Box-Benhnken试验设计优化五味子木脂素提取工艺

王连芝，付克，顾媛媛，刘磊，张淑香，周琦

(黑龙江中医药大学中医药研究院，哈尔滨150040)

Box-Benhnken试验设计优化五味子木脂素提取工艺

王连芝，付克，顾媛媛，刘磊，张淑香，周琦

(黑龙江中医药大学中医药研究院，哈尔滨150040)

目的利用Box-Benhnken响应曲面试验设计对五味子中木脂素成分进行超声提取工艺研究。方法

根据Box-Benhnken设计原理，以五味子中总木脂素得率为响应值，分析超声提取过程中各因素及其交互作用，以及对五味子总木脂素得率的影响。结果五味子中木脂素最佳超声提取条件为以纯甲醇为溶媒，液料比55 mL/g，超声提取时间35 min。在此试验条件下，五味子中木脂素得率可达5.49%。结论本实验所建立的数学模型极显著(P＜0.01)，可用于对五味子中木脂素超声提取工艺研究。

五味子;木脂素;Box-Benhnken设计;提取工艺

五味子为木兰科植物五味子Schisandra Chinensis(Turcz.)Baill.的干燥成熟果实，习称“北五味子”，具有收敛固涩，益气生津，补肾宁心的作用［1］。响应曲面设计方法(response surface methodology，RSM)［2-3］，采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函数关系，通过对回归方程的分析来寻求最优工艺参数，是中药工艺研究中的一种有效的实验设计方法［4-5］。五味子木脂素现有的提取工艺以正交试验法等较为常见［6-7］。为提高五味子药材中木脂素成分的提取率，本实验以五味子总木脂素含量为指标成分，采用Box-Benhnken响应曲面试验设计优化五味子超声提取工艺。

1 仪器与试药

56PC型紫外分光光度仪(上海光谱仪器有限公司)，AG-135型电子分析天平(瑞士METTLER-TOLEPO公司)，KQ-500ED型数控超声波清洗器，DZKW-D-4电热恒温水浴锅。

五味子药材采购于黑龙江省清河育林林场，经黑龙江中医药大学中医院研究院付克研究员鉴定为木兰科植物五味子Schisandra Chinensis(Turcz.)Baill.的果实;五味子乙素对照品(批号110765-200710)购自中国药品生物制品检定所。

2 方法与结果

2.1 五味子木脂素含量测定

2.1.1 对照品溶液的制备精密称取干燥至恒重的五味子乙素对照品5 mg，置于25 mL容量瓶中，加甲醇至刻度，摇匀，制得浓度为0.2 mg/mL的五味子对照品溶液。

2.1.2 标准曲线的绘制精密吸取上述对照品溶液各0，0.1，0.3，0.5，0.7，0.9，1.1 mL分别置于具塞试管中，水浴挥干甲醇，再精密加入10%变色酸水溶液1 mL，浓硫酸-水(2∶1)9 mL，摇匀，置于沸水浴中加热30 min，迅速冷却，在波长570 nm处测定吸光度。以吸光度为纵坐标，对照品溶液质量比为横坐标，绘制标准曲线。其回归方程为Y=3.425 1X+0.278 3，r=0.999 6。结果五味子乙素在0.024～0.2244 mg/mL范围内，质量比和吸收光度线性关系良好。

2.2 提取工艺研究称取0.2 g五味子细粉，置具塞锥形瓶中，根据Box-Benhnken试验设计原理［8-10］，综合单因素实验结果，进行超声提取，选取甲醇浓度、液料比、超声提取时间3个因素，分别以X1、X2、X3表示，每个自变量3水平分别以-1，0，1进行编码，试验因素及水平编码见表1。

表1 试验因素与水平编码

通过Design-Expert 7.0软件分析试验数据，以木脂素得率为响应值(Y)，以确定最优的提取工艺。试验设计方案及结果见表2。

表2 Box-Benhnken设计方案及实验结果

续表2

3 结果与讨论

3.1 多元回归拟合分析采用Design-Expert 7.0软件对表2实验结果进行多项拟合回归，以木脂素总得率为因变量，甲醇浓度(X1)、液料比(X2)、提取时间(X3)为自变量，得拟合回归方程如下:Y=-9.016 47+ 0.243 14X1-0.040 788X2+0.184 49X3+4.072 22×10-4X1X2-7.983 33×10-4X1X3+1.736 67×10-3X2X3-1.157 78×10-3X12-5.347 22×10-4X22-2.932 5×10-3X32。

3.2 回归方程的方差分析回归方程的方差分析结果见表3。由回归系数的显著性检验可知，模型中一次项X1、X3和二次项X12以及交互项X2X3均达到显著水平。分析可知甲醇浓度影响最显著，其次是提取时间。

表3 回归方程的方差分析结果

3.3 回归方程可信度分析回归方程可信度分析结果见表4，其中决定系数R2为93.43%。表明超过90%的试验数据可用该模型进行解释，说明方程可靠性较高。CV值为5.89%，说明试验操作可信度高。

表4 回归方程可信度分析

3.4 等值线图与响应面三维图分析根据回归分析结果，绘制出响应面等值线图和响应面三维图。三维图可直观地反映各因素的交互作用对响应值的影响，并找出最佳参数以及各参数之间的相互作用。通过优化后，得到木脂素含量理论最佳工艺条件为:使用纯甲醇，液料比为55 mL/g，超声提取时间为35 min。

3.5 回归模型的验证实验在此修正条件下，进行验证性实验，称取五味子细粉0.2 g置具塞锥形瓶中，精密加入甲醇11 mL，称量重量，超声处理35 min，放凉，再补足减失的重量，精密吸取1 mL，至5 mL容量瓶中，用甲醇定容。移取1 mL溶液，测定570 nm处的吸光值，计算出五味子中木脂素成分的含量，重复试验3次取平均值，验证试验结果。得率为5.49%，与理论值相差很小，说明该数学模型能很好预测各因素同木脂素得率之间的关系。

［1］中华人民共和国药典委员会.中国药典［M］.北京:化学工业出版社，2010:61.

［2］王燕，罗文谦，张志琪.响应表面优化法及其在天然产物成分提取中的应用［J］.安康学院学报，2009，21(1):77-81.

［3］赵立春，杨更亮.响应曲面法在中药有效成分提取中的应用研究［J］.中药与临床，2013，4(6):62-64.

［4］赵冉，彭敏桦，张敏敏，等.响应曲面法优化岗梅根总皂苷的提取工艺［J］.中药新药与临床药理，2014，25(3):363.

［5］YE Chunlin，JIANG Chengjun.Optimization of extraction process of crude polysaccharides from Plantago asiatica L.by response surface methodology［J］.Carbohydrate Polymers，2011，84(1):495-502.

［6］蒋益萍，张巧艳，张宏，等.正交试验优选五味子木脂素类成分的提取工艺［J］.中成药，2013，35(11):2390-2394.

［7］肖建春，陈帅，罗森，等.正交实验法优选五味子中木脂素的提取工艺［J］.华西药学杂志，2012，27(6):692-693.

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［9］董自亮，徐瑞超.基于Box-Behnken设计-响应面法优化白芷香豆素闪式提取工艺［J］.中药与临床，2013，4(1):13-15.

［10］赵玉红，郑磊，毛凤彪，等.利用Box-Behnken设计优化鹿茸糖胺聚糖的提取工艺［J］.东北林业大学学报，2010，38 (5):93-96.

Optimization of extraction of lignans by Box-Benhnken design from Schisandra Chinensis

WANG Lianzhi，FU Ke，GU Yuanyuan，LIU Lei，ZHANG Shuxiang，ZHOU Qi
(Institute of TCM，Heilongjiang University of Chinese Medicine，Herbin 150040，China)

schisandra chinensis;lignans;Box-Benhnken design;extraction technology

R284.3

:A

:2095-6258(2015)01-0021-03

2014-09-12)

10.13463/j.cnki.cczyy.2015.01.007

黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12531628)。

王连芝(1973-)，女，硕士，副研究员，主要从事中药药效物质基础及中药质量标准的研究。

Abstract:ObjectiveTo optimize the extraction technique of lignans by Box-Benhnken design from Schisandra chinensis.Methods Base on Box-Benhnken design，the content of total lignans in Schisandra chinensis was used as response value and the factors and their interactions in the course of ultrasonic extraction were analyzed.ResultsThe optimized ultrasonic method of lignans was as follows:pure methanol，liquid-solid ratio of 55 mL/g，ultrasonic extraction time of 35 min.Under these conditions，the yield of total lignans was up to 5.49%.ConclusionThe mathematical model that the present study established was very significant(P＜0.01)，and it might be applied to analysis and prediction the extraction technique of lignans in Schisandra chinensis.