响应面法优化徐长卿中丹皮酚的提取工艺

翟科峰，段红，曹稳根

响应面法优化徐长卿中丹皮酚的提取工艺

翟科峰1，2，3，段红1，2，3，曹稳根3

1.宿州学院药物生物技术研究所，安徽宿州，234000;
2.宿州学院特色种植业苗种生产工程技术研究中心，安徽宿州，234000;
3.宿州学院生物与食品工程学院，安徽宿州，234000

运用响应面法优化徐长卿中丹皮酚的最佳提取工艺。采用水蒸汽蒸馏法，首先从料液比、提取时间、NaCl量、药材粉碎粒径、浸润时间和药材浸透所需超声时间中筛选出影响丹皮酚提取的重要因素;其次，根据部分因子实验筛选出显著影响因子进行最陡爬坡实验;最后，对自变量各水平进行多元线性回归及二项式拟合，应用响应面法优化最佳工艺，并进行预测分析。结果表明，对丹皮酚提取效果有显著影响的因素为料液比、提取时间和NaCl量，药材粉碎粒径和浸润时间有一定影响，药材浸透所需超声时间基本无影响。确定最优提取工艺条件为料液比1∶30、提取时间160 min、NaCl量60 g/kg、药材粉碎粒径0.44 mm、浸润时间1 h。响应面法优选出的丹皮酚提取工艺，方法简便，稳定可行，精确度高。

响应面法;水蒸汽蒸馏法;徐长卿;丹皮酚;提取工艺

丹皮酚具有熔点低(49.5℃～50℃)，极易挥发，水溶性差等特性。针对该特性，常用的提取方法有溶剂浸润提取法、超声波辅助提取法、超临界CO2流体萃取法和水蒸气蒸馏法等。溶剂浸润提法虽然操作简单、省时、省力，但是所用溶剂量较大，无法直接获得丹皮酚晶体，并且提取物所含杂质较多;超声波辅助提取法虽然消耗溶剂相对较少、浸出效率较高，但中试放大工艺尚不完善;超临界CO2流体萃取法虽可直接获得丹皮酚晶体，但是需要精密大型仪器，价格昂贵;水蒸气蒸馏法可以直接获得丹皮酚晶体，提取的丹皮酚纯度较高，提取成本低，且不需要特殊仪器。基于丹皮酚具有很强的挥发性，可随水蒸气蒸馏出，并在冷水中难以溶解的特性，本文拟采用水蒸气蒸馏法，研究徐长卿中丹皮酚的提取工艺［3］。在提取过程中，采用部分因子实验和响应面实验设计，以丹皮酚得率为效应指标，研究水蒸汽蒸馏法提取丹皮酚的各种因素和水平，最终确定徐长卿中丹皮酚的最佳提取工艺，为丹皮酚的开发和应用提供参考［4-5］。

1 仪器与试药

HK－04A型手提式粉碎机(广州市旭朗机械设备有限公司)，FA2004电子分析天平(杭州汇尔仪器设备有限公司)，电子调温电炉(金坛市荣华仪器制造有限公司)，DRP－8403型工业干燥箱(苏州德瑞普烘箱制造有限公司)，SHZ－D(Ⅲ)四氟型循环水真空泵(上海力辰科技公司)，JK－100B型超声波清洗器(合肥金尼克机械制造有限公司)，HH24型数显恒温水浴锅(国华电器有限公司)，药典规定的分子标准筛0.44 mm，0.216 mm(光亮筛具总厂)，烧瓶，冷凝管，长颈圆底烧瓶，布氏漏斗等蒸馏装置(安徽天长玻璃仪器厂)，氯化钠(分析醇)，蒸馏水(自制)，徐长卿(购自宿州市康源药业有限公司)。

2 方法与结果

2.1 徐长卿中丹皮酚的提取流程

2.2 水蒸气蒸馏法提取丹皮酚重要因素的筛选

参考相关文献［6－11］，水蒸气蒸馏法提取丹皮酚的主要因素有料液比(A)、提取时间(B)、氯化钠用量(C)、药材粉碎粒径(D)、浸润时间(E)、药材浸透所需超声时间(F)6个因素，故以6个因素作为变量进行部分因子实验。

用电子天平取样品量分别为60 g、60 g、30 g、30 g、60 g、60 g、30 g、30 g丹皮酚按照表2中顺序放入1000 mL的凯式烧瓶中，试验因素与水平如表1，试验设计与结果如表2，部分因子实验结果的方差分析如表3。以徐长卿中丹皮酚得率为指标，确定重要因素及其变化趋势对提取效率的影响。

表1 徐长卿中丹皮酚的提取因素与水平

表2 丹皮酚提取试验的设计及结果

表3 部分因子实验的方差分析

由表3可知，模型组为0.0182小于0.05，因此模型构建成功，对丹皮酚提取效果有显著影响的因素为料液比、提取时间、NaCl量;粉碎粒径和浸润时间有一定影响;浸透所需超声时间无影响。显著因素对丹皮酚提取效率的影响可用以下方程表示:Y= 7.08+1.36A+0.85B+0.80C+0.49D－0.41E，此方程的决定系数(r)为0.9963，说明该方程拟合效果较好。根据显著因子效应可以得出，若想提高提取效率，需加大料液比和NaCl用量，同时延长提取时间。

2.3 最陡爬坡实验

依据部分因子实验优化，得到显著因子效应的大小，基于此，进一步设计它们的步长，开展最陡爬坡实验，最终寻找最佳提取效率各因素的范围。用电子天平取样品量适当，按照表4中顺序放入1 000 mL的凯式烧瓶中，试验设计及结果如表4所示。

表4 最陡爬坡试验设计及结果

由表4可知，前三组试验丹皮酚提取量较多，效果较好，而且第三组试验为模型显著拐点;再加上溶剂量和NaCl量投入较少，提取时间也较短，故从经济上考虑较实惠且节能降耗，因此综合考虑应选择前三组作为重要水平予以进一步考查。

2.4 徐长卿中丹皮酚提取工艺优化

采用三因素中心组合设计，考察料液比、提取时间、NaCl量等对丹皮酚提取的影响，因素与水平见表5。用电子天平取样品量分别为35 g、25 g、35 g、25 g、35 g、25 g、35 g、25 g、30 g、30 g、30 g、30 g、30 g、30 g、30 g丹皮酚按照表6中顺序放入1000 mL的凯式烧瓶中，共15组实验，分析方案及试验结果如表6所示。

表5 丹皮酚提取试验的因素与水平

表6 响应面分析方案及试验结果

利用Design Expert软件［12-13］，对徐长卿中丹皮酚的提取效率(Y)值进行效应面分析。并分别采用多元线性回归和二次多项式模型对影响丹皮酚提取效率的变化规律进行拟合，相关结果如下:

二元线性回归方程:

三元线性回归方程:

二次多项式回归方程:

表7 回归模型方差分析

由表7和图1分析可知，回归方程模型具有显著性(P＜0.05)，说明该模型预测与实验的实际拟合较好，因此可知对丹皮酚提取效果有显著影响的因素为料液比、提取时间、NaCl量;药材粉碎粒径和浸润时间有一定影响;药材浸透所需超声时间无影响。确定最优提取工艺条件为料液比1∶30、提取时间160 min、NaCl量60 g/kg、药材粉碎粒径0.44 mm、浸润时间1 h。

2.5 最优提取工艺条件验证

按照表8，做平行实验三组，从表中可以看出各因素间无显著差别，此前经响应面法预测值为12.1675 g/kg，而根据最优提取工艺条件所做的三次平行实验所得值均比预测值大，此条件可确定为最佳提取工艺条件。

表8 重复试验(n=3)

图1 两因素交互作用的响应面(左)及其等高线(右)

2.6 提取次数对徐长卿中丹皮酚提取效率的影响

如表9所示，徐长卿中丹皮酚第一次蒸馏的平均提取量为13.11 g/kg，占总提取量的93.38%;第二次蒸馏丹皮酚的平均提取量为0.92 g/kg，占总提取量的6.55%。说明徐长卿中丹皮酚通过一次蒸馏已充分提取。并且本实验筛选的最佳提取条件效果较好，实验具有可靠性和重现性。

表9 提取次数对徐长卿中丹皮酚提取效率的影响

3 讨论

实验中以丹皮酚提取量为指标，通过对料液比、提取时间、NaCl量、药材粉碎粒径、浸润时间和药材浸透所需超声时间6个因素进行初步研究，结果表明，对丹皮酚提取效果有显著影响的因素为料液比、提取时间、NaCl量;药材粉碎粒径和浸润时间有一定影响;药材浸透所需超声时间无影响。

在工艺研究中，多采取均匀设计法或正交实验设计法优化工艺中的多种参数。这两种方法虽然试验次数较少、简便、快捷，然而精度不高。为了提高实验的精度，本研究采用响应面法对徐长卿中丹皮酚提取工艺进行优化试验。响应面法是一种集合统计学与数学的方法，在化学反应、生化反应等多因素试验工艺参数优化过程中广泛应用。该方法具有操作简单、方便，实验次数较少等特点。实验过程中可采用线性或非线性多种数学模型进行拟合，相关系数较高。且在中心点做重复性试验，大大提高实验的精准度，使得预测值更逼近于真实值。本试验中采用响应面法中心组合设计优化徐长卿中丹皮酚提取的工艺参数，为丹皮酚提取工艺研究提供了新的视角［14-16］。

将响应面分析法应用于丹皮酚的提取工艺中，通过对试验结果的分析比较，确定了徐长卿中丹皮酚的最佳提取工艺条件为:料液比1∶30、提取时间160 min、NaCl量60 g/kg、药材粉碎粒径0.44 mm、浸润时间1 h。响应面法优选出徐长卿中丹皮酚提取工艺，方法简便，稳定可行，精确度高，易于工业放大，为徐长卿药材的开发提供实验依据，具有重要的现实意义和经济价值。

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(责任编辑:汪材印)

TQ461;S567.239

A

1673－2006(2016)04－0122－05

10.3969/j.issn.1673－2006.2016.04.032

2015-12-12

安徽省自然科学基金项目(1608085QH185);安徽省高等学校自然科学研究重点项目(KJ2015A220);安徽省高校省级优秀青年人才支持计划重点项目(gxyqZD2016348);宿州学院博士科研启动基金项目(2015jb12);“宿州学院特色种植业苗种生产工程技术研究中心开放课题”(2015YKF03，2015YKF06)。

翟科峰(1981－)，安徽无为人，博士，讲师，主要研究方向:中药效应物质基础与作用机制。