優(yōu)選關(guān)木通堿制工藝中徑向基函數(shù)與響應(yīng)曲面法的應(yīng)用

赫敏,張晶,楊林

(青海師范大學(xué)化學(xué)系,西寧 810008)

·藥物制劑與藥品質(zhì)量控制·

優(yōu)選關(guān)木通堿制工藝中徑向基函數(shù)與響應(yīng)曲面法的應(yīng)用

赫敏,張晶,楊林

(青海師范大學(xué)化學(xué)系,西寧 810008)

目的 優(yōu)化關(guān)木通堿制工藝條件,為其炮制減毒工藝提供參考。方法采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與響應(yīng)曲面法相結(jié)合,分析碳酸氫鈉(NaHCO3)溶液、濃度、炮制時間及炮制次數(shù)對關(guān)木通中馬兜鈴酸的影響。結(jié)果經(jīng)研究各種影響因素,得到最佳實驗條件是NaHCO3濃度0.05 mol·L-1,浸泡3次,浸泡24 h,理論馬兜鈴總酸去除率可達83.74%。結(jié)論徑向基人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與響應(yīng)曲面法結(jié)合為進一步研究關(guān)木通的炮制減毒工藝提供了新思路和新方法,具有良好的指導(dǎo)意義。

關(guān)木通;人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);響應(yīng)曲面法;優(yōu)化設(shè)計

徑向基函數(shù)(radial basis function,RBF)網(wǎng)絡(luò)是近年來被重點研究的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),其在系統(tǒng)建模、模式識別、信號處理等領(lǐng)域得到了成功應(yīng)用[1]。響應(yīng)曲面法(response surface methodology,RSM)是統(tǒng)計設(shè)計實驗技術(shù)的合成[2],是一種優(yōu)化實驗過程的統(tǒng)計學(xué)實驗設(shè)計,在工藝優(yōu)化、模型建立和性質(zhì)研究等方面取得廣泛應(yīng)用[3-5]。筆者在本實驗中根據(jù)正交實驗數(shù)據(jù)[6],建立RBF人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),應(yīng)用design-expert與matlab軟件分析實驗條件,優(yōu)化關(guān)木通堿制工藝條件,以期為進一步研究關(guān)木通的炮制減毒工藝提供參考依據(jù)。

1 儀器與試藥

1.1 儀器 T6系列紫外分光光度計(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司);AUY220分析天平(日本島津); RE-52AA減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠); FW-100粉碎機(北京中興偉業(yè)儀器有限公司); TP3102電子天平(中國余姚紀(jì)銘稱重校驗設(shè)備有限公司);DHG-9140A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實驗設(shè)備有限公司)[6]。

1.2 試藥 關(guān)木通購自長春市弘康醫(yī)藥藥材有限公司,由吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥材學(xué)院張連學(xué)教授鑒定為馬兜鈴科植物東北馬兜鈴的干燥藤莖;氨水、鹽酸、乙酸乙酯、無水乙醇、95%乙醇等均購自北京化工廠,為分析純;馬兜鈴酸A對照品購自中國食品藥品檢定研究院(批號:110746-200406);碳酸氫鈉(NaHCO3)購自四川康神藥業(yè)有限公司(批號:110346-202659)[6]。

2 方法與結(jié)果

2.1 馬兜鈴酸的含量測定 取關(guān)木通粗粉適量精密稱定,加5%氨水50 mL,稱定質(zhì)量,冷漬過夜,稱定質(zhì)量并補充至原質(zhì)量,取續(xù)濾液10 mL,加6 mol·L-1鹽酸至pH=2,乙醚萃取4次,合并醚層,用水20 mL洗至中性,回收乙醚,加甲醇溶解并稀釋至25 mL,取1 mL加甲醇稀釋至10 mL,制備供試品溶液,測定吸光度并計算含量[7]。

表1 L9(33)因素水平表Tab.1 Factors and levels of L9(33)design

2.3 RBF模型的建立 以影響因素和馬兜鈴總酸去除率的實驗結(jié)果數(shù)據(jù)作為網(wǎng)絡(luò)輸入輸出,建立RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,L9(33)正交實驗數(shù)據(jù)做為RBF的學(xué)習(xí)集訓(xùn)練模型,得到了良好的相關(guān)性,以RBF模型進行響應(yīng)曲面的優(yōu)化實驗設(shè)計。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱中的newrbe ()函數(shù)用來設(shè)計RBF網(wǎng)絡(luò)。本研究RBF人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)程序用MATLAB編寫,MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱調(diào)用格式為:net=newrbe(p,t,spread),其中p和t分別為輸入樣本向量、輸出目標(biāo)向量;spread擴展的常數(shù)為1.2。見表2。

表2 L9(33)正交實驗結(jié)果表Tab.2 Results of L9(33)orthogonal test

2.4 RSM設(shè)計 根據(jù)正交實驗確定3個影響因素,分別為NaHCO3濃度、炮制時間及炮制次數(shù)。應(yīng)用Design expert 8.0軟件,Box-Behnken Design(BBD)是實驗設(shè)計方法。建立的RSM設(shè)計實驗因素、水平及結(jié)果見表3。

表3 Box-Behnken設(shè)計方案總酸去除率的測定值Tab.3 Detection results of total aristolochic acid in Box-Behnken design

回歸方程各項的方差分析結(jié)果還表明,方程的一次項、二次項的影響均高度顯著,各因素經(jīng)回歸擬合后,選擇對響應(yīng)值顯著的各項,得到總酸去除率對編碼自變量(A.NaHCO3濃度、B.浸泡時間、C.浸泡次數(shù))和因變量Y(馬兜鈴總酸去除率)的二次多項回歸方程:Y=50.64-3.50A+12.41B-1.34C-1.16AB-7.48AC-0.49BC+3.78A2+1.42B2+5.232C2。

由表4,5方差分析(ANOVA)可知,P=0.000 1(＜0.01),表明模型方程極顯著;模型的校正決定系數(shù)AdjR2=0.992 6,說明該模型能解釋99.26%響應(yīng)值的變化,僅有總變異的0.74%不能用此模型來解釋;并且該模型R2=0.996 7,說明該模型擬合程度良好,自變量與響應(yīng)值之間線性關(guān)系顯著,可以用此模型分析和預(yù)測優(yōu)化馬兜鈴總酸去除率的實驗條件。

通過Design-Expert8.0版軟件計算,得理論關(guān)木通堿制最優(yōu)實驗條件:NaHCO3濃度0.05 mol·L-1,浸泡3次,浸泡24 h,總酸去除率可達83.74%。

2.5 模型的驗證 為了驗證此提取模型方程的適用性,在NaHCO3濃度、浸泡次數(shù)、浸泡時間最優(yōu)的水平上,重復(fù)實驗3次,總酸去除率為80.23%,與預(yù)測值83.74%相近,說明用此模型指導(dǎo)實踐具有良好效果。

表4 回歸模型方差分析表Tab.4 Variance analysis for regression model

表5 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗Tab.5 Significance test of regression coefficient

3 討論

RSM采用非線性模型擬合,在中心點進行重復(fù)性實驗的次數(shù)越多,實驗的精確度高,預(yù)測值越接近真實值,所以本實驗采用5次中心點重復(fù)實驗。

筆者應(yīng)用RBF人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與RSM相結(jié)合,優(yōu)化關(guān)木通堿制實驗條件。對比文獻,本實驗的最優(yōu)條件為NaHCO3濃度0.05 mol·L-1,浸泡3次,浸泡24 h,該條件下總酸去除率可達83.74%,實驗方法簡便合理,可預(yù)測性較優(yōu)。為進一步研究關(guān)木通的炮制減毒工藝提供了參考依據(jù),具有良好的指導(dǎo)意義。

[1] 梁逸曾,俞汝勤.化學(xué)計量學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2003.

[2] 崔鳳杰.響應(yīng)曲面法優(yōu)化灰樹花水溶性多糖提取工藝的研究[J].食品科學(xué),2006,27(4):142-147

[3] HATAMBEYGI N,ABEDI G,TALEBI M.Method development and validation for optimized separation of salicylic, acetylsalicylicandascorbicacidinpharmaceutical formulations by hydrophilic interaction chromatography and response surface methodology[J].J Chromatography A, 2011,1218(35):5995-6003.

[4] NASSIRI H,ARABI H,HAKIMS,et al.Polymerization of propylenewithZiegler-Nattacatalyst:optimizationof operating conditions by response surface methodology(RSM) [J].Polymer Bulletin,2011,67(7):1393-1411.

[5] 王艷,張愛珍,任春生.正交實驗設(shè)計與優(yōu)化的理論基礎(chǔ)與應(yīng)用進展[J].分析實驗室,2008,27(2):333-334.

[6] 張春杰,曹蕊,張春紅.正交實驗優(yōu)選關(guān)木通堿制工藝[J].包頭醫(yī)學(xué)院學(xué)報,2012,28(4):4-6.

[7] 尚明英,李軍,胡波,等.中藥關(guān)木通中總馬兜鈴酸的含量測定[J].中草藥,2000,31(12):899-900.

DOI 10.3870/yydb.2014.07.021

Application of RBF and RSMin Optimizing the Processing Conditions of Manchurian Dutchmanspipe Stemwith Alkali

HE Min,ZHANG Jing,YANG Lin
(Department of Chemistry,Qinghai Normal University,Xining 810008, China)

ObjectiveTo optimize the processing conditions ofManchuiran DutchmanspipeStemwith alkali.MethodsThe combination of radial basis function(RBF)and response surface methodology(RSM)was used to investigate the influence of NaHCO3,concentration,duration and cycles of processing on the content of aristolochic acid.ResultsThe optimal process was achieved whenManchuiran DutchmanspipeStemwas soaked for 3 cycles in 0.05 mol·L-1NaHCO3solution, for 24 hours in each cycle.The removal rate of total aristolochic acid approached to 83.74%.ConclusionThe combination of RBF and RSMprovided a newmethod and good guidance for further toxicity attenuation forManchuiran DutchmanspipeStem.

Response surface methodology;Radial basis function;Aristolochia manshuriensis;Optimization design

R286;TQ450.1

A

1004-0781(2014)07-0914-03

2013-03-03

2013-05-10

*青海省科技廳項目(2011-H-809)

赫敏(1987-),女,山西朔州人,在讀碩士,主要研究方向:分析化學(xué)計量學(xué)。E-mail:heminweng1010@163. com。

楊林(1962-),男,青海民和人,教授,碩士生導(dǎo)師,研究方向:化學(xué)計量學(xué)。E-mail:yanglin@qhnu.edu.cn。