響應面優化提取決明子游離蒽醌工藝

李 佳，吳朝霞,*，張 旋，張 琦，徐亞平

(1.沈陽農業大學食品學院，遼寧 沈陽 110866；2.朝陽工程技術學校，遼寧 朝陽 122000)

響應面優化提取決明子游離蒽醌工藝

李 佳1，吳朝霞1,*，張 旋1，張 琦1，徐亞平2

(1.沈陽農業大學食品學院，遼寧 沈陽 110866；2.朝陽工程技術學校，遼寧 朝陽 122000)

通過超聲波提取對決明子中游離蒽醌的工藝條件進行探討，研究乙醇體積分數、超聲波溫度、超聲波時間和料液比對游離蒽醌提取率的影響。通過響應面試驗方法對決明子中游離蒽醌的超聲波提取工藝條件進行優化。結果表明，游離蒽醌提取的最佳工藝條件：以80%乙醇溶液為超聲提取溶劑、液料比15∶1(mL/g)、提取溫度65℃、提取時間30min、超聲功率100W，該條件下游離蒽醌的提取率為28.32%。因此采用響應面法優化得到的提取條件準確可靠，并且提取率較高，具有使用價值。

決明子；超聲波；游離蒽醌；響應面試驗

決明子(Cassia obtusifolia L.)，又名草決明、千里光、還瞳子、馬蹄子、夜拉子等，為豆科植物決明或小決明的干燥成熟種子，具有清肝明目、潤腸通便之功效，為臨床常用中藥[1]。早在《神農本草經》中就有“久服能益精光，輕身”等記載，被列為120種“為君主養命以應天”的上藥之一[2]。其性味甘、苦、咸、微寒，善入肝、腎、大腸經，是國家衛生部公布的69種藥食同源的物質之一[3]。蒽醌類為決明子的主要功效成分之一[4]，在生品決明中含量為1.2%，小決明中含量約為1.1%。目前文獻已報道的蒽醌類化合物就有30多種[5-6]。決明子中結合蒽醌含量約為1.01%～1.29%，游離蒽醌的含量約為0.01%～0.04%。決明子蒽醌苷元的主要成分是大黃酚，含量為0.27%[7]，其中小決明的大黃酚含量比決明高6倍，生品決明比炒決明高[8]。另外決明子中還含有紅鐮玫素、決明子苷和決明子苷B等成分[9]?，F代研究證明決明子具有降血壓、降血脂、保肝、抑菌及抗突變等作用[10]，具有廣闊的開發利用前景?，F有研究決明子游離蒽醌提取工藝條件的文獻很少，因此有必要對游離蒽醌的提取最佳工藝條件做更深入的研究。

超聲波是一種高頻機械波。它在溶液體系中產生的聲空化的過程——液體中空腔的形成、振蕩、生長、收縮至崩潰，是集中聲場能量并瞬間釋放的過程[11]。在這種特殊的物理環境下，使處于空化中心附近的細胞受到嚴重的損傷以至破壞，從而使細胞中的有效成分得以釋放，直接與溶劑接觸并溶解在其中，從而提高了有效成分的提出率[12-13]。

本實驗擬應用超聲波技術輔助提取游離蒽醌，并就影響游離蒽醌提取率的幾個重要因素作系統研究。通過響應面法對乙醇體積分數、超聲波提取溫度以及超聲波提取時間進行優化，得到游離蒽醌最佳的提取工藝，為進一步研究游離蒽醌提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

決明子 沈陽市南五馬路藥材市場；1,8-二羥基蒽醌標準品 Sigma-Alderich(上海)貿易有限公司；其他試劑均為分析純。

KQ-250DB型數控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；WFJ7200型可見分光光度計 尤尼柯(上海)儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 游離蒽醌的提取

決明子蒽醌類成分的提取：決明子經粉碎后過40目篩。精確稱取5.0g決明子粉于100mL燒杯中，乙醇浸潤，密閉，電磁攪拌。然后調超聲波功率100W，在一定溫度下用超聲波提取一定時間，趁熱抽濾，測定提取液體積，取適量濾液置于容量瓶中，留作待測液。

響應面試驗：在單因素試驗基礎上，選取對游離蒽醌提取率影響較大的因素，根據Box-Benhnken試驗設計原理，設計三因素三水平的響應面分析試驗，研究乙醇體積分數、超聲波提取溫度和提取時間及其交互作用對決明子游離蒽醌提取率的影響。

1.2.2 游離蒽醌的測定

標準曲線的確定：以0.5%醋酸鎂-甲醇為溶劑制備0.1mg/mL l,8-二羥基蒽醌標準液，分別精密量取0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mL，置于10mL容量瓶中，加溶劑定容至刻度，搖勻，于波長510nm處測定其吸收度，以0.5%醋酸鎂-甲醇溶液作空白對照，1,8-二羥基蒽醌質量濃度在5～30μg/mL范圍內的標準曲線方程為：Y＝0.3332X＋0.0294，R2＝0.9954。

游離蒽醌的測定：吸取各提取液2mL于分液漏斗中，加水3mL劇烈搖動，用8mL和7mL氯仿萃取2次，加2mL蒸餾水洗滌，收集氯仿液，水浴上蒸干，殘渣加5mL 0.5%醋酸鎂-甲醇液溶解，于波長510nm處測吸光度，計算樣品中游離蒽醌的含量。

2 結果與分析

2.1 乙醇體積分數對決明子游離蒽醌提取率的影響

由圖1可知，在超聲波溫度6 5℃、超聲波時間30min、液料比10∶1(mL/g)的條件下，乙醇體積分數為55%～85%時提取率緩慢增長，但當乙醇體積分數達85%以后提取率明顯降低。這可能是由于決明子中的蒽醌易與糖結合成甙，在測定時水浴蒸發提取劑，甙溶于熱水中從而使游離蒽醌升華量減少，而在高體積分數乙醇溶液中由于乙醇沸點比水低，容易蒸發，使游離蒽醌隨乙醇蒸發而升華損失。因此，乙醇中含一定量的水可減少游離蒽醌的損失[14]。

圖1 乙醇體積分數對游離蒽醌提取率的影響Fig.1 Effect of ethanol concentration on extraction rate of free anthraquinone

2.2 超聲波溫度對決明子游離蒽醌提取率的影響由圖2可知，在乙醇體積分數85%、超聲波時間30min、液料比10∶1條件下，隨著超聲波溫度的升高游離蒽醌的提取率也增加，超聲波溫度70℃時得到最高的提取率，但當超聲波溫度超過70℃后呈下降趨勢，故超聲波提取溫度為70℃左右時較為適宜。

圖2 超聲波溫度對游離蒽醌提取率的影響Fig.2 Effect of uextraction temperature on extraction rate of free anthraquinone

2.3 超聲波時間對決明子游離蒽醌提取率的影響

圖3 超聲波時間對游離蒽醌提取率的影響Fig.3 Effect of ultrasonic treatment time on extraction rate of free anthraquinone

由圖3可知，在乙醇體積分數85%、超聲波溫度65℃、液料比10∶1的條件下，隨著超聲波時間的延長游離蒽醌的提取率增加，超聲波時間為28～30min時得到較高的提取率，但當超聲波時間超過30min后呈下降趨勢。隨著時間的延長，提取率提高；時間過短，溶出物少且蒽醌含量低；時間過長，隨著超聲波對細胞膜破碎作用的加大，溶液中溶出物增加，但雜質含量也相應增加，影響提取質量[15]。

2.4 液料比對決明子游離蒽醌提取率的影響

圖4 液料比對游離蒽醌提取率的影響Fig.4 Effect of liquid-to-material ratio on extraction rate of free anthraquinone

由圖4可知，在乙醇體積分數85%、超聲波溫度65℃、超聲波時間30min的條件下，隨著液料比的增加游離蒽醌的提取率也增加，液料比為15∶1時得到最高的提取率，但當液料比超過15∶1后呈下降趨勢。當提取液濃度處于較低的情況下，超聲破碎決明子的細胞壁后能使蒽醌成分充分溶于溶劑，防止由于提取液達到飽和而阻止有效成分的溶出[14]。

2.5 響應面試驗

表1 決明子蒽醌提取工藝優化響應面分析試驗設計及結果Table 1 Experimental design and results for response surface analysis

響應面試驗結果見表1。利用Minitab軟件對試驗數據進行分析，經回歸擬合后，試驗因素對響應值(Y，游離蒽醌提取率預測值)的影響回歸方程表達式為：

由響應面的方差分析(表2)可見，該回歸模型顯著(P＜0.05)，且模型的決定系數表明回歸模型描述各因素與響應值之間的關系時，其因變量與全體自變量之間的線性關系是顯著的，即試驗方法是可靠的。方差分析表明，失擬項(P＝0.014＜0.05)有顯著影響。

表2 響應面分析試驗方差分析結果Table 2 Variance analysis of extraction rate of free anthraquinone with various extraction conditions

圖5 乙醇體積分數、超聲波溫度和超聲波時間交互作用對提取率影響的響應面圖和等高線圖Fig.5 Response surface and contour plots showing the interactive effects of ethanol concentration, extraction temperature and ultrasonic treatment time on extraction rate of free anthraquinone

由圖5可見，乙醇體積分數、超聲波溫度和超聲波時間的交互作用均有顯著影響。根據方程預測超聲提取游離蒽醌的最佳條件為乙醇體積分數80%、超聲波提取溫度65℃、超聲波時間30min，預測提取游離蒽醌的提取率為28.84%。

2.6 驗證實驗

采用上述最優提取條件進行超聲波輔助提取游離蒽醌驗證實驗，測得的游離蒽醌提取率為28.32%，試驗值與理論預測值的相對誤差為1.8%，因此采用響應面法優化得到的提取條件準確可靠，具有實用價值。

3 討 論

隨著現代科學的發展，超聲技術、微波技術、超臨界技術亦被應用于植物活性成分的提取。超聲波提取的優點是利用超聲波的空化現象，造成被破碎物細胞壁及整個生物體破裂，而且整個破碎過程瞬間完成；同時超聲波產生的震動作用加強了胞內物質的釋放、擴散及溶解，加速植物中的有效成分進入溶劑，進一步增大了有效成分的溶出[14]。超聲波提取法通過振動產生強大的能量，將植物體快速穿透，使溶劑能和植物中的有效成分充分接觸，利于有效成分向提取溶劑轉移，從而提高提取率[16]。本實驗表明，超聲波提取決明子游離蒽醌的最佳工藝條件為乙醇體積分數80%、超聲波功率100W、超聲波溫度65℃、超聲波時間30min、液料比15∶1，此條件下提取率可達28.32%。超聲波提取法具有實驗設備簡單、操作方便，與常規提取法相比，具有提取時間短、產率高、無需加熱等諸多優點，應用前景廣闊。

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Optimization of Extraction Process for Free Anthraquinone from Semen Cassiae by Response Surface Methodology

LI Jia1，WU Zhao-xia1,*，ZHANG Xuan1，ZHANG Qi1，XU Ya-ping2
(1. College of Food Science, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China；2. Chaoyang Engineering Technical School, Chaoyang 122000, China)

Anthraquinone is one of the major functional components in Cassia obtusifolia L. seeds. Response surface methodology was employed to optimize the ultrasonic-assisted extraction of free anthraquinone from Semen Cassiae. The extraction efficiency of free anthraquinone was investigated with respect to four process conditions including ethanol concentration, extraction temperature, ultrasonic treatment time and material-to-liquid ratio. The optimal conditions for anthraquinone extraction were 80% aqueous ethanol as the extraction solvent, material-to-liquid ratio of 15∶1 (mL/g), extraction temperature of 65 ℃, ultrasonic treatment time of 30 min and ultrasonic power of 100 W. Under the optimal extraction conditions, the extraction rate of free anthraquinone from Semen Cassiae. was 28.32%.

Cassia obtusifolia L.；ultrasonic；anthraquinone；response surface methodology

TS201.2

A

1002-6630(2011)16-0192-04

2010-11-08

李佳(1985—)，女，碩士研究生，研究方向為天然產物。E-mail：lijia0792@163.com

*通信作者：吳朝霞(1971—)，女，副教授，博士，研究方向為天然產物化學。E-mail：wuzxsau@163.com