Design-Expert设计优化红景天苷提取条件

庞红霞，范桂强，王志杰，王悦，徐卫霞，齐善厚

（1.河北省衡水市食品药品检测中心，河北衡水053000；2.衡水学院，河北衡水053000）

Design-Expert设计优化红景天苷提取条件

庞红霞1，范桂强1，王志杰2，王悦2，徐卫霞2，齐善厚2

（1.河北省衡水市食品药品检测中心，河北衡水053000；2.衡水学院，河北衡水053000）

利用试验设计软件Design-Expert通过二次回归设计得到红景天苷提取量与提取温度、提取时间、乙醇浓度关系的回归模型，该模型能够较好的预测红景天苷提取量，在对影响红景天苷提取量的关键因素及其相互作用进行探讨之后，得到优化的提取工艺参数为：提取温度11.4℃，提取时间12.14 h，乙醇浓度为82°（体积比），在此条件下，红景天苷提取率为2.42%，与理论预测值相比，其相对误差约为1%。

红景天苷；响应面；提取

高山红景天（Rhodiola sachalinensis A Bor.），又名红景天，库页红景天，是景天科（Crassulaceae）、红景天属（Rhodiola）的多年生草本植物或亚灌木植物，是药食两用植物［1］。近年来的研究发现了红景天的许多新的药理作用，如抗疲劳、抗辐射、抗衰老等［2］，红景天中的活性成分较多，也较为复杂，国内外已经对20多种的红景天进行过分离、分析，已经证实的具有明显功效成分之一的为红景天苷［3-4］，本研究以红景天植物为原料，利用响应面法对红景天苷的提取工艺进行优化研究。

1　材料与方法

1.1材料

乙醇（95%）、乙腈色谱纯，（Tedia Company Inc.USA）；高山红景天购于吉林省安图县二道白河镇；红景天苷标准品（95%购于国家标准物质网）。

1.2仪器

高效液相色谱：Agilent1100美国；旋蒸仪（型号：EV311）：莱伯泰科有限公司；电子天平：上海田宫称重制造有限公司。

1.3方法

1.3.1高效液相色谱分析条件

色谱柱：ODS柱（4.6mm×250mm，5m，HPLCTechnology Ltd）；检测波长：280 nm；流动相：乙腈/水（体积比）=1/9；柱温：25，流速：1.0 mL/min；进样量：10 μL。

标准曲线的建立：精确称取5 g红景天苷标准品，用95%乙醇定于10 mL容量瓶中，摇匀、备用。分别配置不同浓度梯度的红景天标准品，HPLC法分别测定吸光度值，重复3次，取平均值，制定标准曲线，得到测定的回归方程为：Y=2 131 620.354 3X-8 652.812 3，该回归方程的R2=0.999 2，表明该红景天苷溶液浓度与峰面积在相应范围内线性关系良好。

1.3.2设计筛选红景天苷提取的重要因素

正交设计仅能从试验预先设定的几个水平中优选组合，它得到的最佳工艺条件，并非真实意义的最佳条件，只能说是理想条件，所以无法给出整个区域上因素的最佳组合的最优值。响应面分析法（RSM）是一种寻找多因素系统中最佳条件的数学统计方法。由于采用了合理的实验设计，能以最经济的方式，用很少的实验数量和时间对实验进行全面研究，能在整个考察区域上确定各个因素的最佳组合及最优响应值。所以本实验将通过Box-Behnken实验设计优化红景天苷提取条件，为红景天苷的工业提取提供理论参考。

采用Design-Expert8.0软件中Box-Behnken试验设计方案［3］，根据前期试验研究结果，选取对红景天苷较有影响的提取温度、提取时间、乙醇浓度三因素三水平共15个试验点（3个中心点）的响应面分析试验，运用Design-Expert8.0软件的RSREG（Response surface regression）程序对15个试验点的响应值进行回归分析。表1为响应面试验设计表。

表1　响应面设计因素水平表Table 1The factors and levels of response surface for Grifola frondosa

2　结果与讨论

2.1响应面结果与分析

根据前期单因素试验结果，选取最显著的提取温度、提取时间、乙醇浓度为实验因素，采用Box-Benhnken实验设计对红景天苷提取条件进行三因素三水平的响应面分析实验，包括12个析因试验和3个中心试验。运用Design-Expert8.0软件中Box-Behnken程序对15个试验点的响应值进行回归分析。15个试验点可分为两类：其一是析因点，自变量取值在各因素所构成的三维顶点，共有12个析因点；其二是零点，为区域的中心点，零点试验重复3次，用以估计试验误差，以红景天苷提取量为响应值，经回归拟合后，确定函数表达式。试验结果见表2。

该实验回归方程为：

表2　Box-Behnken试验设计及相应结果Table 2Box-Behnken design and the experimental results

采用SAS RSREG程序对表2数据进行ANOVA分析，结果见表3。

表3　回归方程中回归系数的估计值及方差分析Table 3Results of the Box-Behnken design regression analysis

该方程回归显著，模型的复相关系数的平方即R2=99.51%，说明回归方程的拟合程度良好，失拟较小，可以用该方程代替真实实验点进行分析。由表3中的P值可知道，方程中A、B、C、A2、B2、C2对Y值的影响达到极显著水平，而方程中AC、BC影响显著，表明实验因子对响应值不是简单的线性关系，二次项对响应值也有很大的关系，这和模型回归中的线性和平方项影响显著相对应。交互项系数均不显著，所以交互作用的影响相对较小。失拟项的p=1.83，没有显著性影响，说明数据中没有异常点，不需要引入更高次数的项，模型适当。

通过软件分析，得到当红景天苷提取量最大时，A=0.14；B=0.07；C=0.20；从而分析得到红景天苷提取的最佳工艺条件为提取温度11.4℃，提取时间12.14h，乙醇浓度为820（体积比），此条件下，根据方程分析得到红景天苷的提取量为2.356 3（%）；为检验响应曲面法所得结果的可靠性，采用上述优化提取条件进行提取实验，实际测得的红景天苷提取量为2.42%，与理论预测值相比，其相对误差约为1%，因此，基于响应曲面法所得的红景天苷提取参数准确可靠，具有实用价值。

2.2响应面直观分析

图1～图3直观地给出了各个因子交互作用的响应面的3D和等值线分析图。从响应面的最高点和等值线可以看出，在所选的范围内存在极值，既是响应面的最高点，同时也是等值线最小椭圆的中心点。

图1　提取时间和乙醇浓度对红景天苷提取响应面分析Fig.1The analysis on response surface from inoculum size and culture temperature

图2　提取温度和乙醇浓度对红景天苷提取响应面分析Fig.2The analysis on response surface from inoculum size and culture temperature

图3　提取温度和提取时间对红景天苷影响响应面分析Fig.3The analysis on nisin fermentation response surface from temperature and add the volume of sucrose

图1显示了当提取温度位于中心水平时，提取时间和乙醇浓度对红景天苷提取量影响的响应面和等高线图。从图中可以直观地看出提取时间和乙醇浓的交互作用较强，因为等高线的形状反映交互效应的强弱大小，圆形表示2因素交互作用不显著，而椭圆形则与之相反。并发现乙醇浓度轴向等高线变化密集，而提取时间轴向等高线的变化相对稀疏，故乙醇浓度对响应值峰值的影响较提取时间影响大。

图2显示了当提取时间位于中心水平时，提取温度和乙醇浓度对红景天苷提取量的影响的响应面和等高线图。由图可知，提取温度和乙醇浓度的交互作用不大。

图3显示了当乙醇浓度位于中心水平时，提取温度和提取时间对红景天苷提取影响的响应面和等高线图。结果表明，提取温度的等高线较为密集，而提取时间较为稀疏，表明提取温度的影响较大，而提取时间影响不明显。

3　结论

红景天苷为红景天中的主要活性物质之一，具有抗缺氧、抗疲劳、抗辐射等多重功效，在前期单因素研究基础上，采用Design-Expert8.0软件中Box-Behnken试验设计对红景天苷进行提取条件优化研究，结果得到当红景天苷提取量最大时，A=0.14；B=0.07；C=0.20；从而分析得到红景天苷提取的最佳工艺条件为提取温度11.4℃，提取时间12.14 h，乙醇浓度为82°（体积比），此条件下，根据方程分析得到红景天苷的提取量为2.356 3（%）；为检验响应曲面法所得结果的可靠性，采用上述优化提取条件进行提取实验，实际测得的红景天苷提取量为2.42%，与理论预测值相比，其相对误差约为1%，因此，基于响应曲面法所得的红景天苷提取参数准确可靠，具有实用价值。

［1］邹晓丽．长白山红景天配伍FDP抗疲劳作用实验研究［D］．哈尔滨：东北师范大学，2008

［2］陶贵荣，赵银萍，齐建，等．不同地区红景天植物红景天苷含量比较研究［J］．西北植物学报，2010，30（9）：1902-1905

［3］李颖，厍守权，刘刚，等．发酵红景天中红景天苷的含量测定［J］．延边大学医学学报，2013，36（4）：271-273

［4］杨连梅，胡荣，齐文，等．藏药狭叶红景天化学成分研究［J］.中国药剂学，2011，20（5）：154-158

Study on Extraction of Salidroside by Design-Expert Method

PANG Hong-xia1，FAN Gui-qiang1，WANG Zhi-jie2，WANG Yue2，XU Wei-xia2，QI Shan-hou2
（1.Hengshui Municipal Food and Drug Inspection and Testing Center，Hengshui 053000，Hebei，China；2.Hengshui College，Hengshui 053000，Hebei，China）

The regression model，related to the amount of extraction of salidroside，extracting temperature，extracting time，ethanol concentration was obtained by using Design-Expert experimental design software through quadric regression design.The regression model would be a fairly reliable forecast for extraction of extraction of salidroside.The optimized extraction parameters were obtained as follows：extraction temperature 11.4℃，extracting time 12.14 h，ethanol concentration 82°（v/v）.Under the conditions，the extraction amount of salidroside reached 2.42%，the relative error of about 1%Comparing with the theoretical predictions.

salidroside；responsesurface；extracting

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.13.019

2015-04-20

衡水市科技局指令性课题（编号：14032）

庞红霞（1977—），女（汉），主管药师，本科，主要从事化学药品检测检验研究。