基于响应面法优化超声提取半枝莲总黄酮的工艺条件*

徐建铃 程迪迪 刘彩红

(泰山医学院 药学院，山东 泰安 271016)



基于响应面法优化超声提取半枝莲总黄酮的工艺条件*

徐建铃 程迪迪 刘彩红

(泰山医学院 药学院，山东 泰安 271016)

目的 利用响应面法(RSM)优化半枝莲总黄酮的超声提取工艺。方法 在单因素试验的基础上，采用Box-Behnken中心组合试验设计法，考察乙醇浓度、提取温度、超声功率对半枝莲总黄酮提取率的影响，优选总黄酮的最佳提取工艺，并采用紫外分光光度法测定半枝莲中总黄酮的含量。结果 通过单因素实验和响应面法确定的最佳工艺条件为：乙醇浓度53.45%，提取温度45 ℃，超声功率230W，在此条件下，进行3次验证试验，得到提取率为(3.21±0.02)%，与理论值3.24%相一致。结论 Box-Behnken 效应面法优选半枝莲总黄酮提取工艺是可行的，方法简便。

半枝莲；总黄酮；超声提取；响应面分析

半枝莲为唇形科植物半枝莲的干燥全草，具有清热解毒化瘀利尿的功能，可用于疔疮肿毒，咽喉肿痛，跌扑伤痛等，临床上还作为常用的抗肿瘤中药。其主要化学成分为黄酮类、多糖类、萜类、挥发油[1-7]等。黄酮类化合物是半枝莲中主要的有效成分，在抗肿瘤、抑菌、抗炎[8-11]等方面发挥重要作用，因此黄酮含量的高低直接影响着半枝莲的药理活性和疗效。药材中黄酮类化合物传统的提取方法主要有：回流提取、索氏提取、热提取等，但这些方法提取时间较长，常会造成黄酮的氧化、水解等[12]。近年来，超声提取做为一种简单、快速、高效的提取手段，被广泛应用于不同药物中黄酮类化合物的提取[13-16]。

响应面法(response surface methodology，RSM)，是通过对响应曲面及等高线的分析寻求最优工艺参数，采用多元二次回归方程来拟合响应值与因素之间函数关系的一种优化统计方法。它被广泛用于药材有效成分提取工艺参数的优化，优点是在优化过程中可连续对试验因素的各个水平进行分析[17-18]。

本研究以半枝莲为原料，采用超声辅助乙醇提取法，在单因素试验的基础上，运用RSM和Box-Behnken中心组合试验设计优化半枝莲总黄酮的提取工艺，并分析各因素对半枝莲总黄酮提取率的影响，为半枝莲的进一步开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

半枝莲(毫州市宏昌中药材销售有限公司)；芦丁标准品(中国生物技术股份有限公司，批号0089705)；乙腈(色谱纯，天津市永大化学试剂有限公司)；无水乙醇、冰醋酸等均为分析纯。

KQ-600DB超声清洗机(江苏昆山超声仪器有限公司)；UV-2550型紫外可见分光光度计(日本岛津公司)。

1.2 试验方法

1.2.1原料预处理 将半枝莲去除杂质、干燥、粉碎，得到半枝莲粉末。将粉末置于索氏提取器中，用石油醚水浴回流脱脂2次，每次2 h，弃去石油醚提取液，半枝莲挥干石油醚后备用。

1.2.2 半枝莲总黄酮的测定 标准曲线的绘制：以芦丁为对照，参照文献[19]采用 NaNO2-fAl(NO3)3-fNaOH 显色体系、分光光度法测定，得标准曲线：y= 8.966x-0.0093，R2=0.9989。

1.2.3 总黄酮提取率的测定 精密吸取供试品溶液1 ml于10 ml容量瓶，加入浓度70%乙醇至5 ml，精密加入5%亚硝酸钠溶液0.30 ml，摇匀，放置4 min，加入10%硝酸铝溶液0.40 ml摇匀，放置5 min，加入4%氢氧化钠溶液3.0 ml摇匀，定容。于510 nm处测定，将所得到的吸光度值代入由标准曲线所得方程，得到样品总黄酮浓度，经过计算可得样品中总黄酮提取率。

总黄酮提取率(%)= 提取物中总黄酮的质量/药材质量

1.2.4 半枝莲总黄酮提取及响应面设计

1.2.4.1 半枝莲总黄酮的提取 采用单因素试验考察超声功率、乙醇体积分数、料液比、提取温度，提取次数对半枝莲总黄酮提取率的影响。精密称取半枝莲粉末1.0 g，置于250 ml具塞锥形瓶中，精密加入40 ml一定浓度的乙醇溶液，密塞，在适宜的温度、功率下，超声提取30 min，然后抽滤，滤液定容至100 ml容量瓶，即得供试品溶液。

1.2.4.2 Box-Behnken试验设计方案 根据 Design-Expert 8.05b 软件中Box-Behnken 设计原理，综合单因素试验结果，选取：乙醇浓度、温度、超声功率对总黄酮提取率影响较大的3个因素,每因素设 3 水平，用代码-1、0、+1表示，代码值所代表的物理量见表1，实验设计及响应值见表2。

表1 因素水平

表 2 实验设计及响应值

2 结果与分析

2.1 模型的建立

根据表2所设计的方案进行实验，将实验数据进行多元回归拟合，得到二次回归方程模型为：

Y=3.21+0.14X1+0.052X2+0.084X3+0.020X1X2+0.098X1X3-0.085X2X3-0.23X12-0.4X22-0.4X32

Y代表黄酮提取率，X1、X2和X3分别代表乙醇浓度、提取温度和超声功率。

回归方程方差分析结果见表3。由表3可知，此方程模型的F拟合值为115.50，P<0.0001，二次回归模型达到了极显著水平；方程的失拟项较小 ,表明该方程对实验结果拟合良好,实验误差小；变异系数CV很低，其值为1.62%，说明所选模型方程适合，实验操作可信。相关系数R2=0.9933，表明 99.33% 的数据可以用此方程来解释，因此可以用此方程来分析预测超声提取半枝莲总黄酮的工艺结果。

P值还可以用于检测各回归系数的显著性，P值越小说明影响越显著。由表3结果知，X1、X2和X3对对黄酮得率有显著影响；X1X3和X2X3交互作用也有显著影响(P<0.05)；X12、X22、X32对提取率均具有极显著影响(P<0.0001)。

表3 方差分析结果

2.2 响应面图分析

响应面图是响应值Y对于试验因素X1、X2、X3所构成的在三维空间的曲面图以及在二维平面上的等高线图，可直观地反映各因素以及它们之间的交互作用对响应值的影响。根据回归方程分析结果，作出相应的响应面图，见图1～3。

比较图1～3可知，乙醇浓度、提取温度和超声功率均能显著影响总黄酮的提取率，表现为曲线较陡；乙醇浓度、提取温度和超声功率对总黄酮提取率的影响均呈二次关系，随其数值的增大，表现出先增加后降低的趋势。回归模型预测的半枝莲总黄酮提取的最佳工艺条件为: 乙醇浓度53.45%，提取温度45.30 ℃，超声功率228.55 W。在此条件下，总黄酮提取率理论上可达3.24%。

图1 乙醇浓度和温度对提取率的影响

图2 乙醇浓度和超声功率对提取率的影响

图3 提取温度和超声功率对提取率的影响

2.3 验证试验

为检验 RSM法的可靠性，采用上述最优提取条件进行半枝莲总黄酮的提取实验,考虑到实际操作的可行性，将提取条件改为：乙醇浓度53.45%，提取温度45 ℃，超声功率230 W，在此条件下进行3次验证试验，得到提取率为(3.21±0.02)%，与理论值相一致，说明响应面方程可信，响应面法对半枝莲黄酮超声提取工艺的优化切实可行。

3 结 论

本实验采用Box-Behnken中心组合试验设计，优化超声提取半枝莲总黄酮的提取工艺。在单因素试验基础上，选择乙醇浓度，提取温度，超声功率作为因素水平。通过对各因素进行响应面分析，得出超声提取半枝莲总黄酮的最佳工艺条件为：乙醇浓度53.45%，提取温度45 ℃，超声功率230 W，在此条件下，提取率为(3.21±0.02)%。本实验所得结果为半枝莲黄酮的工艺优化提供了理论支持。

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泰山医学院学报编辑部

Response surface optimized ultrasonic-assisted extraction of flavonoids from scutellaria barbata D.Don

XU Jian-ling CHENG Di-di LIU Cai-hong

(College of Pharmaceutical, Taishan Medical University, Taian 271016，China)

Objective: To extract total flavonoids from Scutellaria Barbata by ultrasonic method.Methods: Based on single-factor experiments, Box-Behnken design combined with response surface methodology was used to optimize the effects of extraction variables of ethanol concentration, extraction temperature and ultrasonic power on flavonoids yield.The content of total flavonoids from Scutellaria barbata was determined by UV methods.Results: The optimal extraction conditions were ethanol concentration 53.45%, extraction temperature 45.0 ℃ and ultrasonic power 230 W.Under these conditions, the experimental yield (3.21±0.02)% agreed well with the predicted value.Conclusion: Ultrasonic technology was efficient on flavonoids extraction from scutellaria barbata.It can improve the extraction process of Scutellariae barbatae.

scutellaria barbata; total flavonoids; ultrasonic extracting; response surface analysis

国家级大学生创新创业训练计划(201510439080)。

徐建铃(1994—)，女，制药工程专业2013级本科生。

刘彩红，主要从事中药活性成分分析，E-mail: chliu@tsmc.edu.cn。

R917

A

1004-7115(2016)10-1098-04

10.3969/j.issn.1004-7115.2016.10.006

2016-07-16)