建立数学模型优化冬凌草中熊果酸提取工艺

王东群，史素敏

（鹤壁市成人职业技术教研室，河南鹤壁458030）

建立数学模型优化冬凌草中熊果酸提取工艺

王东群，史素敏

（鹤壁市成人职业技术教研室，河南鹤壁458030）

研究采用超高压提取冬凌草中熊果酸的最佳工艺条件，并且同回流提取法和超声提取法进行比较。在单因素实验的基础上，建立L9（34）正交实验的数学模型对超高压提取冬凌草中熊果酸的工艺进行优化，以熊果酸的得率为指标，考察料液比（g∶mL）、乙醇浓度、超高压压力、加压时间对熊果酸得率的影响。得到优化的工艺条件为：固液比1∶22、乙醇浓度75%、超高压压力320MPa，超高压时间4min，该条件下熊果酸的得率可达0.322%。超高压提取熊果酸得率高，提取时间短，是一种提取冬凌草中熊果酸的适宜方法。

超高压；冬凌草；熊果酸；提取

冬凌草（Rabdosia rubescens（Hemsl.）Hara）又名冰凌草、延命草、彩花草等，为唇形科香茶属多年生草本或亚灌木，自然分布于太行山南部。自古以来被太行山区的民间常年当作茶叶饮用。因其清热解毒、清咽利喉、消止痛的功能盛行于当地，被誉为“神奇草”。1972年，中国食管癌研究中心，发现冬凌草具有独特的抗食管癌，贲门癌、原发性肝癌功效，从此被广泛应用于临床[1]。进入21世纪以来，国际肿瘤病学界和新药研发机构对冬凌草的抗癌作用格外关注，其化学成分及药理活性研究取得较大进展[2]，从全株植物分离得到大量二萜类化合物、一些三萜、甾体、黄酮、生物碱、挥发油、氨基酸、有机酸及其他类化合物[3]。药理研究表明多个成分具有抗肿瘤、抗氧化、抗菌消炎、降血糖、抗突变、免疫等活性[4-8]。冬凌草中的主要三萜类成分熊果酸具有较强的抗肿瘤活性[9]。研究表明[10]，熊果酸不仅对多种致癌、促癌物有抵抗作用，而且对多种恶性肿瘤细胞有抑制生长作用。因此提取冬凌草中熊果酸成分，开发新药及保健食品具有广阔的前景。

目前，关于冬凌草中冬凌草甲素等二萜类化合物提取研究较多[11]，但有关冬凌草中熊果酸的提取报道较少，袁珂[12]采用超临界二氧化碳技术萃取冬凌草中熊果酸，得率较高，但该法时间较长。超高压提取技术是在常温条件下提取植物原料中有效成分，提取时间短、能耗低、有效成分破坏小[13]，目前在冬凌草中熊果酸的提取上还未见报道。本文研究超高压提取冬凌草中熊果酸的工艺条件，在单因素试验的基础上，采用L9（34）正交试验优化提取工艺，为冬凌草的进一步开发利用提供参考。

1试验材料和方法

1.1 试验材料

实验于2012年6月进行于鹤壁市食品药品监督管理局检验中心。冬凌草：采自河南省鹤壁市淇河岸边，新鲜成熟植株地上部分→70℃烘干→粉碎→20目过筛→真空包装→备用；熊果酸对照品：中国药品生物制品检定所；乙醇试剂均为国产分析纯。

SFP超高压处理系统：英国SFP公司；XH-600US超声波细胞粉碎机：北京祥鹄科技发展有限公司；旋转蒸发器：广州市捷晶能源科技有限公司；Agilent 1100高效液相色谱系统：Agilent公司。

1.2 试验方法

1.2.1 超高压提取冬凌草中熊果酸

在冬凌草粗粉中，加入不同体积、不同浓度的乙醇溶液，混合均匀后装入聚乙烯塑料袋，进行真空包装，然后放入超高压装置的压力腔中，高压处理一定时间，处理后过滤，3 500 r/min离心15min，离心后减压浓缩，测定熊果酸含量，计算熊果酸的得率。

1.2.2 回流提取冬凌草中熊果酸

在冬凌草粗粉中，按固液比1∶20（g∶mL）加入75%的乙醇溶液，加热回流2 h。过滤，3 500 r/min离心15min，离心后减压浓缩，测定熊果酸含量，计算熊果酸的得率。

1.2.3 超声提取冬凌草中熊果酸

在冬凌草粗粉中，按固液比1∶20（g∶mL）加入75%的乙醇溶液，采用220W超声处理30min，过滤，3 500 r/min离心15min，离心后减压浓缩，测定熊果酸含量，计算熊果酸的得率。

1.2.4 熊果酸的HPLC测定

参照HPLC方法测定熊果酸[14]，色谱柱（Phenomsil BDSC18，4.6 mm×200 mm，5μm），流动相：CH3OH：H2O：HAc为85∶15∶0.3，流速：1mL/min，柱温：35℃，检测波长为215nm。峰面积A与熊果酸浓度C（mg/mL）之间的回归方程为A=381.63C-3.064 4（R2=0.999 6）。

2结果与分析

2.1 超高压提取冬凌草中熊果酸单因素实验

2.1.1 固液比对熊果酸提取得率的影响

采用70%的乙醇溶液为溶剂，UHP压力350MPa下保压4min进行提取，不同固液比对熊果酸提取得率的影响见图1。

图1 固液比对熊果酸得率的影响Fig.1 Effect of solid to liquid ratio on the yield of ursolic acid

由图1可见，随着固液比中溶剂用量的增加，熊果酸的提取得率增加，但当固液比达到1∶20（g∶mL）后，再增加溶剂用量，得率增加缓慢。同时，过多的溶剂用量会带来后续浓缩的强度增加，因此，综合考虑，采用固液比1∶20较好。

2.1.2 乙醇浓度对熊果酸提取得率的影响

采用不同浓度的乙醇溶液为溶剂，固液比1∶20（g∶mL），UPH压力350MPa下保压4min进行提取，乙醇浓度对熊果酸提取得率的影响见图2。

图2 乙醇浓度对熊果酸得率的影响Fig.2 Effect of ethanol concentration on the yield of ursolic acid

由图2可见，随着乙醇浓度的增加，熊果酸的提取得率增加，但当乙醇浓度达到70%后，再增加乙醇浓度，得率反而下降。

2.1.3 UHP压力对熊果酸提取得率的影响

采用70%乙醇溶液为溶剂，固液比1∶20（g∶mL），在不同的UHP压力下保压4min进行提取，UHP压力对熊果酸提取得率的影响见图3。

图3 压力对熊果酸得率的影响Fig.3 Effect of UHP pressure on the yield of ursolic acid

由图3可见，随着UHP压力的增加，熊果酸的提取得率增加，但当UHP压力达到300MPa后，再增加压力，得率反而下降。因此，采用300MPa提取熊果酸较好。

2.1.4 保压时间对熊果酸提取得率的影响

采用70%乙醇溶液为溶剂，固液比1∶20（g∶mL），在UHP压力300MPa下保压不同时间进行提取，保压时间对熊果酸提取得率的影响见图4。

图4 保压时间对熊果酸得率的影响Fig.4 Effect of UHP timeon the yield of ursolic acid

由图4可见，随着UHP时间的增加，提取得率增加，但当UHP时间达到4min后，再增加时间，得率增加缓慢。因此，采用4min提取熊果酸较好。

2.2 提取工艺条件的优化

在单因素的基础上，选用L9（34）正交实验表，以熊果酸得率为指标，考察固液比、乙醇浓度、UHP压力、UHP时间对熊果酸得率的影响，实验设计和结果分别见表1和表2。

表1 因素与水平表Table1 Factors and levels of orthogonal test

表2 正交实验结果Table2 Result of orthogonal test

由表2极差分析结果可知，各因素对熊果酸得率的影响程度依次为：D〉C〉B〉A，即：UHP时间〉UHP压力〉乙醇浓度〉固液比。优化的提取条件为A3B3C3D2，即：UHP时间4min、UHP压力320MPa、乙醇浓度75%、固液比1∶22。采用冬凌草2 kg，按上述最佳条件进行验证实验，熊果酸得率为0.322%。

2.3 不同提取方法提取熊果酸的比较

将冬凌草分别采用超高压提取、回流提取和超声方法进行提取，比较提取后熊果酸得率和提取所用的时间，结果见表3。

表3 三种方法提取冬凌草中熊果酸的得率和提取时间Table3 Compareof extraction yield and time of three methods

从表3中可见，三种不同的提取方法中，超高压提取不仅得率高，而且提取时间短。

3结论与讨论

冬凌草是一种资源丰富的药食两用的植物资源，是开发保健食品的较好原料，为有效对其利用，对其活性成分熊果酸的分离提纯药理学进行深入研究，开发精制、深加工转化产品是其发展方向。

目前熊果酸最常用的方法是回流法，该法对设备条件要求不高，操作方法简单，但熊果酸提取率不高，且提取时间长；通过采用超声强化提取可提高得率，缩短时间，但超声容易造成有效成分的破坏，且提取仍然需要30min以上；超微粉碎方法通过对细胞进行破坏，提高提取得率，但其对细胞的破坏程度有限，得率还有待提高。本研究采用超高压提取，是通过加压破坏冬凌草的细胞，促进熊果酸溶出。在提取过程中，细胞在压力作用下破坏，但由于为非热提取，熊果酸破坏小，且提取工艺中，细胞在几分钟内即破坏，提取时间大大缩短，得率得到提高。

采用超高压提取冬凌草中熊果酸的优化工艺条件为固液比1∶22、乙醇浓度75%、UHP时间4min和UHP压力320MPa，熊果酸得率可达0.322%，具有时间短，得率高的特点，在提取冬凌草中熊果酸中具有很好的应用前景。

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A Mathematical Model is Established to Optimize Extraction Technology of Ursolic Acid in Rabdosia Rubescens

WANGDong-qun，SHISu-min
（Adultoccupation technology teachingand research room of HebiCity，Hebi458030，Henan，China）

To optimum of extracting ursolic acid from Rabdosia rubescens（Hemsl.）Hara.Ultra high pressure（UHP）methodwasstudied andwascompared to reflux extraction method and ultrasonic wave extraction method. According to the signal factor test，the L9（34）orthogonal design was used to optimum extraction conditions.Using with extraction yield ofursolic acid as index，the influence of solid to liquid ratio，ethanol concentration，UHP pressure，UHPtimewerestudied.Optimum extraction conditions were as follows:solid to liquid ratio1∶22（g∶mL），ethanol75%，UHPpressure 320MPa and UHP time 4min，The yield of UA was0.322%.The UHP extraction method was a suitable method for it has higher yield and shorter extraction time.

ultrahigh pressure；Rabdosia rubescens（Hemsl.）Hara；ursolic acid；extraction

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.15.014

2013-02-21

王东群（1959—），男（汉），中教高级，硕士，研究方向：职业教育，应用数学。