90 ℃),天津河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠。

DEPU-200UE型多用途恒溫超聲波提取儀,無錫德譜儀器制造有限公司;循環(huán)水式多用真空泵,鞏義予華儀器有限責(zé)任公司;RE-52型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器,上海亞榮生化儀器廠;GY-753型粉碎機(jī),天津泰斯特儀器有限公司;TGL-15B型離心機(jī),上海安亭科學(xué)儀器廠;紫外分光光度計(jì),天津精密科學(xué)儀器有限公司。

1.2 穿山龍前處理

將穿山龍用水洗凈,自然風(fēng)干后用粉碎機(jī)將其粉碎完全,加入石油醚脫脂2次,抽濾,濾渣干燥,得穿山龍粉末,備用。

1.3 薯蕷皂苷提取

取適量穿山龍粉末,以乙醇為提取溶劑,在一定功率下超聲提取一定時(shí)間;抽濾,濾液置于圓底燒瓶中,旋蒸制成浸膏;加入一定量的無水乙醇,使其充分溶解,離心,上清液定容到容量瓶中;稀釋成不同濃度待測溶液,測定吸光度,依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線方程A=18.409c+0.0003(c為薯蕷皂苷濃度,mg·mL-1;A為吸光度)計(jì)算薯蕷皂苷濃度,按下式計(jì)算薯蕷皂苷提取率(Y):

式中:V為待測溶液的體積,mL;n為稀釋倍數(shù);m為穿山龍樣品質(zhì)量,g。

1.4 提取工藝優(yōu)化

在乙醇用量為300 mL的條件下,采用單因素實(shí)驗(yàn),分別考察乙醇體積分?jǐn)?shù)(50%、60%、70%、80%、90%)、液固比(5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1,mL∶g,下同)、超聲時(shí)間(20 min、30 min、40 min、50 min、60 min)、超聲功率(360 W、540 W、720 W、900 W、1 080 W)對(duì)薯蕷皂苷提取率的影響。

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選取對(duì)薯蕷皂苷提取率影響顯著的因素作為自變量,以提取率作為因變量,通過Box-Behnken設(shè)計(jì)3因素3水平響應(yīng)面實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步優(yōu)化薯蕷皂苷超聲提取工藝[7-9]。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖1)

圖1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖1可知,隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加、液固比的增大、超聲時(shí)間的延長、超聲功率的增大,薯蕷皂苷提取率均呈先升高后降低的趨勢,其中乙醇體積分?jǐn)?shù)、液固比、超聲時(shí)間對(duì)提取率的影響較大,超聲功率的影響較小;在乙醇體積分?jǐn)?shù)、液固比、超聲時(shí)間、超聲功率分別為70%、20∶1、40 min、540 W時(shí),提取率達(dá)到最高。由于超聲功率對(duì)提取率的影響不大,考慮到高效、節(jié)能等因素,確定最佳超聲功率為540 W。將70%、20∶1、40 min分別作為響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)乙醇體積分?jǐn)?shù)、液固比、超聲時(shí)間的中心值,進(jìn)一步優(yōu)化薯蕷皂苷的超聲提取工藝。

2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與回歸模型

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選取對(duì)薯蕷皂苷提取率影響顯著的乙醇體積分?jǐn)?shù)(A)、液固比(B)、超聲時(shí)間(C)作為自變量,以提取率作為因變量,通過Box-Behnken設(shè)計(jì)3因素3水平響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化薯蕷皂苷超聲提取工藝。響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見表1。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

使用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)表1數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合分析,得到薯蕷皂苷提取率的線性回歸模型方程: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

用相關(guān)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析,并驗(yàn)證回歸模型方程的顯著性,結(jié)果見表2。

表2 方差分析

2.2.3 響應(yīng)面分析

各因素交互作用對(duì)薯蕷皂苷提取率影響的響應(yīng)面和等高線圖如圖2所示。

圖2 各因素交互作用對(duì)薯蕷皂苷提取率影響的響應(yīng)面圖和等高線圖

由圖2a可知,液固比呈現(xiàn)出的響應(yīng)曲面坡度比乙醇體積分?jǐn)?shù)的平緩,說明乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)薯蕷皂苷提取率的影響大于液固比;乙醇體積分?jǐn)?shù)與液固比的交互作用對(duì)提取率影響的等高線近似圓形,說明乙醇體積分?jǐn)?shù)與液固比的交互作用對(duì)提取率的影響較小;最佳乙醇體積分?jǐn)?shù)為69.02%,最佳液固比為19.64∶1。

由圖2b可知,超聲時(shí)間呈現(xiàn)出的響應(yīng)曲面坡度陡峭,乙醇體積分?jǐn)?shù)的稍微平緩,說明超聲時(shí)間對(duì)薯蕷皂苷提取率的影響大于乙醇體積分?jǐn)?shù);乙醇體積分?jǐn)?shù)與超聲時(shí)間的交互作用對(duì)提取率影響的等高線近似橢圓形,說明乙醇體積分?jǐn)?shù)與超聲時(shí)間的交互作用對(duì)提取率的影響較大;最佳乙醇體積分?jǐn)?shù)為69.02%,最佳超聲時(shí)間為39.12 min。

由圖2c可知,超聲時(shí)間呈現(xiàn)出的響應(yīng)曲面坡度較液固比的陡峭,說明超聲時(shí)間對(duì)薯蕷皂苷提取率的影響大于液固比;液固比與超聲時(shí)間的交互作用對(duì)提取率影響的等高線近似橢圓形,說明液固比與超聲時(shí)間的交互作用對(duì)提取率的影響較大;最佳液固比為19.64∶1,最佳超聲時(shí)間為39.12 min。

綜上,薯蕷皂苷的最佳超聲提取工藝條件為:乙醇體積分?jǐn)?shù)69.02%、液固比19.64∶1、超聲時(shí)間39.12 min。為便于操作,將其修正為:乙醇體積分?jǐn)?shù)70%、液固比20∶1、超聲時(shí)間40 min。

2.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

在優(yōu)化的工藝條件下,即超聲功率540 W、乙醇體積分?jǐn)?shù)70%、液固比20∶1(mL∶g)、超聲時(shí)間40 min,進(jìn)行3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),薯蕷皂苷提取率平均值為5.18%,與理論值接近。表明建立的回歸模型可用于薯蕷皂苷提取率的預(yù)測和分析。

3 結(jié)論

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用響應(yīng)面法優(yōu)化了穿山龍中薯蕷皂苷的超聲提取工藝。在超聲功率為540 W、乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%、液固比為20∶1(mL∶g)、超聲時(shí)間為40 min的最佳條件下,薯蕷皂苷提取率達(dá)到5.18%。