響應面法優化超聲波輔助提取澤瀉揮發油工藝

黃小強 諶賽男 張方方 張雪 吳水生

摘要 [目的]響應面法優化澤瀉揮發油超聲波輔助法提取工藝。[方法]以澤瀉揮發油得率為指標，在單因素試驗的基礎上，選取料液比、提取溫度和超聲時間3個因素進行BoxBenhnken響應面法試驗設計，對其提取工藝參數進行優化。[結果]通過軟件模型擬優化后得到超聲波提取澤瀉揮發油的最佳工藝參數為料液比1∶8.27、提取時間41.33 min、提取溫度51.4 ℃，澤瀉揮發油得率為6.315%，與理論值較為接近。[結論]響應面法建立的澤瀉揮發油提取工藝模型得率高，并能很好地預測試驗結果。

關鍵詞 超聲波輔助提取；澤瀉；揮發油；響應面法

中圖分類號 S567 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）34-158-03

澤瀉（Alismatis Rhizoma）為澤瀉科植物澤瀉Alisma orientale（Sam.）Juzep的干燥塊莖[1]。中醫理論認為澤瀉甘、淡、寒，歸腎、膀胱經，利水滲濕，泄熱，化濁降脂。近代藥理學研究表明，澤瀉中三萜類化合物具有利尿、降血脂、降血壓、抗脂肪肝、抗動脈粥樣硬化的作用[2-5]。澤瀉的藥理作用與其三萜類化合物有關，此外還含有揮發油、生物堿、黃酮、磷脂及淀粉等[6-7]。

目前國內外對于澤瀉的質量研究多采用高效液相法，集中針對三萜類成分進行研究，揮發油作為中藥活性成分的主要組成之一，具有抑菌、抗病毒、消炎等作用[8]。關于澤瀉揮發油的研究國內外有少量報道，陳建忠等[9]和徐飛等[10]應用GCMS技術對澤瀉揮發性成分進行分析，但對于澤瀉揮發油的提取工藝還未見有報道。

揮發油多為從植物根、莖、花等固體粉末中采用水蒸氣蒸餾法、溶液萃取法、超臨界CO2萃取法、微波輔助提取法、超聲波輔助提取法等方法提取[11-14]。水蒸氣蒸餾法用時較長，且揮發油在高溫下容易分解；有機溶劑萃取法得到的揮發油雜質較多且得率低；超臨界CO2萃取法對試驗設備要求較高，投資大[15-16]。因此該研究利用超聲波輔助法提取澤瀉粗揮發油，并利用響應面法優化其提取工藝，為澤瀉的進一步充分開發利用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

澤瀉樣品采自福建建甌GAP產地，石油醚（沸程6090）、乙醚、乙酸乙酯、正己烷、無水硫酸鈉（均為分析級）。

1.2 儀器

HCP50A中藥粉碎機（永康市金穗機械制造廠）；SHB111型水式循環真空泵（鄭州長城科工貿有限公司）；RE2000型旋轉蒸發儀（上海亞榮生化儀器廠）；ME204E萬分之一電子天平（梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司）。KQ500E型臺式超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）。

1.3 試驗方法

精密稱取10.00 g澤瀉塊莖過40目的粉末置于250 ml錐形瓶中，按照試驗設計方案加入一定體積的溶劑，超聲波輔助提取一定時間后加入適量無水硫酸鈉，抽濾，濃縮、稱質量后計算得率，計算方法為：

揮發油得率=M1M0×100%，式中，M1為揮發油的質量；M0為原料的質量。

1.4 單因素試驗

采用超聲波萃取法提取澤瀉揮發油，設計單因素試驗分別考察萃取溶劑（石油醚、乙醚、正己烷、乙酸乙酯）、超聲時間（10、20、30、40、50、60 min）、料液比（1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14 g/ml）、超聲溫度（30、40、50、60、70 ℃）對澤瀉揮發油得率的影響。

1.5 BoxBehnken試驗設計

根據BoxBehnken試驗設計原理及單因素試驗的結果，選取對試驗結果有顯著影響的3個因素，設計三因素三水平的響應面試驗方案，試驗因素水平編碼設計如表1所示。數據采用DesignExpert 8.0.6統計軟件分析。

2 結果與分析

2.1 提取溶劑的選擇

從圖1可以看出，乙醚作為溶劑時得率最高，達4.714%，其次是乙酸乙酯，為4.580%，正己烷作為溶劑時得率最低。但考慮到乙醚的沸點低，在超聲波萃取的過程中溫度會升高，溶劑更容易揮發，不利于工業生產，且成本較高。綜合考慮選擇乙酸乙酯作為萃取溶劑。

2.2 單因素試驗結果

2.2.1 提取時間對揮發油得率的影響。

由圖2可知，10～40 min提取率大幅度增加，在 40 min以后基本趨于穩定，且40、50和60 min之間無明顯差異，這有可能是超聲時間過長，溶劑溫度升高，從而導致提取溶劑大量揮發。另外結合節省能耗，因此選擇40 min作為超聲波提取時間。

從圖3可以看出，不同料液比得率不同。當料液比為1∶4時提取率最低，這有可能是料液比越低，澤瀉粉末吸附的溶劑占的比例越大，被抽濾出來的溶劑中帶出的提取物就越少，從而影響澤瀉揮發油

得率。料液比1∶4～1∶8得率明顯增加，隨后慢慢隨料液比增大而得率緩慢增加。從經濟學角度來考慮，因此選擇1∶8作為超聲波提取料液比。

2.2.3 提取溫度對揮發油得率的影響。從圖4可以看出，隨著超聲波萃取溫度的提高，澤瀉揮發油的得率先升后降，當超聲溫度為50 ℃時，澤瀉揮發油得率最大，隨后下降。主要原因可能是超聲溫度過高造成溶劑大量揮發，從而使揮發油得率降低；因此選擇50 ℃作為超聲波萃取的溫度。

2.3 響應面試驗結果

在單因素試驗基礎上，綜合考慮各因素對澤瀉揮發油得率的影響，以BoxBehnken試驗設計原理，選擇超聲時間、超聲溫度、料液比進行三因素三水平的響應面分析方法，以確定澤瀉揮發油得率最佳提取工藝，將所得試驗數據（表2）采用DesignExpert 8.0.6軟件進行多元回歸擬合，從而得到澤瀉揮發油得率對超聲波提取時間（A）、料液比（B）、超聲提取溫度（C）的二次多項回歸方程：Y=6.29+0.17A+0.17B+0.14C-0.047AB+0.039AC+0.006 5BC-0.18A2-0.25B2-0.26C2。經檢驗，模型F值為54.97，P<0.000 1，表明響應面回歸模型達到了極顯著水平。失擬項P=0.080 6>0.05，表示失擬不顯著，模型的確定系數R2=98.57%，說明該模型能夠解釋98.57%響應值的變化，

因此該模型

擬合程度較好，可用此模型對澤瀉揮發油提取工藝進行分析和預測。由回歸模型和方差分析可知，方程一次項A、B、C和二次項A2、B2、C2對澤瀉揮發油得率達到了極顯著水平（P<0.01），因素AC、AB、BC對澤瀉揮發油得率的線性交互效應不顯著。

由F值和圖5分析可知，料液比（B）對揮發油得率的影響最顯著，表現為曲線較陡；超聲時間（A）和超聲溫度（C）次之，各自變量對澤瀉揮發油得率的影響為料液比>超聲時間

注：a. 料液比和提取時間；b. 提取溫度和提取時間；c. 提取溫度和料液比。

圖5 各自變量交互影響揮發油得率的曲面圖

>超聲溫度。根據對澤瀉揮發油得率的二次多項方程求解，

得到最佳提取工藝為提取時間（A）為41.33 min，料液比（B）為1∶8.27，超聲溫度（C）為51.33 ℃，揮發油理論得率為6.334%?？紤]試驗的可操作性，將最佳提取工藝條件中的超聲溫度修正為51.4 ℃，依據響應面分析獲取修正的最優工藝條件進行3次驗證試驗，結果澤瀉揮發油得率平均為6.315%，實測平均值與理論值非常接近，說明試驗值與理論值有較好的擬合性，證實了模型的有效性，該二元多項回歸方程為澤瀉揮發油提取工藝提供了一個合適的模型。

3 結論與討論

該試驗選用超聲輔助法提取澤瀉揮發油，首先對提取有機溶劑進行考察，得出乙酸乙酯提取得率最高，然后在單因素試驗的基礎上，運用三因素三水平的響應面分析法，以澤瀉揮發油提取得率為響應面值進行回歸分析，建立了澤瀉塊莖中揮發油提取工藝的二次多項數學模型，通過對該模型求解及其3D圖的分析，獲得了澤瀉揮發油提取工藝的最佳工藝為取溫度為41.33 min，料液比為1∶8.27，超聲溫度為51.4 ℃，在此條件下澤瀉塊莖揮發油得率最大值為6.315%。

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