响应面法优化盘龙参多酚微波辅助提取工艺＊

吴道宏，欧阳玉祝，唐坤海

（吉首大学化学化工学院，湖南 吉首 416000）

响应面法优化盘龙参多酚微波辅助提取工艺＊

吴道宏，欧阳玉祝，唐坤海

（吉首大学化学化工学院，湖南 吉首 416000）

采用微波辅助提取法考察了乙醇质量分数、微波功率、微波作用时间、质量体积比以及温度对盘龙参多酚提取率的影响.用响应曲面法优化盘龙参多酚的提取工艺，并对优化结果进行方差分析.结果表明，以47%乙醇溶液为提取剂，在48℃下微波提取84min，多酚提取率达0.551%.

响应面法；盘龙参多酚；微波辅助提取

盘龙参为兰科绶草属植物绶草，别名天龙抱柱、猪牙参、盘龙草［1］，广泛分布在全国各地［2］，最早记载在《滇南本草》中做为药材使用［3］，也被藏医、蒙医广泛利用［4］.盘龙参主要含二氢菲类［5］、黄酮类［6］、苯丙素类化合物［7-8］.植物多酚是具有酚羟基结构的酚类化合物，具有良好的抗氧化活性和自由基清除能力［9］，广泛用于食品、化妆品和医药领域.苹果多酚可防止大肠杆菌和金黄色葡萄球菌引起的食物中毒［10］；儿茶素能够有效抑制流感病毒［11］；茶多酚能抑制流感病毒［12］、腺病毒［13］、HIV［14］等病毒.微波萃取效率高、能耗小、符合环境保护要求［15］，在药物活性成分提取上有广泛应用［16］.用微波辅助法提取盘龙参多酚，用响应曲面法优化提取工艺条件，研究结果能为新型天然抗氧剂的研制和抗癌药物的开发提供依据.

1 材料与方法

1.1 实验材料

盘龙参（购于河北省安国市东方红药材公司，低温真空干燥后粉碎至50目备用）；没食子酸标准品（天津科密欧化学试剂有限公司）；Folin－Ciocalteu试剂（自制）；其他试剂均为国产分析纯.

1.2 仪器与设备

UV－2450紫外分光光度计（日本岛津公司）；FA2104N分析天平（上海民桥精密科学仪器有限公司）；NJL07－3实验用微波炉（南京杰全微波设备有限公司）；HH－S电热恒温水浴锅（郑州长城仪器厂）.

1.3 实验方法

1.3.1 没食子酸标准曲线 按照Folin－Ciocalteu法制作多酚含量测定标准曲线［17］.以没食子酸溶液质量浓度（μg／mL）为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线，得到回归方程：Y＝0.133 9x＋0.045 7，R2＝0.998 3.没食子酸标准溶液质量浓度在0～5.0μg／mL范围内与吸光度线性关系良好.

1.3.2 盘龙参多酚微波辅助提取方法 称取2g盘龙参药材粉末6份分别置于已编号的250mL锥型瓶中，分别以不同的乙醇质量分数、微波功率、微波处理时间、质量体积比、温度进行微波辅助提取实验，趁热过滤提取溶液并定容至100mL.移取5mL溶液采用Folin－Ciocalteu法测定吸光值A，依据回归方程计算溶液多酚质量浓度C，按计算多酚提取率，其中X是多酚提取率（%），C是溶液多酚质量浓度（mg／mL），V 是溶液体积（mL），n是稀释倍数，M1是药材干重（g）.

1.3.3 响应面法优化盘龙参多酚提取工艺 根据1.3.2节的方法，采用响应面法在单因素实验的基础上进行CCD设计实验并对结果进行方差分析.建立多酚提取率与实验因素间关系的方程模型，对因素间交互作用进行分析.

2 结果与讨论

2.1 微波辅助提取单因素实验

2.1.1 乙醇质量浓度对盘龙参多酚提取率的影响 称取2g盘龙参药材粉末6份，按照1.3.2节以不同乙醇质量分数进行单因素提取实验，计算多酚提取率.乙醇质量分数对盘龙参多酚提取率的影响如图1所示.图1结果表明，随着乙醇溶液质量分数的增加，盘龙参多酚的提取率先升高后降低，这是因为乙醇溶液可以破坏与多酚相连的氢键，促进酚类物质的溶出，但高浓度乙醇进入植物细胞内的难度大，导致多酚提取率减小.因此，乙醇质量分数选用50%左右较好.

2.1.2 微波功率对盘龙参多酚提取率的影响 称取2g盘龙参药材粉末6份，按照1.3.2节以不同微波功率进行单因素提取实验，计算多酚提取率.微波功率对盘龙参多酚提取率的影响如图2所示.图2结果表明，随着微波提取功率的增加，盘龙参多酚的提取率先升高后缓慢降低，这可能是因为药材原料接受微波能量温度升高从而加剧多酚氧化分解.因此，提取功率应以300W左右为最佳.

图1 乙醇质量分数对盘龙参多酚提取率的影响

图2 微波功率对盘龙参多酚提取率的影响

2.1.3 微波作用时间对盘龙参多酚提取率的影响 称取2g盘龙参药材粉末6份，按照1.3.2节以不同微波作用时间进行单因素提取实验，计算多酚提取率.微波作用时间对盘龙参多酚提取率的影响如图3所示.图3结果表明，随着微波作用时间的延长，多酚提取率逐渐增加，继续延长提取时间，多酚提取率开始下降.这是因为时间过长会促进酚类物质与空气中的氧气接触而氧化.因此，微波提取时间以75min左右为宜.

2.1.4 质量体积比对盘龙参多酚提取率的影响 称取2g盘龙参药材粉末6份按照1.3.2节以不同质量体积比进行单因素提取实验，计算多酚提取率.质量体积比对盘龙参多酚提取率的影响如图4所示.图4结果表明，开始阶段盘龙参多酚提取率逐渐增加，这是因为溶剂比例增大有利于药材细胞中多酚物质充分与溶剂接触并向外扩散，有利多酚的溶出；随着溶剂比例进一步加大，多酚提取率增加缓慢，因为这时溶剂与药材已充分接触，再增加溶剂提取率也不会有大的变化.从经济角度考虑，质量体积比以1∶25左右为宜.

图3 微波作用时间对盘龙参多酚提取率的影响

图4 质量体积比对盘龙参多酚提取率的影响

图5 温度对盘龙参多酚提取率的影响

2.1.5 温度对盘龙参多酚提取率的影响 称取2g盘龙参药材粉末6份按照1.3.2节以不同温度进行单因素提取实验，计算多酚提取率.温度对盘龙参多酚提取率的影响如图5所示.图5结果表明，随着提取温度上升，多酚提取率逐渐提高，这是因为高温加剧溶剂分子运动，溶剂更易与细胞中多酚类物质接触，从而提高提取率；继续提高温度，多酚提取率反而降低，这是因为温度过高容易造成多酚氧化.因此，选择45℃左右提取为好.

2.2 响应面法优化盘龙参多酚提取工艺

根据2.1节单因素实验选取乙醇质量分数（因素A）、微波处理时间（因素B）、温度（因素C）3个对多酚提取率影响较大的因素.采用Design Expert8.06软件进行3因素4水平的CCD设计.中心点实验重复6次，共计20个实验点.实验因素与水平见表1，实验设计及结果见表2.

表1 微波辅助提取盘龙参多酚因素水平

表2 微波辅助提取盘龙参多酚响应面分析实验结果

续表

运用Design－Expert 8.06软件进行回归分析，结果如表3所示.以多酚提取率为响应值，各实验因素对响应值影响的回归方程去除不显著项AB后优化为：盘龙参多酚提取率（%）＝＋0.54＋0.008 208A＋0.004 586B＋0.006 690C＋0.010AC＋0.005 625BC－0.013A2－0.014B2－0.020C2，相关系数R2＝0.997 4.方程模型P＜0.000 1，达到极显著水平，回归方程在其试验点上与实验结果拟合非常好.方程失拟检验不显著（P＝0.056 5＞0.05），回归方程在整个回归区域拟合情况良好，该方程可用来预测盘龙参多酚提取率.诸因素对多酚提取率的影响均非常显著（P＜0.000 1），对响应值的影响顺序为乙醇质量分数＞温度＞微波处理时间.对建立的数学模型进行参数优化，得到多酚最高提取率条件：乙醇溶液质量分数47%，提取时间84min，温度48℃，多酚提取率预测值为0.551%.采用该模型最优化方案进行实验，测得盘龙参多酚提取率为0.541%±0.005%，在显著性水平P＜0.05条件下预测值与实验值无显著差异.

表3 微波辅助提取盘龙参多酚响应曲面方差分析

2.3 微波辅助提取盘龙参多酚因素间的交互作用

固定微波萃取温度47.5℃，微波处理时间与乙醇质量分数对盘龙参多酚提取率的交互作用如图6所示.图6结果表明，随着提取时间的延长和乙醇质量分数的提高，多酚提取率先增加后减小.乙醇质量分数对多酚提取率的影响稍大于时间.

固定微波萃取时间82.5min，乙醇质量分数与温度对盘龙参多酚提取率的交互作用如图7所示.图7结果表明，盘龙参多酚提取率在一定范围内随着提取温度的上升和乙醇质量分数的提高而逐渐增大，但温度和乙醇质量分数超过一定范围后，多酚的提取率呈现逐渐下降的趋势.乙醇质量分数对多酚提取率的影响稍小于温度.

图6 时间与乙醇质量分数对多酚提取率的交互影响

固定乙醇质量分数45%，时间与温度对盘龙参多酚提取率的交互作用如图8所示.图8结果表明，随着微波萃取温度的升高和时间的延长，多酚提取率逐渐增加而后减少.温度对多酚提取率的影响稍大于时间.

图7 乙醇质量分数与温度对多酚提取率的交互影响

图8 时间与温度对多酚提取率的交互影响

3 结语

通过微波辅助提取盘龙参多酚单因素实验以及响应面分析，可知乙醇质量分数、微波作用时间、温度均对多酚的提取率影响非常显著.响应面分析数学模型经优化调整为：多酚提取率（%）＝＋0.54＋0.008 208A＋0.004 586B＋0.006 690C＋0.010AC＋0.005 625BC－0.013A2－0.014B2－0.020C2，相关系数R2＝0.997 4.根据模型进行参数优化，盘龙参多酚最高提取率的条件为：乙醇质量分数为47%，微波作用时间84min，温度48℃.在此优化工艺下盘龙参多酚提取率预测值为0.551%.采用该模型最优化方案进行实验，测得盘龙参多酚提取率为0.541%±0.005%，预测值与实验值无显著差异.多酚提取率与各因素间方程模型回归极显著，有一定应用价值.

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（责任编辑 易必武）

Optimized Spiranthes Lancea Polyphenols Extraction Process with Microwave Assisted by Response Surface Analysis Methods

WU Dao－hong，OUYANG Yu－zhu，TANG Kun－hai
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Jishou University，Jishou 416000，Hunan China）

The authors investigated the effect of ethanol solution concentration，microwave power，microwave irradiation time，ratio of material to solvent，and temperature on Spiranthes lancea polyphenols extraction ratio applying microwave assisted method.Spiranthes lancea polyphenols extraction process was optimized by response surface analysis methods and the experimental results was analyzed on the basis of varaiance analysis.Results showed that with ethanol concentration at 47%，temperature under 48℃，Spiranthes lancea polyphenols extraction ratio reached 0.551%in 84minutes.

response surface method；Spiranthes lancea polyphenols；microwave assisted extraction

TQ282；TQ464.2

B

10.3969／j.issn.1007－2985.2012.03.019

1007－2985（2012）03－0081－05

2012－03－16

湖南省科技厅科技计划项目（2008FJ3077）；植物资源保护与利用湖南省高校重点实验室开放基金项目（JSK201001）

吴道宏（1979－），男，陕西商洛人，吉首大学化学化工学院讲师，主要从事分析化学研究

欧阳玉祝（1956－），男，吉首大学化学化工学院教授，硕士生导师，主要从事天然产物开发利用及精细化工研究；E－mail：ouyang1227＠126.com.