响应面法优化栀子油提取工艺研究

张风波， 罗光明， 肖日传， 袁源见， 李 波， 谢 晶 (江西中医药大学 药学院， 南昌 330004)

栀子为市面上常见大宗药材之一，来源于茜草科植物栀子(GardeniajasminoidesEllis)的干燥成熟果实[1]，是江西省道地药材。栀子具有泻火除烦、凉血解毒、清热利尿的功效[2]。栀子成熟果实中含有大量的油类成分，含油量在15%～20%，且栀子油中脂肪酸含量达到80%左右，主要是亚油酸及油酸[3-4]。现代药理学研究表明，栀子油中所含的不饱和脂肪酸、甾醇、谷维素、维生素E等成分，具有保肝、降血脂、抗肿瘤、镇静催眠、抗衰老及促进学习记忆的作用[5-8]。

目前，栀子油的提取主要有压榨法、溶剂法、超临界CO2萃取法。传统压榨法存在出油率低，容易造成原料的浪费及所得油颜色深等问题；超临界CO2萃取法虽然出油率会提升，但造价昂贵，难以进行规模化应用[9]；溶剂提取法具有提取率高、操作简单方便、提取纯度高的特点，不足之处是溶剂的分离去除较困难[10]。目前栀子油的药理学及成分分析研究大多在实验室中进行，因为溶剂法得率相对较高，便于后续研究，故多采用索氏提取法进行栀子油的提取。响应面分析法是一种集数学分析及统计学分析于一体的优化方法，与正交设计相比较，响应面优化结果表现大多为弯曲面，比较适合非线性模型的拟合，并且得到的预测值及实测值偏差较小，近年多变量问题大多用此方法来解决[11-14]。本文结合目前对栀子油的研究，以栀子为原料，用石油醚提取栀子油，采用响应面法优化提取工艺，以期为栀子油的进一步开发利用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 原料与试剂

栀子由江西省九江市湖口县顺昌栀子药材基地提供，经江西中医药大学中药资源学科罗光明教授鉴定为茜草科植物栀子(GardeniajasminoidesEllis)的干燥成熟果实，药材存放于江西中医药大学实验大楼C座种质资源室；石油醚(沸程60～90℃)，分析纯，西陇化工股份有限公司。

1.1.2 仪器与设备

HH-4数显恒温水浴锅，高速中药粉碎机，旋转蒸发器，循环水真空泵，GZX-9070MBE数显鼓风干燥器。

1.2 试验方法

1.2.1 原料预处理

通过筛选、分拣、清理等，除去栀子中的碎壳及霉变的栀子，清理后的栀子不得含有树叶、枝条等杂质。然后将桅子置于50℃的烘箱中干燥10 h，用高速中药粉碎机粉碎过20目筛，得栀子粉，装于真封袋中冷藏备用。

1.2.2 溶剂法提取栀子油

在圆底烧瓶中加入一定量的栀子粉，加入石油醚，一定温度下索氏提取一定时间[15]，旋蒸，除尽提取溶剂，得到栀子油，称重，计算栀子油得率。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 提取时间对栀子油得率的影响

在料液比1∶4、提取温度85℃条件下，考察不同提取时间对栀子油得率的影响，结果如图1所示。

由图1可以看出，在2～3 h范围内，随提取时间的延长，栀子油得率不断提高，并且增长速度很快；当提取时间在3～6 h之时，栀子油得率缓慢下降。其可能原因是随着提取时间的延长，提取体系的渗透压会慢慢趋于平衡。时间过长栀子油得油率反而下降，可能与提取溶剂的挥发有关。因此，选取提取时间3 h进行响应面试验。

图1 提取时间对栀子油得率的影响

2.1.2 提取温度对栀子油得率的影响

在料液比1∶4、提取时间3 h条件下，考察不同提取温度对栀子油得率的影响，结果如图2所示。

图2 提取温度对栀子油得率的影响

由图2可以看出，当提取温度在70～80℃时，栀子油得率随着提取温度的升高迅速增加，这是因为温度急剧升高增加了溶剂分子和油脂分子的动能，对油性分子扩散过程有利；但是当提取温度接近溶剂石油醚的沸程顶端时，栀子油得率反而呈下降趋势，其可能原因是石油醚挥发剧烈，造成栀子油得率下降。同时提取温度过高，能耗也会增加。综合考虑，选取提取温度80℃进行响应面试验。

2.1.3 料液比对栀子油得率的影响

在提取时间3 h、提取温度80℃条件下，考察不同料液比对栀子油得率的影响， 结果如图3所示。

图3 料液比对栀子油得率的影响

由图3可以看出，刚开始栀子油得率随着料液比的增加而逐渐增大，但当料液比超过1∶5时，得率逐渐趋于平衡。其可能原因是对于一定量的栀子粉来说，随着提取溶剂石油醚的增多，浓度差也随之增大，从而提高了栀子油到溶剂的扩散速度，使得栀子油得率升高。继续增加石油醚用量，栀子油得率趋于平衡，同时溶剂用量过大会造成资源浪费。综合考虑，选取料液比1∶5进行响应面试验。

2.2 响应面优化试验

在单因素试验的基础上，确定提取时间、提取温度和料液比3个因素，以栀子油得率(Y)为响应值，采用Box-Behnken试验原理对栀子油提取工艺进行优化。因素水平见表1，响应面试验设计及结果见表2，回归模型方差分析见表3。

表1 因素水平

表2 响应面试验设计及结果

表3 回归模型方差分析

在所选取的各因素水平范围内，A、B、C、A2、B2、C2的P值均小于0.05，说明这几个因素对栀子油得率有显著影响；本模型中3个因素对栀子油得率的影响大小顺序为：提取温度> 提取时间> 料液比。

2.3 验证试验

经响应面回归分析得到的栀子油最佳提取工艺条件为提取时间 4 h、提取温度 81.2℃、料液比1∶5.23,在此条件下栀子油得率的理论值达到19.37%。考虑到实际操作及提取溶剂的经济价值，实际试验中将最佳工艺条件修正为提取时间4 h、提取温度 81℃、料液比1∶5。在最佳工艺条件下，进行验证试验测得栀子油得率为 19.21%，与理论值吻合，说明Box-Behnken设计响应面法得到的提取条件相对可靠。

3 结 论

本研究在单因素试验基础上，通过响应面分析对栀子油提取工艺进行优化，然后用Design-Expert 8.0.6软件对结果分析，得到回归方程，综合分析结果及试验实际操作，最终得到栀子油最佳提取工艺条件为提取时间4 h、提取温度81℃、料液比1∶5。在最佳工艺条件下，栀子油得率达到了19.21%，与理论值吻合，因此响应面法优化栀子油提取工艺是可行的。

[1] 国家药典委员会.中华人民共和国药典:一部[M].北京:中国医药科技出版社,2015:248.

[2] 廖夫生. 中药栀子研究进展[J]. 广州化工,2013,41(1):12-13,21.

[3] 杨冀艳,许世晓,胡磊. 超声波辅助提取栀子油及其脂肪酸组成分析研究[J]. 食品科学,2008,29(11):246-249.

[4] 李昊阳,王飞运,刘华敏,等. 不同方法制备的栀子果油的理化性质比较[J]. 现代食品科技,2016,32(9):209-215.

[5] 张风波,罗光明,肖日传,等. 栀子油对四氯化碳所致小鼠急性肝损伤的保护作用[J]. 中国油脂,2017,42(7):128-131.

[6] 李宝莉,陈雅慧,杨暄,等. 栀子油的提取和对中枢神经系统的作用[J]. 第四军医大学学报,2008,29(23):2152-2155.

[7] 刘继平,许海,胡锐,等. 栀子油对S180荷瘤小鼠肿瘤生长及胸腺、脾指数的影响[J]. 西北药学杂志,2010,25(2):112-114.

[8] 李宝莉,陈雅慧,胡锐,等. 复方酸枣仁油栀子油对小鼠的镇静、催眠和抗惊厥作用[J]. 南方医科大学学报,2008,28(9):1636-1639.

[9] 包亚妮,董建青,贺文浩,等. 二次通用旋转组合设计法优化超临界CO2萃取栀子油的工艺研究[J]. 中国粮油学报,2011,26(5):66-70, 75.

[10] 袁源见,罗光明,魏春华,等. 响应面优化超声波提取栀子油脂工艺研究[J]. 世界科学技术:中医药现代化,2016,18(7):1206-1211.

[11] 龙云飞,王沛佩,杨克迪,等. 响应面法优化亚麻籽油提取工艺[J]. 食品科学,2012,33(14):45-49.

[12] 王鸿,邓泽元,刘蓉,等. 响应曲面法优化山蕗菜根多糖的提取工艺[J]. 食品科学,2010,31(2):46-50.

[13] 姚笛,马萍,王颖,等. 响应面法优化玉米芯中木聚糖的提取工艺[J]. 食品科学,2011,32(8):111-115.

[14] 李静,姚茂君,李俊,等. 响应面法优化牡丹籽油的水酶法提取工艺[J]. 中国油脂,2014,39(10):14-18.

[15] 韩雅珊. 食品化学实验指导[M].北京:中国农业大学出版社,1992:25-27.