響應面法優化超聲提取苦參中總酚工藝

李海平，李艷芳，劉艷則，王迎進

（忻州師范學院化學系，山西忻州034000）

響應面法優化超聲提取苦參中總酚工藝

李海平，李艷芳，劉艷則，王迎進*

（忻州師范學院化學系，山西忻州034000）

利用Design-Expert7.1.6軟件Box-Benhnken中心組合試驗和響應面分析法優化苦參中總酚的提取工藝條件。在單因素試驗的基礎上，考察乙醇濃度、超聲時間、液料比和超聲溫度的單一和交互因素對苦參提取率的影響。結果表明：苦參總酚的最佳提取工藝為乙醇濃度44.20%、超聲時間29.50min、液料比32.50∶1（mL/g）、超聲溫度57.00℃，在此條件下苦參總酚提取率可達4.51%。

苦參；總酚；響應面分析法；工藝條件

苦參（Sophora flavescens）系豆科苦參屬植物，主要分布于俄羅斯、日本、印度和中國。苦參以根入藥，具有清熱燥濕，殺蟲，利尿之功效，常用于熱痢、便血、黃疸尿閉、赤白帶下、濕疹及皮膚瘙癢等癥。研究表明，苦參中含有豐富的生物堿，黃酮類化合物、皂苷及酚類化合物等成份[1]，目前對苦參中生物堿的研究報道較多[2-4]，而對苦參中總酚的研究卻鮮見報道。多酚類物質作為植物中廣泛存在的一類酚羥基結構化合物，具有獨特生理活性和藥理活性，在抑菌、抗腫瘤、防衰老和抗炎免疫等方面都具有良好的功效[5-8]。醫藥、食品等領域有廣泛的應用前景。超聲波因能在液體中產生“空穴作用”，破壞植物細胞的結構，使提取液不斷振蕩，有助于多酚等活性成分的溶出和擴散[9-11]，在植物活效成分提取中得到廣泛運用。本實驗采用超聲輔助法提取苦參中總酚，并利用響應面法優化提取工藝條件，旨在為苦參資源的合理利用和深度開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

苦參：山西忻州五臺山大藥房；沒食子酸（分析純）：天津市光復精細化工研究所；Folin-Ciocalteu試劑（生化試劑）：上海遠聚生物科技有限公司；實驗用水為二次蒸餾水，其它試劑均為分析純。

1.1.2 儀器與設備

752型紫外光柵分光光度計：上海精密科學儀器有限公司；RE-52AA旋轉蒸發器：上海亞榮生化儀器廠；KQ-400KDE型數控超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 沒食子酸標準曲線的繪制

精密稱取沒食子酸0.010 g，用水溶解后，轉移到100mL容量瓶中定容，配制成濃度為0.1mg/mL的沒食子酸標準溶液；精密量取0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9 mL于10 mL比色管中，分別加入Folin-Ciocalteu試劑1mL，振蕩1min，再加入15%碳酸鈉溶液1mL，混勻，室溫放置2 h，以試劑溶液為空白，在760 nm處測定各標準溶液的吸光度，以吸光度為縱坐標，濃度為橫坐標繪制標準曲線，得回歸方程為A=0.097 2C-0.006 75，R2=0.999 4。

1.2.2 苦參總酚的提取及含量的測定

將苦參于烘箱中60℃烘干，藥材粉碎機粉碎，過60目篩，裝瓶備用。稱取苦參1 g于三角瓶中，超聲提取，抽濾，濾渣重提1次，合并濾液，定容至100mL容量瓶中，搖勻。移取5mL樣液，用95%乙醇定容至100mL容量瓶中，移取1mL稀釋液于10mL比色管中，用1.2.1實驗方法測定吸光度，按標準方程計算苦參總酚提取率。

1.2.3 單因素試驗

本實驗考察了超聲時間、超聲溫度、液料比和乙醇濃度4個因素對苦參總酚提取率的影響。

1.2.4 響應面實驗設計

根據Box-Behnken中心組合設計原理，采用四因素三水平響應面分析方法優化提取工藝參數，響應面分析因素與水平設計見表1。

表1 響應面分析因素與水平Table1 Variablesand levels in response surface design

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 乙醇濃度對總酚提取率的影響

稱取苦參粉末1 g，在超聲溫度為60℃，液料比為30∶1m L/g，超聲時間為30min，超聲功率為240W條件下，考察乙醇濃度對苦參總酚提取率的影響，結果見圖1（a）。由圖1（a）可知，當乙醇濃度為40%時，總酚提取率最大。因此，最佳乙醇濃度條件為40%。

2.1.2 超聲時間對總酚提取率的影響

稱取苦參粉末1 g，在超聲溫度為60℃，乙醇濃度為40%，液料比為30∶1mL/g，超聲功率為240W條件下，考察超聲時間比對苦參總酚提取率的影響，結果見圖1（b）。由圖1（b）可知，當超聲時間為30min時，總酚提取率最大。因此，確定30min為最佳超聲時間條件。

2.1.3 液料比對總酚提取率的影響

稱取苦參粉末1 g，在超聲溫度為60℃，乙醇濃度為40%，超聲時間為30min，超聲功率為240W實驗條件下，考察液料比對苦參總酚提取率的影響，結果見圖1（c）。由圖1（c）可知，隨著液料比的升高，總酚提取率逐漸升高，當液料比達到30∶1mL/g時，總酚提取率達到最大，進一步增加液料比，總酚提取率變化較小。因此，確定液料比30∶1mL/g為最佳液料比條件。

圖1 不同單因素對總酚提取率的影響Fig.1 Effectsof different extraction parameterson yield of total phenol

2.1.4 超聲溫度對總酚提取率的影響

稱取苦參粉末1 g，在乙醇濃度為40%，液料比為30∶1mL/g，超聲時間為30min，超聲功率為240W實驗條件下，考察超聲溫度對苦參總酚類提取率的影響，結果見圖1（d）。由圖1（d）可知，當超聲溫度為50℃時，總酚提取率最大，因此，確定50℃為最佳超聲溫度條件。

2.2 響應面優化實驗

2.2.1 模型建立及顯著性檢驗

利用 Design expert 7.1.6統計軟件，由 Box-Benhnken中心組合試驗對表2數據進行回歸擬合出的回歸方程為：

回歸方程各項的方差分析見表3。

表2 響應面分析方案及試驗結果Table2 Arrangementand experimental resultsof response surface centralcom posite design

表3 方差分析表Table 3 Varianceanalysis for yield of totalphenolwith various extractions

從表3可以看出，模型具有高度的顯著性（pvalue遠遠小于0.000 1）。模型的確定系數R2=0.972，表明回歸方程能夠很好地模擬真實的曲面。模型的調整確定系數R2Adj=0.944，和Adeq Precision=22.377說明回歸方程擬合度和可信度均很高，試驗誤差小，因此可以用該模型方程來分析和預測不同提取條件下苦參總酚提取率的變化。

2.2.2 等高線圖和響應面圖分析

RSM的圖形可以直觀地反映各因素對響應值的影響，從所得響應面分析圖上可以分析出它們之間的相互作用。由圖2和圖3可知：液料比、乙醇濃度和超聲溫度對總酚提取率影響較為顯著，表現為曲線較陡，超聲時間次之，表現為曲線較為平滑，且隨其數值的增加或減少，響應值變化較小。另外，由等值線圖可知，乙醇濃度和液料比之間的交互作用影響顯著，表現為其等值線圖呈橢圓形。

對回歸方程取一階偏導數等于零，解得苦參總酚的最優工藝條件是乙醇濃度44.21%、超聲時間29.43min、液料比32.52∶1（mL/g）、超聲溫度57.20℃，在此條件下總酚提取率理論上可達4.47%。

圖2 乙醇濃度和液料比對總酚提取率影響的響應面和等值線圖Fig.2 Response su rfaceand contour p lots for ethanol concentration and ratio of liquid to solid on theyield of totalphenol

圖3 超聲時間和超聲溫度對總酚提取率影響的響應面和等值線圖Fig.3 Responsesurfaceand contour plots for extraction timeand extraction tem peratu reon the yield of total phenol

為了檢測試驗結果的可靠性，對上述試驗結果進行了近似驗證實驗，考慮到實際操作條件，將苦參總酚的最佳工藝條件修正為乙醇濃度44.20%、超聲時間29.50min、液料比32.50∶1mL/g、超聲溫度57.00℃，苦參總酚提取率平均值為4.51%，RSD為1.29%（n= 5），與預測值相比誤差僅為0.89%，說明實驗結果合理可靠。

3 結論

在單因素基礎上采用響應面法對苦參中總酚的超聲提取工藝進行了優化。結果表明，超聲輔助提取苦參總酚的最佳工藝為：乙醇濃度44.20%、超聲時間29.50min、液料比32.50∶1mL/g、超聲溫度57.00℃，此條件下，苦參總酚提取率達4.51%，與預測值4.47%相符良好。

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Op tim ization of Ultrasonic-assisted Extraction Technology of Total Phenol from the Sophora Flavescens by Response Surface Methodology

LIHai-ping，LIYan-fang，LIU Yan-ze，WANG Ying-jin*
（Departmentof chemistry，Xinzhou teachersuniversity，Xinzhou 034000，Shanxi，China）

The ultrasonic-assisted extraction processof total phenol from Sophora flavescens was studied using Box-Benhnken center composite design and response surfacemethodology （RSM）.Based on the experimentof single factor，the impacts of ethanol concentration，extraction time，ratio of liquid to solid，extraction temperature and interaction among them on extraction rate of total phenol was studied by RSM.The result suggested that the optimum extraction conditionswere as follow：ethanol concentration of 44.20%，extraction timeof29.50min ratio of liquid to solid of32.50∶1（mL/g），and extraction temperatureof57.00℃.Under these conditions，the practicalyield of totalphenol reached to4.51%.

Sophora flavescens；totalphenol；response surfacemethodology；processconditions

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.05.007

2014-01-13

山西省高等學校科技創新項目資助（2013149）；忻州師范學院大學生科技創新項目（2013）

李海平（1974—），女（漢），實驗師，本科，研究方向：天然產物開發。

*通信作者：王迎進（1980—），男，講師，碩士，主要從事天然產物提取、分離及生物活性研究。