响应面法优化野波罗蜜根皮总黄酮的微波提取工艺

李海滨，胡晓旭，普 开，谭 伟，杨 敏，王红斌，*

（1.云南民族大学，民族药资源化学国家民委，教育部重点实验室，云南昆明650500；2.云南民族大学校医院，云南昆明650500；3.大理市农产品质量安全检测站，云南大理671000；4.云南民族大学化学与生物技术学院，云南昆明650500）

响应面法优化野波罗蜜根皮总黄酮的微波提取工艺

李海滨1，2，胡晓旭1，3，普 开1，4，谭 伟1，4，杨 敏1，4，王红斌1，4，*

（1.云南民族大学，民族药资源化学国家民委，教育部重点实验室，云南昆明650500；2.云南民族大学校医院，云南昆明650500；3.大理市农产品质量安全检测站，云南大理671000；4.云南民族大学化学与生物技术学院，云南昆明650500）

目的：运用响应面分析法优化野波罗蜜根皮总黄酮的微波提取工艺。方法：以野波罗蜜根皮为材料，采用微波提取法，提取野波罗蜜根皮总黄酮。在单因素实验的基础上，利用Box-Benhnken中心组合实验和响应面分析法，优选微波法提取野波罗蜜根皮总黄酮的工艺条件。结果：野波罗蜜根皮总黄酮的最佳提取工艺为：在60%的乙醇溶液中微波提取，液固比为52∶1mL/g，微波时间为2.2min；此条件下，野波罗蜜根皮总黄酮实际提取率为9.82%，预测值为9.80%。结论：运用响应面分析法优化得到的微波提取参数准确、可靠。

野波罗蜜根皮，总黄酮，微波提取，响应面分析

波罗蜜属（Artocarpus）是桑科植物中一个重要的属，全世界有50多种，广泛分布于东南亚的热带地区[1]。我国约有15种，分布于南方各省[2]。近几年来发现波罗蜜属植物含多类黄酮类化合物[3]，包括黄酮类、查耳酮类和二氢黄酮类等，具有抗炎、抗氧化及抗病毒等多种生物活性[4-6]，值得进一步研究和开发。

常用的黄酮类化合物的提取方法有：水提法、有机溶剂提取法[7]、微波法[8]、超声波法、酶解法、超滤法、超临界流体萃取法等[9]。其中单一使用水提或有机溶剂提取法，提取率较低；超声法与微波法相比，耗时较长，且对人体健康伤害较大；酶解法、超滤法、超临界流体萃取法等的提取成本较高，不利于大规模生产应用。综上所述，微波提取法不但能够提高黄酮类化合物的提取率，还能大大缩短提取时间，且成本较低。

本实验以波罗蜜属中的野波罗蜜根皮为研究对象，采用微波法提取野波罗蜜根皮中的总黄酮，在单因素实验的基础上，利用响应面分析法[10-12]对野波罗蜜根皮总黄酮的提取工艺条件进行了优化。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

野波罗蜜根皮 采集于云南省普洱市孟连县，经云南省植物研究所鉴定，干燥后，用粉碎机粉碎，过80目筛备用；芦丁标准品（≥95.0%） 贵州迪达科技有限责任公司；无水乙醇、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠等其他试剂 均为国产分析纯；蒸馏水。

PJ17F-F（Q）型美的小康星微波炉 美的微波炉电器有限公司；WFJ7200型可见分光光度计 尤尼柯仪器有限公司；OSB-2100型旋转蒸发仪 上海爱朗仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 野波罗蜜根皮总黄酮的提取[13]准确称取一定质量的野波罗蜜根皮粉于小烧杯中，按一定的液固比加入乙醇水溶液，放入微波炉进行提取，微波一定时间后，收集提取液，过滤，并旋蒸（至几乎不含乙醇），加蒸馏水稀释，过D101大孔吸附树脂柱（径高比为1∶10），先用蒸馏水过柱去除糖类色素，再用70%乙醇洗脱，收集洗脱液，定容，作为待测液备用。

以芦丁为对照品，硝酸铝为显色剂，使用分光光度计，在510nm处对待测液进行比色测定[14]。回归方程：A=9.8393C+0.0021，（其中A为待测液的吸光度，C为待测液中总黄酮的浓度），相关系数r=0.9998。

1.2.2 总黄酮提取的单因素实验 当液固比为40∶1，提取时间为2min，以不同的乙醇浓度（30%、50%、60%、70%、90%）进行单因素实验；当乙醇浓度为50%，提取时间为2min，变化液固比（20∶1、30∶1、40∶1、50∶1、60∶1、70∶1mL/g）进行单因素实验比较；当固定乙醇浓度为50%，液固比为60∶1，变化提取时间（1、2、3、4、5min）分别进行单因素实验，考察各因素对野波罗蜜根皮总黄酮提取率的影响。其中，总黄酮提取率计算公式如下：

式中：W—总黄酮提取率（%）；C—根据回归方程计算的总黄酮浓度值（mg/mL）；V1—测定时的体积（mL）；V2—样液定容后的体积（mL）；V3—测定时的取样量（mL）；N—稀释倍数；M—野波罗蜜根皮粉干重（g）。

1.2.3 野波罗蜜根皮总黄酮提取工艺的响应面优化

在单因素实验的基础上，以乙醇浓度（A）、液固比（B）、提取时间（C）为Box-Behnken设计的自变量，以野波罗蜜根皮总黄酮的提取率为响应值，进行响应面实验设计，优化总黄酮提取工艺。通过Design Expert软件对实验数据进行回归分析，预测总黄酮提取的最优工艺参数。因素水平表见表1。

表1 响应面分析因素与水平Table.1 Response surface analysis of factors and levels

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果及分析

分别改变乙醇浓度、液固比、提取时间，按照上述条件提取野波罗蜜根皮总黄酮，测定其吸光度，并计算提取率（Y）。得到乙醇浓度、液固比、提取时间3个因素对总黄酮提取率的影响见图1～图3。

2.1.1 乙醇浓度的单因素实验 由图1可知，当乙醇浓度为60%时，野波罗蜜根皮总黄酮的提取率最高，当低于或是超过60%时，总黄酮提取率明显下降。根据“相似相溶”原理，总黄酮的溶出与溶剂的极性和本身的极性相关，极性相似可达到最大溶出率。所以，本实验选择60%乙醇作为野波罗蜜根皮总黄酮的提取溶剂。

图1 乙醇浓度对总黄酮提取率的影响Fig.1 Effect of ethanol concentration on extraction yield of total flavonoids

2.1.2 液固比的单因素实验 由图2可知，随着液固比的增加，总黄酮的提取率呈现先增大后减小现象，在50∶1处达到最大。虽然，增大液固比能够加快传质过程，但是，溶剂增加的同时也增加了微波加热的负荷，相同时间内，总黄酮提取率反而下降。因此，液固比选择50∶1较佳。

2.1.3 提取时间的单因素实验 由图3可知，提取时间为2min时，提取率最高，当低于或高于2min时，总黄酮的提取效果均不理想。微波在短时间内对溶质的传质作用影响比较大，但超过一定时间后，由于温度过高，溶剂挥发过快，提取物中的黄酮类化合物结构受到破坏，使得野波罗蜜根皮总黄酮的提取率下降。

图2 液固比对总黄酮提取率的影响Fig.2 Effect of solid-to-liquid ratio on extraction yield of total flavonoids

图3 提取时间对总黄酮提取率的影响Fig.3 Effect of microwave heating time on extraction yield of total flavonoids

2.2 响应面实验结果

根据中心组合设计原理，以乙醇浓度、液固比和提取时间3个因素为自变量，野波罗蜜根皮总黄酮提取率为响应值，实验设计与实验结果见表2（其中17个处理中，1～12是析因实验；13～17是中心实验）。

表2 响应面实验设计及实验结果Table.2 Response surface design and test results of flavonoid extraction

以野波罗蜜根皮总黄酮的提取率为响应值，对各因素进行回归拟合，得到响应值Y与各因子间的回归方程如下：

Y=9.74-0.28A+0.20B+0.38C-0.023AB+0.16AC-7.500E-003BC-2.28A2-0.62B2-1.08C2

响应面二次模型的提取回归方差分析的结果见表3。该方程p＜0.0001，失拟项p=0.0538＞0.05，不显著，因此该模型是极显著的。相关系数r=0.9972，说明响应值（总黄酮提取率）的变化有99.72%来源于所选变量，即乙醇浓度、液固比和提取时间。所以，该模型可用来预测微波法提取野波罗蜜根皮总黄酮的各个影响因素对总黄酮提取率的最佳提取工艺条件。

其中，线性项中，乙醇浓度和提取时间的p值都小于0.01，表明其对总黄酮提取率的影响极显著；但对于液固比的p值，0.01＜p＜0.05，表明其影响显著。所有交互项的p值均大于0.05，说明其交互作用均不显著。而所有的二次项（p＜0.01）对模型具有极度显著性。

2.3 响应面分析

保持3个变量中的1个不变，得到乙醇浓度、液固比和提取时间各因素之间两两相互关系对微波法提取野波罗蜜根皮总黄酮提取率影响的三维响应面曲线。响应面结果见图4～图6。

其中，图4固定提取时间为2min；图5固定液固比为50∶1（mL/g）；图6固定乙醇浓度为60%。

比较以上三组响应面曲线图可知，各因素中乙醇浓度和提取时间对野波罗蜜根皮总黄酮的提取率影响最为显著，表现为曲面较陡；而液固比的影响则不太显著，表现为曲面较平滑。

再由图4曲面下的等高线可知，当乙醇浓度向峰值移动，等高线密度高于沿液固比向其峰值移动；从图5可看出，乙醇浓度和提取时间两因素向峰值移动，它们对响应值的影响相近；由图6可得，沿液固比向峰值移动，等高线密度明显高于沿提取时间因素移动。由图中等高线密度的变化可知，乙醇浓度与提取时间比液固比对野波罗蜜根皮总黄酮提取率的影响大得多，这与响应面曲线的分析结果是一致的。

图4 乙醇浓度和液固比对野波罗蜜根皮总黄酮提取率影响的响应面曲线图Fig.4 Response surface plot showing the interactive effects of ethanol concentration and solid-to-liquid ratio on extraction yield of total flavonoids

表3 提取回归方差分析结果Table.3 Variance analysis of the developed regression equation for the yield of flavonoids

图5 乙醇浓度和提取时间对野波罗蜜根皮总黄酮提取率影响的响应面曲线图Fig.5 Response surface plot showing the interactive effects of ethanol concentration and microwave heating time on extraction yield of total flavonoids

图6 液固比和提取时间对野波罗蜜根皮总黄酮提取率影响的响应面曲线图Fig.6 Response surface plot showing the interactive effects of solid-to-liquid ratio and microwave heating time on extraction yield of total flavonoids

2.4 条件优化、预测及验证实验

Design Expert软件为响应面分析提供了最佳条件化优化模块，由软件分析得到最佳提取工艺条件为：乙醇浓度58.35%，液固比51.57∶1mL/g，提取时间2.17min时，野波罗蜜根皮总黄酮的提取率最高，预测值为9.80%。

考虑到实际操作的局限性，各因素调整为：乙醇浓度60%，液固比52∶1（mL/g），提取时间2.2min。在此条件下进行验证实验，结果野波罗蜜根皮总黄酮的平均提取率为9.82%（n=3），与预测值接近，验证了模型能较好的预测实际提取率。

3 结论

采用微波法对野波罗蜜根皮总黄酮进行提取，通过单因素实验、Box-Behnken实验设计以及响应面分析对微波提取工艺进行优化，得出优化的工艺条件为：乙醇浓度60%，液固比52∶1mL/g，提取时间2.2min。在优化的提取条件下，总黄酮的提取率可达到9.82%，与预测值接近。因此，运用响应面分析法优化得到的微波提取参数准确、可靠，具有实用价值。

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Optimization of microwave extraction of flavonoids from wild Jackfruit root barks by response surface methodology

LI Hai-bin1，2，HU Xiao-xu1，3，PU Kai1，4，TAN Wei1，4，YANG Min1，4，WANG Hong-bin1，4，*
（1.State Ethnic Affairs Commission-Ministry of Education Chemistry of Folk Medicine Resource Key Laboratory，Yunnan University of Nationalities，Kunming 650500，China；2.School Hospital，Yunnan University of Nationalities，Kunming 650500，China；3.Agricultural Products Quality and Safety Inspection Station of Dali，Dali 671000，China；4.College of Chemistry and Biotechnology，Yunnan University of Nationalities，Kunming 650500，China）

Objective：These optimum conditions for the microwave extraction of flavonoids from wild jackfruit root barks were determined using response surface methodology.Methods：Wild jackfruit root barks as the materials，flavonoids were extracted by microwave extraction method.On the basis of one-factor-at-a-time experiments，the process conditions of microwave extraction of flavonoids from wild jackfruit root barks were optimized by Box-Benhnken central composite test and response surface analysis method.Results：Results showed that these optimal extraction conditions were as follows：60%ethanol solution as extraction solvent，microwave extraction time of 2.2min，liquid-to-solid ratio of 52∶1mL/g.Under these conditions，the actual extraction rate of flavonoids from wild jackfruit root barks total was 9.82%in comparison with the predicted yield of 9.80%.Conclusion：The parameter of microwave extraction was optimized by response surface methodology are accurate and reliable.

wild Jackfruit root barks；total flavonoids；microwave extraction；response surface analysis

TS201.1

B

1002-0306（2014）06-0226-05

2013－04－23 *通讯联系人

李海滨（1968-），男，大学本科，副主任医师，研究方向：临床药理作用与应用。

民族药资源化学国家民委-教育部重点实验室开放基金项目（MZY1122）；云南省应用基础研究计划项目（2009CD100）；云南民族大学绿色化学与功能材料研究省创新团队项目（2011HC008）；云南省高校绿色化学新能源与材料科技创新团队项目（2011UY09）；云南民族大学化生学院大学生创新性实验项目（2011HXZ01）；云南民族大学化生学院2011年大学生（硕士组）创新性实验项目（11HXYJSZ1）。