Box-Behnken設計-響應面法優化乙醇提取黃芪甲苷工藝研究

王玉，李遠輝，王佳，王歡，吳瑩，李 希，2

·炮制制劑·

Box-Behnken設計-響應面法優化乙醇提取黃芪甲苷工藝研究

王玉1，李遠輝1，王佳1，王歡1，吳瑩1，李 希1，2

目的：運用Box-Behnken設計-響應面法優化乙醇提取黃芪甲苷最佳工藝條件。方法：以黃芪甲苷的提取量為考察指標，HPLC-ELSD色譜法為含量測定法，對乙醇濃度、乙醇用量、提取時間、提取次數進行考察，采用Box-Behnken設計-響應面法優化提取工藝。結果：乙醇提取黃芪甲苷最佳工藝條件是乙醇的體積分數為65%，乙醇用量10 倍量，提取時間2 h，提取次數3 次。結論：采用Box-Behnken設計-響應面法優化乙醇提取黃芪甲苷工藝，穩定可行、重現性好。

黃芪甲苷；Box-Behnken響應面法；提取工藝

黃芪(Radix Astragali)為豆科植物蒙古黃芪(Astragalus membranaceus (Fisch.)Beg. Var.mongholicus(Beg.)Hsiao)或膜莢黃芪(A.membranceus(Fish)Beg.)的干燥根。味甘，性微溫，具有補氣固表、利尿排毒、斂瘡生肌、補中益氣等功效[1]，是一味常見的扶正中藥[2]。據目前研究報道，黃芪主要成分為皂苷、黃酮、多糖等，其中黃芪甲苷是黃芪增強機體免疫功能的主要活性成分之一，也是多種黃芪制劑含量檢測指標成分之一[3-6]。

Box-Behnken設計-響應面法是一種優化工藝條件的有效方法，已廣泛用于優化中藥有效成分提取工藝[7-8]，此方法與正交設計不同，主要通過多元二次回歸方程來擬合因素與響應值之間的函數關系，能夠準確表示試驗設計與優化結果，準確度高、可預測性強。本實驗以黃芪甲苷的提取量為考察指標，HPLC-ELSD為含量測定法，采用Box-Behnken設計-響應面法優化提取工藝，對乙醇濃度、乙醇用量、提取時間、提取次數進行考察，目前沒有類似的研究報道。

1 儀器與材料

Agilent1260型高效液相色譜儀（美國Agilent公司）；Alltech2000型蒸發光散射檢測器（Agilent公司）；BT125D型分析天平（Sartorius公司）；黃芪甲苷（中國藥品生物制品檢定所，批號：110781-200613）；黃芪藥材（四川禾一天然藥業有限公司），按《中國藥典》2015年版一部黃芪項下規定檢測，均符合要求。甲醇、乙腈為色譜純，所用水為純凈水，本文中所涉及的其他試劑均為分析純（成都市科龍化工試劑廠）。

2 方法與結果

2.1 對照品溶液的配制

取黃芪甲苷對照品適量，精密稱定，加甲醇制成每1 mL含0.5 mg的溶液，即得。

2.2 供試品溶液的配制

精密移取提取液適量，水浴揮干，殘渣加水10 ml，微熱使溶解，用水飽和的正丁醇振搖提取4次，每次40 ml，合并正丁醇液，用氨試液充分洗滌2次，每次40 ml，棄去氨液，正丁醇液蒸干，殘渣加水5 ml使溶解，放冷，通過D101型大孔吸附樹脂柱(內徑為1.5 cm，柱高為12 cm)，以水50 ml洗脫，棄去水液，再用體積分數為40%的乙醇30 ml洗脫，棄去洗脫液，繼用體積分數為70%的乙醇80 ml洗脫，收集洗脫液，蒸干殘渣加甲醇溶解，轉移至5 ml量瓶中，加甲醇至刻度，搖勻，即得。

2.3 色譜條件及專屬性考察

安捷倫C18色譜柱（4.6×250 mm,5 μm）；流動相為乙腈-水（32∶68，v/v），漂移管溫度100 ℃，氣體流速為2.6 L．min-1，柱溫30 ℃，流速為1 mL．min-1，進樣量10 μL，理論板數按黃芪甲苷峰計算應不低于4000。分別取對照品溶液、空白溶劑、供試品溶液，按上述色譜條件進行試驗，HPLC圖如下圖1。峰型良好，陰性無干擾，表明該方法專屬性良好。

圖1

2.4 標準曲線制備

分別精密移取不同濃度對照品溶液（0.998,2.001 ,2.999,4.002,4.998,7.005,10.006 mg/mL）各10 μL，以對照品峰面積積分值自然對數為縱坐標，以進樣量自然對數為橫坐標，進行線性擬合，得回歸方程：Y=1.199 0X+6.253 8，(r=0.999 3，n=7)，表明黃芪甲苷濃度在0.998～10.006 mg/mL范圍內呈良好的線性關系。

2.5 精密度試驗

精密吸取以上對照品溶液，按上述色譜條件重復進樣5 次，RSD=1.37%(n=5)，表明儀器精密度良好。

2.6 重復性試驗

精密移取黃芪提取液5 份，每份20 mL，按“供試品溶液的制備”項下操作，并按上述色譜條件測定，RSD=0.91%(n=5)，表明該方法重復性良好。

2.7 加樣回收率試驗

精密移取上述已知含量的黃芪提取液9 份，每份20 mL，分別按高、中、低濃度精密加入對照品溶液，按“供試品溶液的制備”項下處理，并按上述色譜條件測定，平均回收率=100.1%，RSD=1.21%。表明該方法準確度良好。

2.8 響應面優化實驗

2.8.1 響應面實驗設計 在查閱文獻[9-11]的基礎上，以乙醇濃度（X1）、乙醇用量（X2）、提取時間（X3）、提取次數（X4）為考察因素，因素水平表見表1，以黃芪甲苷提取量（Y）為指標，采用Box-Behnken設計方法設計試驗，試驗設計見表2，使用統計軟件Design-Exoert8.0.6，對表2中數據進行多元回歸擬合，得到二次多項回歸方程模型：Y=11.408-5X1+0.069X2+0.064X3+0.27 X4+0.014X1X2-3X1X3+0.085X1X4+0.024X2X3-0.012X2X4+0.029X3X4-0.19X12+0.02X22-3X32 -0.11X42（r=0.9921，P＜0.01）。統計學分析見表3。

表1 因素與水平

表2 黃芪甲苷提取工藝Box-Behnken試驗設計

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表3 回歸方程方差分析

由表3可知，F=6.44，此模型P＜0.000 1，表明響應面回歸模型具有極顯著性；多元相關系數r=0.992 1，表明二次多元方程擬合度良好?？捎糜趦灮掖继崛↑S芪甲苷工藝。

2.8.2 響應面分析 應用Design-Expert8.0.6軟件繪制乙醇濃度、乙醇用量，提取時間、提取次數的響應面圖，如下圖2，圖3所示。乙醇體積分數為約65%，乙醇用量約為原藥材10 倍量時，黃芪甲苷提取量有最大值；提取時間約為2 h，提取次數為3 次時黃芪甲苷提取量有極大值。

圖2

圖3

2.8.3 工藝優化與驗證試驗 應用Design-Expert8.0.6軟件優化提取工藝，得最佳提取工藝條件為乙醇體積分數65.57%，乙醇用量9.88 倍，提取時間2 h，提取次數3 次，黃芪甲苷提取量可達到1.590 4 mg/g，結合實際生產，優化工藝參數乙醇體積分數65%，乙醇用量10 倍量，提取時間2 h，提取次數3 次。按以上優化結果進行3 次驗證試驗，結果黃芪甲苷提取量分別為1.580 5，1.590 0，1.588 4 mg/g，平均值為1.586 3 mg/g。與理論預測值相比，其相對誤差小于5%，驗證值與回歸方程預測值吻合較好，說明該模型有良好的預測性。

3 討論

現代研究表明，黃芪甲苷是黃芪的主要活性成分之一，具有調節機體免疫力，降低血糖、保護組織器官、抗炎抗病毒、抗細胞凋亡等多方面藥理作用。目前，工藝優化應用最普遍的是正交設計和均勻設計，但精度不夠，建立的數學模型預測性差，因此，本研究采用Box-Behnken設計-響應面法，在因素與響應值之間建立非線性模型，從眾多影響因素中篩選出顯著影響因素，通過對試驗結果的統計分析比較，優化得到最佳工藝條件為：乙醇體積分數65%，乙醇用量10 倍量，提取時間2 h，提取次數3 次，在此條件下黃芪甲苷的提取量為1.590 4 mg/ g，精確度高，可預測性強，重現性好。本研究采用Box-Behnken設計-響應面法優化提取工藝，為工業化大生產提供了科學依據。

[1]中國藥典.一部[S].2015:283.

[2] 沈小鐘,楊 帆,于榮敏.黃芪甲苷的研究進展[J].沈陽藥科大學學報.2011.28(5):410-414.

[3] 昝麗霞.黃芪的乙醇提取工藝優化研究[J].安徽農業科學,2009,37(9);41101.

[4] 王鑫,張振秋,呂佳,等.黃芪提取工藝研究[J].中國實驗方劑學雜志,2010,16(9):17.

[5] 陳濤,李進,褚治德,等.黃芪藥材的微波提取工藝研究[J].時珍國醫國藥,2009,20(2):349.

[6] 昝日增,胡萬楊,余躍,等.黃芪中主要活性成分提取工藝的研究[J].中華中醫藥學刊,2010,28,(12):2570.

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[9] 楊曉雷,曹云.從黃芪生藥中提取黃芪甲苷的工藝研究[J].現代化工,2008,28增刊(2):373.

[10] 鄭曉峰.正交試驗優選黃芪甲苷的分離純化工藝[J].中國藥房,2008,19(21):1630.

[11] 趙強強,韓麗,謝興亮,等.田口試驗設計法優選黃芪皂苷的提取工藝[J].中成藥,2010,32(11):1988.

（責任編輯：傅舒）

Study on extraction technology of Astragaloside A with ethanol using Box-Behnken design-response surface methodology

WANG Yu1, LI Yuan-hui1, WANG Jia1, WANG Huan1, WU Ying1, LI Xi1,2//(1.School of Pharmacy, Chengdu University of Traditional Chinese Medicine, Chengdu 610075, Sichuan; 2.Institute of TCM, Sichuan Academy of Traditional Chinese Medicine sciences, Chengdu 611137 Sichuan )

Objective: To optimize the extraction conditions of Astragaloside A with ethanol using Box-Behnken designresponse surface methodology. Method: Astragaloside A content was detected by HPLC-ELSD method. With Astragaloside A extraction amount as index, ethanol concentration, ethanol volume, extraction time, and extraction times were investigated using Box-Behnken design-response surface method to optimize the extraction process. Result: The optimum conditions for ethanol extract of Astragaloside A was 65% ethanol, 10 volume ethanol, extraction time 2h, extracted 3 times. Conclusion: The extraction technology of Astragaloside A with ethanol optimized using Box-Behnken design-response surface methodology is stable, feasible and reproducible.

Astragaloside A; Box-Behnken response surface methodology; extraction technology

R283.3

A

1674-926X(2016)04-003-03

1. 成都中醫藥大學，四川 成都 611137

2. 四川省中醫藥科學院中醫研究所，四川 成都 610031

王玉，在讀研究生，從事中藥新藥、新技術、新工藝、新劑型的研究工作

Tel:18382284431 Email:272429134@qq.com

李希，碩士，教授，從事中藥新藥、新技術、新工藝、新劑型的研究工作

Tel:18030897734 Email:1836820767@qq.com.

2015-09-18