壮药一匹绸中咖啡酸最优提取工艺研究

李丹妮，吴佳雯，蒋丽娟，刘苏妮，朱 华

(1.广西民族大学 化学化工学院 广西多糖材料与改性重点实验室，广西 南宁 530006；2.广西中医药大学 药学院，广西 南宁 530200)

壮药一匹绸别名白面水鸡、白背丝绸、白牡丹等，属于旋花科植物类ArgyreiaacetaLour的茎叶，具有消炎解毒、祛风祛湿、缓解咳嗽、止血散癖及镇痛等功效；用于治疗许多常见的病症，如风湿疼痛、慢性气管炎等，也可以治疗一些硬化病，如肾炎水肿和肝硬化腹水等。一匹绸药材一般分布于崇左市、贵港市、防城港以及武鸣县等广西各个区域，是自治区中医常用的解毒药之一，内治咳嗽、肾炎水肿以及筋脉不舒等症状，外用于治疗梅毒，其所含的有效成分咖啡酸，与临床治疗密切相关。采用微波、紫外、超声波三位一体合成萃取反应仪提取一匹稠中的咖啡酸，充分利用超声波具有的热效应、空化效应以及机械效应，经过增加介质分子的运动速率和增大其透射力来提炼中药的有效成分[1-2]。微波提取是通过高频电磁波透射物质的介质，从而作用于物质中的维管束以及腺胞体系的过程[3-4]。通常，热提取是以热传导以及热辐射这种形式从外面向里面施加影响，然而微波提取是以偶极子的转动与离子间的传导这两个过程从里面和外面同步加热[5-6]。同其他常用提取手段相比，微波提取手段具有用时短、低温操作、能耗小且质量好等优点[7]。本研究采用微波-超声波提取一匹绸中的咖啡酸，发现咖啡酸提取率与文献报道[8]的提取率相比，有很大提高，现将研究过程报道如下。

1 仪器与材料

1.1 仪器

U Wave-1000型微波紫外超声波三位一体合成萃取反应仪(上海新仪微波化学科技有限公司)；Agilent Cary60分光光度计(Agilent Technologies)、DHG·9240A 电热鼓风干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司)；粉碎机(浙江大鹏机械有限公司)、LD5-2A型低速离心机(上海珂淮仪器有限公司)。

1.2 试剂

咖啡酸(上海阿拉丁生化科技股份有限公司)；无水乙醇、甲醇等均为分析纯；本研究所用纯水为实验室自制。

1.3 药材

本研究所用壮药一匹绸的产地为广西崇左，经广西中医药大学药学院中药鉴定教研室鉴定为真品。本研究所用一匹绸药材样品，均为旋花科植物白鹤藤的地上部分。

2 研究方法与结果

2.1 咖啡酸标准曲线的绘制

分别称量咖啡酸标准品，用甲醇将其定容至25 mL的容量瓶中，将其稀释为浓度分别为1 mg/mL、2 mg/mL、3 mg/mL、4 mg/mL、5 mg/mL的标准溶液。最后以X轴和Y轴分别表示质量浓度(mg/mL)和吸光度(Abs)，得到回归方程：y= 0.949x-0.007 9，R2=0.999 5。见图1。

图1 咖啡酸标准溶液浓度曲线

2.2 单一因素实验

2.2.1 反应时间 称量一匹绸5份，每份2.0g，按提取条件：微波-超声波功率300 W，料液比1∶90，乙醇体积分数95%、30 ℃，分别提取10 min、15 min、20 min、25 min和30 min，得出咖啡酸最佳提取工艺的反应时间为20 min。见图2。

图2 反应时间对咖啡酸提取率的影响

2.2.2 乙醇体积分数 称量一匹绸适量，每份2.0 g，按提取条件：30 ℃，微波-超声波功率300 W，反应时间20 min，料液比为1∶90。依次用45%、55%、65%、75%、85%、95%的乙醇溶液提取一匹绸咖啡酸，最佳提取工艺的乙醇体积分数为85%。见图3。

图3 乙醇体积分数对咖啡酸提取率的影响

2.2.3 料液比 称量一匹绸适量，每份2.0 g，按提取条件：30 ℃，微波-超声波功率300 W，85%乙醇，反应时间20 min，将一匹绸药分别以料液比为1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70、1∶80、1∶90分别提取。本实验设定最大的微波-超声波功率300 W、最佳的乙醇体积分数为85%和最优的反应时间20 min，将8份一匹绸药品分别按料液比1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70、1∶80、1∶90来提取，结果最佳提取的料液比为 1∶70。见图4。

图4 料液比对咖啡酸提取率的影响

2.2.4 微波-超声波功率 称量一匹绸适量，每份2.0 g，按提取条件：30 ℃，85%乙醇，反应时间20 min，料液比1∶70，分别用微波-超声波功率100 W、150 W、200 W、250 W、300 W提取，结果最佳提取微波-超声波功率为200 W。见图5。

图5 微波-超声波功率对咖啡酸提取率的影响

2.2.5 提取次数 称量一匹绸适量，每份2.0 g，按提取条件：30 ℃，85%乙醇，反应时间20 min，料液比1∶70，微波-超声波功率200 W，分别提取1次、2次、3次，结果最佳提取次数为2次。见图6。

图6 提取次数对咖啡酸提取率的影响

2.3 正交实验

采用“Design-Expert 8.0.6b ”软件优化一匹绸中咖啡酸的提取工艺。每一个考察对象设置3组水平，分别以代码“-1、0、+1”来表示。见表1。

表1 正交实验因素与水平

3 结果与分析

3.1 一匹绸咖啡酸不同提取方法的二次回归正交旋转组合设计

根据以上实验，可得最佳提取工艺：反应时间20 min，乙醇体积分数85%，料液比1∶70，微波-超声波功率200 W。根据实验结果，以反应时间、微波-超声波功率与乙醇体积分数作为最主要的参考对象。在这三个最佳的参考对象前后各设计一组数据实验，通过 Design-Expert V8.0.6 软件进行二次回归正交旋转组合设计，选取 17种组合方法来进行提取。见表2、表3。

表2 咖啡酸不同方法提取所得含量

3.2 不同提取方法对咖啡酸含量互作效应的影响分析

根据图7、图8和图9，不同的微波-超声波功率、反应时间和乙醇体积分数对咖啡酸提取率的交互效应有以下影响：①在微波-超声波功率恒定时，随着反应时间的递增，咖啡酸的提取率略有增加，但变化的幅度不明显。随着乙醇的体积分数递增，咖啡酸的提取率出现先升后降的趋向；②在反应时间恒定时，随着微波-超声波功率的递增，咖啡酸的提取率出现先升后降的趋向，并且在15 min 左右有峰值出现。随着乙醇体积分数的增加，咖啡酸的提取率先上升后下降，且变化趋势明显；③在乙醇体积分数恒定的条件下，随着反应时间的递增，咖啡酸的提取率出现“先升后降”的趋向，但变化的幅度不明显。即使微波-超声波功率有递增，但咖啡酸的提取率变化不大。见图7、图8、图9。

3.3 软件模拟的最优方案

由表4可知，由Design-Expert.V 8.0.6软件设计分析得到的最优方案，即本实验理论最佳的反应时间(A)为16.60 min、最优的微波-超声波功率(B)为250.00 W、最优的乙醇体积分数为83.07%，咖啡酸的提取率：Y=339.71 mg/g。

图8 乙醇体积分数和反应时间对咖啡酸提取率的响应曲面

图9 乙醇体积分数和微波-超声波功率对咖啡酸提取率的响应曲面

表4 软件分析结果

3.5 验证实验

由软件分析得出的最佳工艺数据，应验证其是否稳定且高效。以最佳反应温度30 ℃、最佳反应时间16.60 min、最佳乙醇体积分数83.07%、最佳料液比1∶70，按微波-超声波功率250.00 W分别提取，检测吸光度，平均测定3次，由咖啡酸标准曲线方程：y= 0.949x-0.007 9，R2=0.999 5。最终得到咖啡酸平均提取率为341.61 mg/g，与预测值(339.71 mg/g)非常接近，说明软件模拟出的方案可运用于实际生产中。见图10。

图10 五个样品在最优提取条件下对咖啡酸的提取率

4 讨论

本研究依照“绿色环保、高效节能”的理念，采用热效应、空化效应及机械力效应结合微波及偶极子转动与离子间的传导原理，通过微波-超声波对一匹绸中咖啡酸进行提取。采用Design-Expert V8.0.6 软件，分析得出了最优提取工艺：反应时间16.60 min，乙醇体积分数83.07%，微波-超声波功率250.00 W，并对其进行了验证。结果一匹绸中咖啡酸平均提取率为341.61 mg/g，与理论值(339.71 mg/g)非常接近，表明试验方法具有可行型，还具有节能、省时和高效的特点，这为围绕一匹绸的新药研发提供了科学依据。