响应面法优化蛇床子中蛇床子素的酶法提取工艺

宁娜��+韩建军��+胡宇莉++邹宗尧��+郁建生

摘要：采用蛇床子素作为原料，通过酶法从蛇床子中提取蛇床子素，并以蛇床子素提取率为指标，研究料液比、酶种类、酶用量等因素的影响。在单因素试验基础上，选取酶用量、酶解温度、酶解时间以及酶解pH值进行了4因素3水平的Box-Behnken试验设计。结果表明，最优提取条件为料液比 1 g ∶[KG-*3]30 mL、酶用量（纤维素酶 ∶[KG-*3]果胶酶=1 ∶[KG-*3]1）10.4 mg/g、酶解温度46 ℃、酶解时间125 min、酶解pH值4.6，在此条件下蛇床子素的提取率可达95.13 %。

关键词：蛇床子；蛇床子素；复合酶；提取；响应曲面法

中图分类号： R284.2文献标志码：

文章编号：1002-1302（2016）08-0169-05

床子为伞形科植物蛇床[Cnidium monnieri （L.） Cuss.]的干燥成熟果实，具有燥湿祛风、杀虫止痒、温肾壮阳之功效，临床上用于阴痒带下、宫冷不孕等症[1]。蛇床子中含有香豆素类[2]、酚苷类[3]、挥发油[4]等多种化学成分，其中蛇床子素是蛇床子药材的质控成分[1]。体内药理研究表明蛇床子素具有抗炎[5]、神经保护[6]、降血糖[7]等活性。

目前已报道的从蛇床子中提取蛇床子素的方法主要有乙醇回流法[8-9]、超声法[10]、微波法[11]等。生物酶解技术是通过生物酶破坏植物细胞壁从而促进有效成分提取，该方法具有提取效率高、反应条件温和、专一性强且易于控制等优点[12-14]。现在越来越多的研究将生物酶解技术应用于中药有效成分的提取中，以达到提高有效成分的提取率、缩短提取时间、减少提取溶剂用量等目的[15-17]。采用生物酶解技术提取蛇床子中蛇床子素的研究尚未见报道。本研究采用生物酶提取蛇床子中蛇床子素成分，并通过响应面法优化该提取工艺，为蛇床子中蛇床子素的工业化生产提供参考。

1材料与方法

1.1试剂与仪器

蛇床子药材购于河北安国中药材市场，经鉴定为伞形科植物蛇床子[Cnidium monnieri （L.） Cuss.]的干燥成熟果实；蛇床子素标准品购自中国食品药品检定研究院；纤维素酶（酶活性为22 000 U/g）购自宁夏和氏璧生物技术有限公司；水为重蒸水，乙腈为色谱纯，其他试剂均为分析纯。

Agilent 1100高效液相色谱仪（手动进样器、在线脱气机、四元泵、DAD檢测器和Agilent ChemStation 色谱工作站），美国Agilent公司生产；SK8200H 超声清洗器，上海科导超声仪器有限公司生产；pHS-3C精密pH计，上海光学仪器厂生产；METTLER AE240型十万分之一电子天平，德国梅特勒公司生产；RE-2000A旋转蒸发器，上海亚荣生化仪器厂生产；DK-S26电热恒温水浴锅，上海精宏实验设备有限公司生产；FZ102微型植物粉碎机，天津泰斯特仪器有限公司生产。

1.2试验方法

1.2.1HPLC法测定蛇床子素的含量

1.2.1.1色谱条件Agiletn Zorbax SB-C18柱（5 μm，4.6 ×250.0 mm2）；流动相：乙腈/水（65/35，V/V）；流速：1.0 mL/min；柱温：30 ℃；检测波长：322 nm；进样量：10 μL。该色谱条件下理论塔板数以蛇床子素峰计算不低于3 000。该色谱条件下测定蛇床子素标准品及蛇床子药材得到的色谱图见图1。

1.2.1.2标准曲线的绘制精密称定蛇床子素对照品 12.5 mg 置于25 mL容量瓶中，并用无水乙醇定容至刻度，摇匀，分别精确量取此溶液0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL至10 mL容量瓶中，并用无水乙醇定容至刻度，摇匀。分别精密吸取上述所配制的对照品溶液各10 μL注入液相色谱仪，按照上述色谱条件测定。以测得的峰面积y为纵坐标，以标准品的进样浓度x（μg/mL）为横坐标绘制标准曲线。蛇床子素质量浓度在5～50 μg/mL 范围时，线性方程为y=18 467.46x-3 362.07，相关系数r=0.999 7，线性良好。

1.2.1.3蛇床子药材中蛇床子素的含量测定本研究所用的蛇床子药材按照《中国药典》2010版一部蛇床子项下方法进行含量测定，表明本试验中所用蛇床子药材中蛇床子素的含量为1. 65%。

1.2.2蛇床子素的提取及提取率的计算取干燥的蛇床子药材用中药材粉碎机粉碎，过40目筛，取10 g 蛇床子粉末加入一定量的生物酶后，再按照一定的料液比加入蒸馏水，在一定温度、pH值条件下酶解一定时间后，过滤，收集提取液，并将所得提取液浓缩后，用无水乙醇定容至100 mL，备用。用移液管精密吸取上述定容后的蛇床子提取液0.7 mL转移至50 mL容量瓶中，加无水乙醇定容至刻度，摇匀，所得溶液经0.45 μm 微孔滤膜过滤后，取续滤液10 μL按照上述色谱条件进行测定，并根据峰面积计算蛇床子素的提取率。蛇床子素提取率的计算公式：蛇床子素提取率=提取出的蛇床子素质量/蛇床子药材中蛇床子素质量×100%。

2结果与分析

2.1单因素试验

2.1.1酶种类对蛇床子素提取率的影响准确称取10 g蛇床子粉末，加300 mL 蒸馏水，分别加入酶用量为10 mg/g的纤维素酶、果胶酶、复合酶（纤维素酶 ∶[KG-*3]果胶酶=2 ∶[KG-*3]1、1 ∶[KG-*3]1、1 ∶[KG-*3]2），在酶解pH值为5.0、酶解温度为50 ℃的条件下酶解时间120 min后，过滤，收集滤液，并计算蛇床子素提取率，结果见图2。

由图2可知，与单一酶相比，由不同比例的纤维素酶和果胶酶组合成的复合酶对蛇床子中蛇床子素均有较好的提取效果。当纤维素酶和果胶酶按1 ∶[KG-*3]1组合用于酶解提取时，蛇床子素的提取率最高，因此选用复合酶（纤维素酶 ∶[KG-*3]果胶酶=1 ∶[KG-*3]1）提取蛇床子素。

2.1.2料液比对蛇床子素提取率的影响准确称取10 g蛇床子粉末，按照不同料液比（1 ∶[KG-*3]10、1 ∶[KG-*3]20、1 ∶[KG-*3]30、1 ∶[KG-*3]40、1 ∶[KG-*3]50，g ∶[KG-*3]mL）加入蒸馏水，在复合酶（纤维素酶 ∶[KG-*3]果胶酶=1 ∶[KG-*3]1）用量为10 mg/g、酶解pH值为5.0、酶解温度为50 ℃的条件下酶解时间120 min后，过滤，收集滤液，并计算蛇床子素提取率，结果见图3。

由图3可知，料液比小于1 g ∶[KG-*3]30 mL时，蛇床子素提取率随着溶剂用量的增加而增大。当料液比为1 g ∶[KG-*3]30 mL时蛇床子素提取率达到最大，此后随着溶剂用量的进一步增加，蛇床子素提取率呈下降趋势。这是由于过多的溶剂会使提取溶液中生物酶的有效浓度降低，同时，提取溶剂用量过大也会增加后续浓缩过程的工作量。因此提取溶剂的料液比选定为1 g ∶[KG-*3]30 mL。

2.1.3酶用量对蛇床子素提取率的影响准确称取10 g蛇床子粉末，加300 mL 蒸馏水，加入一定量的由纤维素与果胶酶按1 ∶[KG-*3]1组合成的复合酶（6、8、10、12、14 mg/g），在酶解pH值为5.0、酶解温度为50 ℃的条件下酶解时间120 min后，过滤，收集滤液，并计算蛇床子素提取率，结果见图4。

由图4可知，酶用量在6～10 mg/g时，蛇床子素提取率随酶用量的增加而明显升高，当酶用量超过10 mg/g时，蛇床子素提取率增加的趋势有所平缓。因此酶用量宜选择在 10 mg/g 左右。

2.1.4酶解温度对蛇床子素提取率的影响准确称取10 g蛇床子粉末，加300 mL 蒸馏水，复合酶（纤维素酶 ∶[KG-*3]果胶酶=1 ∶[KG-*3]1）用量为10 mg/g、酶解pH值为5.0，在一定酶解温度（30、40、50、60、70 ℃）下酶解120 min后，过滤，收集滤液，并计算蛇床子素提取率，结果见图5。

由图5可知，当酶解温度低于50 ℃时，蛇床子素提取率随着酶解温度的升高而增加，当酶解温度达到50 ℃时，蛇床子素提取率达到最大。随着酶解温度的进一步升高，蛇床子素提取率有所下降。这是因为低于生物酶的最适温度时，温度升高可促进生物酶活性的增强，而高于生物酶的最适温度时可引起酶蛋白的变性，从而降低生物酶的催化活力。因此酶解温度宜选择在50 ℃左右。

2.1.5酶解时间对蛇床子素提取率的影响准确称取10 g蛇床子粉末，加300 mL 蒸馏水，在复合酶（纤维素酶 ∶[KG-*3]果胶酶=1 ∶[KG-*3]1）用量为10 mg/g、酶解pH值为5.0、酶解温度为 50 ℃ 的条件下酶解一定时间（60、120、180、240、300 min）后，过滤，收集滤液，并计算蛇床子素提取率，结果见图6。

由图6可知，酶解时间在60～120 min时，蛇床子素提取率随着酶解时间延长而明显升高。当酶解时间超过120 min时，蛇床子素提取率增加的趋势有所平缓。因此酶解时间宜选在120 min左右。

2.1.6酶解pH值对蛇床子素提取率的影响准确称取 10 g 蛇床子粉末，加300 mL蒸馏水，复合酶（纤维素酶 ∶[KG-*3]果胶酶=1 ∶[KG-*3]1）用量为10 mg/g、酶解pH值为5.0、酶解温度为50 ℃，在一定pH值（3.0、4.0、5.0、6.0、7.0）的条件下酶解120 min后，过滤，收集滤液，并计算蛇床子素提取率，结果见图7。

2响应面分析响应曲面陡峭程度可反映各个因素及因素交互作用对蛇床子素提取率影响的强弱。由图8可知，在各个因素中，酶用量对蛇床子素提取率的影响最大，酶解pH值的影响次之，酶解温度和酶解时间的影响均较小；交互作用中，酶用量与酶解温度、酶解温度和酶解pH值的交互作用对蛇床子素提取率影响较强，而酶用量与酶解时间、酶用量与酶解pH值、酶解温度与酶解时间、酶解时间与酶解pH值交互作用的影响较弱，与上述方差分析结果一致。

2.2.3最佳工艺条件及模型验证经过Design-Expert 8.0.6 软件分析，结合单因素试验结果，得到酶法提取蛇床子中蛇床子素的最佳工艺条件为料液比 1 g ∶[KG-*3]30 mL、酶用量（纤维素酶 ∶[KG-*3]果胶酶=1 ∶[KG-*3]1）10.44 mg/g、酶解温度45.99 ℃、酶解时间124.64 min、酶解pH值4.58，蛇床子中蛇床子素的理论提取率为95.43%。为验证方法的可行性，采用上述条件对蛇床子中蛇床子素进行提取，考虑到试验操作的可控性，将得到的优化条件修正为料液比1 g ∶[KG-*3]30 mL、酶用量（纖维素酶 ∶[KG-*3]果胶酶=1 ∶[KG-*3]1）10.4 mg/g、酶解温度46 ℃、酶解时间 125 min、酶解pH值4.6，进行3组平行试验，测定蛇床子素的实际平均提取率为95.13 %，试验结果与模型预测相对误差仅为 0.3%，较为接近，验证了响应曲面法回归模型的合理性。通过本试验结果与已经报道的文献结果[8-11]对比，可知生物酶解技术可有效提高蛇床子中蛇床子素的提取率，不仅可减少有机溶剂的使用，同时极大地缩短了提取时间，可为工业生产提供参考。

3结论

通过单因素试验、Box-Behnken试验设计及响应面分析，得到优化的酶法提取蛇床子中蛇床子素的工艺提取条件为料液比1 g ∶[KG-*3]30 mL、酶用量（纤维素酶 ∶[KG-*3]果胶酶=1 ∶[KG-*3]1）10.4 mg/g、酶解温度46 ℃、酶解时间125 min、酶解pH值 4.6，在此条件下蛇床子素的提取率可达95.13 %，

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