响应面优化薄荷挥发油的提取工艺及其抗氧化性能研究

罗 凤,龙 旭,高晓敏,齐巧明,雷亚婷,靳如意,郭 惠

(陕西中医药大学 药学院，陕西 咸阳 712046)

薄荷(MenthahaplocalyxBriq)为唇形科薄荷属草本芳香植物，又名水薄荷、人丹草、苏薄荷和夜息花等[1～4]。薄荷作为传统中药，其挥发油主要为多种单萜类化学物，具有清利头目、除臭、利咽、抑菌、抗氧化、防蚊虫、镇痛、疏风散热、解痉、疏肝行气等功效，被广泛用于医药和食品等领域[5～12]。研究以薄荷作为原料，采用水蒸气蒸馏法提取其挥发油组分，考察提取工艺参数，利用响应面法对薄荷挥发油的最佳提取工艺参数进行优化再考察其体外抗氧化性能，为薄荷资源的开发利用提供理论依据。

1 实验部分

1.1 实验试剂与仪器

1.1.1 实验试剂 薄荷，石油醚(60%)，无水乙醇(AR)，氯化钠(AR)，无水硫酸钠(AR)，1,1-二苯基-2-苦肼基(DPPH，AR)，去离子水实验室自制。

1.1.2 实验仪器 电子天平，粉碎机，20目标准筛，250mL分液漏斗，500 mL三颈烧瓶，恒温磁力搅拌器，电热鼓风干燥箱，紫外-可见分光光度计，循环水多用真空泵。

1.2 实验步骤及表征

1.2.1 薄荷挥发油水蒸气蒸馏提取 将薄荷置于干燥箱中于30 ℃干燥24 h，粉碎过20目筛备用。称取一定量的薄荷细粉置于500 mL三颈烧瓶中，加入适量二次蒸馏水，浸泡一段时间，于100 ℃条件下回流一段时间，获得蒸馏液。转入分液漏斗中加入2.0 g氯化钠促进油水分离，静置24 h，加入适量无水硫酸钠对其进行干燥处理，纯化后称重，并用下式计算薄荷挥发油的提取率：

1.2.2 薄荷挥发油最佳提取工艺参数的考察 主要有:

(1)最佳料液比的确定。准确称取45.0 g薄荷干花细粉于500 mL三颈烧瓶中，分别按不同料液比(1∶7、1∶8、1∶9和1∶10)加入去离子水，室温密闭浸泡1.0 h于100 ℃回流1.5 h，获得薄荷蒸馏液。将薄荷蒸馏液转至分液漏斗中，加入3.0 g氯化钠，加速水油分离，静置24 h后，分出上层油状物，加入2.0 g无水硫酸钠去除残留水分，过滤得纯净薄荷挥发油，最后称重。

(2)最佳浸泡时间。准确称取45.0 g薄荷细粉于500 mL三颈烧瓶中，按料液比为1∶9加入去离子水，室温分别密闭浸泡不同时间(0h、1.5 h、3.0 h和4.5 h)，在100 ℃条件下回流1.5 h，获薄荷蒸馏液。与料液比实验类似分液、除水、称重。

(3)最佳提取时间。准确称取45.0 g薄荷干花细粉于500 mL三颈烧瓶中，按料液比为1∶9加入去离子水，室温密闭浸泡1.5 h后在100 ℃条件下分别回流不同时间(1.5 h、3.0 h、4.5 h和6.0 h)，获得薄荷蒸馏液。与料液比实验类似分液、除水、称重。

1.2.3 抗氧化研究 分别以挥发油浓度和DPPH·自由基清除率作为横坐标和纵坐标作图，获得薄荷挥发油浓度与自由基清除率的关系图谱。于517 nm波长下，通过测定吸光度值的变化，对薄荷挥发油抗氧化活性的稳定性进行研究。样品溶液对DPPH?自由基的清除能力按下式计算：

2 结果与讨论

2.1 料液比对薄荷挥发油提取率的影响

图1为料液比变化对薄荷挥发油提取率的影响趋势。薄荷颗粒与去离子水充分接触可促使挥发油类有效物质充分转移至溶剂中，从而提高挥发油提取率。但当料液比超过1∶9后，溶剂水用量提高使薄荷粉在水中所占比例减少，同时后处理过程中挥发油损失增加导致提取率下降。因此，最佳料液比应控制为1∶9。

2.2 浸泡时间对薄荷挥发油提取率的影响

图2位浸泡时间对薄荷挥发油提取率的影响，薄荷颗粒在溶剂中浸泡时间延长，水分子逐步向薄荷中进行扩散，促使挥发油提取率逐步增加，当浸泡时间达到1.5 h时，提取率最大。因此，随着浸泡时间越长，扩散越完全，提取的挥发油含量就越高。但浸泡时间过长，挥发油提取率反而呈现下降趋势。因此，最佳浸泡时间为1.5 h。

2.3 提取时间对薄荷挥发油提取率的影响

图3为提取时间对挥发油提取率的影响趋势，延长提取时间挥发油提取率先增大后减小，当提取时间为3.0 h时，挥发油提取率最大。随着提取时间的增长，溶剂水将干燥的薄荷颗粒充分浸润后并将有效成分溶解出来，使挥发油的提取率逐步增加。但在有效成分扩散完成的前提下，当提取时间过长，反而会导致挥发油中的有效成分挥发损失而降低总的提取率。综合考虑提取时间为3.0 h最好。

2.4 响应面法实验设计方案及结果

综合考虑薄荷挥发油提取过程中的工艺参数：料液比(A)，浸泡时间(B)，提取时间(C)对挥发油提取率的影响，根据Box-Behnken的设计原理，设计了3个因素，每个因素3个水平，见表1。

表1 响应面因素与水平

以挥发油提取率作为因变量，采用Design-Expert软件对各因素进行拟合，得到二次回归方程：Y=1.16+0.0237A+0.0925B+0.0713C-0.0425AB+0.07AC+0.0475BC- 0.1708A2- 0.0833B2- 0.2608C2，R2= 0.9910。采用Design-Expert软件拟合分析2个自变量的交互作用对薄荷挥发油收率影响的三维响应面图，如图4所示。料液比与浸泡时间交互效应显著，浸泡时间与提取时间交互效应显著，料液比与提取时间交互效应较弱。经Design-Expert软件分析回归模型的挥发油的最优提取条件为料液比0.137 g·mL-1，浸泡时间1.503 h，提取时间3.013 h，在此条件下挥发油提取率为1.174%。

2.5 验证试验

结合软件拟合结果和实验操作条件，确定薄荷挥发油的最优提取工艺参数为料液比为1∶9，浸泡1.5 h，提取3.0 h，重复提取3次，薄荷挥发油提取率为1.16%，相对平均偏差为0.87%，说明基于Box-Behnken实验设计获得的最佳提取工艺参数可靠，具有实用价值。

2.6 薄荷挥发油的抗氧化性能

图5为薄荷浓度变化对其抗氧化性能的影响规律。从图5可知，挥发油浓度对DPPH·自由基的清除率影响较大。从图5可知，薄荷挥发油对DPPH·自由基有一定的清除活力，随着挥发油浓度的增加，抗自由基活性持续升高，这说明挥发油浓度和抗氧化性能之间具有明显的浓度依赖效应，当浓度达到80 mg·mL-1时，自由基清除率可达到53.21%。

3 结论

基于薄荷的药用价值，以薄荷作为原料，考察料液比、浸泡时间和提取时间对挥发油提取率的影响规律。通过响应面发建立薄荷挥发油水提法的二次多项式数学模型，考察了提取工艺参数之间的交互作用，获得最佳提取工艺参数。利用清除DPPH·自由基法考察薄荷挥发油的抗氧化性能，结果表明薄荷挥发油具备明显的抗氧化性能，为薄荷产品的进一步开发提供理论依据。