Box-Behnken 設計-響應面法優(yōu)化桂枝茯苓膠囊的閃式提取工藝Δ

王正寬，劉圓，石曉朦，王振中，蕭偉#（1.江蘇康緣藥業(yè)股份有限公司康緣現(xiàn)代中藥研究院，江蘇連云港222047；2.中藥制藥過程新技術國家重點實驗室，江蘇連云港222047；3.中藥提取精制新技術重點研究室，江蘇連云港222047）

·制劑與工藝·

Box-Behnken 設計-響應面法優(yōu)化桂枝茯苓膠囊的閃式提取工藝Δ

王正寬1，2，3＊，劉圓1，2，3，石曉朦1，2，3，王振中1，2，3，蕭偉1，2，3#（1.江蘇康緣藥業(yè)股份有限公司康緣現(xiàn)代中藥研究院，江蘇連云港222047；2.中藥制藥過程新技術國家重點實驗室，江蘇連云港222047；3.中藥提取精制新技術重點研究室，江蘇連云港222047）

目的：優(yōu)化桂枝茯苓膠囊的閃式提取工藝。方法：以內刃轉速、液固比、提取時間等為考察因素，以沒食子酸、芍藥苷、苯甲酸、肉桂酸、苯甲酰芍藥苷、苦杏仁苷轉移率的綜合評價值為考察指標，在單因素試驗基礎上結合Box-Behnken設計-響應面法對桂枝茯苓膠囊閃式提取工藝進行優(yōu)化；進行驗證試驗，并與常規(guī)的煎煮提取法（提取2次，共用時240 min）進行效果比較。結果：閃式提取桂枝茯苓膠囊的最優(yōu)工藝為以水為提取溶劑，內刃轉速5 600 r/min，液固比10.5∶1，提取時間60 s。在此條件下驗證試驗的平均綜合評價值為85.40%（n＝3），與預測值85.55%的相對誤差為0.15%，并高于煎煮提取法（72.65%）。結論：優(yōu)化的閃式提取工藝用于桂枝茯苓膠囊的提取，具有高效、快速的特點。

桂枝茯苓膠囊；單因素試驗；Box-Behnken設計；響應面法；閃式提?。还に噧?yōu)化

桂枝茯苓膠囊為東漢張仲景《金匱要略》中古方桂枝茯苓丸的改進劑型，由桂枝、茯苓、牧丹皮、白芍和桃仁組成，諸藥合用，達活血化瘀、消腫散結之功[1]。其還可與米非司酮聯(lián)合用于治療子宮肌瘤等[2]，是治療婦科疾病的首選良方。目前，現(xiàn)有的桂枝茯苓膠囊提取方法具有水提取時間長（4 h）、指標成分保留率低（約70%）、蒸汽耗能大等缺點。近幾年，國內開始研究應用閃式提取技術提取中藥的指標成分，該技術利用閃式提取器設備中內刃高速轉動，并與外刃發(fā)生切割的過程中產生強力渦流，從而產生劇烈攪拌作用使指標成分快速轉移至溶劑中，最終達到分離指標成分的目的。與傳統(tǒng)煎煮提取方法比較，閃式提取技術提取中藥有效成分具有快速、高效、節(jié)能、熱穩(wěn)定[3]等優(yōu)點。但目前報道的閃式提取技術研究的對象多為單一中藥材，用于中藥復方提取的研究文獻報道較少[4]。因此，筆者嘗試利用閃式提取技術對中藥復方桂枝茯苓膠囊的提取工藝進行改進，并期望為其他復方中藥提供一項新的提取工藝技術。

1 材料

1.1 儀器與設備

JHBE-100閃式提取器（西安金南生物科技有限公司）；2695高效液相色譜（HPLC）儀[美國Waters科技（上海）有限公司]；H1650-W臺式高速離心機（湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司）；AG-135電子分析天平[瑞士梅特勒-托利多（上海）有限公司]。

1.2 藥材、對照品與試劑

桂枝、茯苓、牡丹皮、白芍、桃仁飲片均購自江蘇省連云港市康緣醫(yī)藥商業(yè)有限公司（批號分別為：Y1607054、Y1607047、Y160819、Y160805、Y1606045），經連云港康濟大藥房連鎖有限公司吳舟執(zhí)業(yè)藥師鑒定，符合2015年版《中國藥典》（一部）標準，均為真品；芍藥苷、沒食子酸、苯甲酸、苯甲酰芍藥苷、肉桂酸、苦杏仁苷對照品（中國食品藥品檢定研究院，批號分別為：110736-201539、110831-201204、100419-201302、B-024120905、110786-200503、110820-201506，純度分別為：96.4%、89.9%、100%、≥98%、≥98%、93.4%）；三氟乙酸、乙腈、甲醇等為色譜純；其余試劑均為分析純。

2 方法與結果

2.1 苦杏仁苷的含量測定

2.1.1 色譜條件按2015年版《中國藥典》（一部）“桃仁”項下苦杏仁苷含量測定方法[5]測定。以十八烷基硅烷鍵合硅膠為填充劑，甲醇-水（20∶80）為流動相，流速為1 mL/min，檢測波長為218 nm，進樣量為10 μL。取“2.1.2”和“2.1.3”項下對照品和供試品溶液進樣分析，色譜圖見圖1。理論板數(shù)按苦杏仁苷峰計，應不低于2 500。

圖1 苦杏仁苷的高效液相色譜圖Fig1 HPLC chromatograms of amygdalin

2.1.2 對照品溶液的制備取苦杏仁苷對照品適量，精密稱定，加50%乙醇制成260 μg/mL的對照品溶液。

2.1.3 供試品溶液的制備精密吸取單因素考察中內刃轉速第一次試驗的提取液1 mL至10 mL量瓶中，加50%乙醇稀釋至刻度，搖勻，離心（轉速：16 500 r/min，半徑：90 mm，下同）5 min，取上清液，得供試品溶液。

2.1.4 線性關系考察分別精密吸取上述對照品溶液1、2、4、6、8、10 mL置于10 mL量瓶中，加50%乙醇定容至刻度，搖勻，即得系列對照品溶液。分別進樣10 μL，以進樣質量濃度為橫坐標（x）、峰面積為縱坐標（y）繪制標準曲線，得回歸方程為y＝23.61x+19.64（r＝0.999 5）。結果表明，苦杏仁苷檢測質量濃度線性范圍為26.0～260 μg/mL。

2.2 沒食子酸、芍藥苷、苯甲酸、肉桂酸、苯甲酰芍藥苷的含量測定

2.2.1 色譜條件參考文獻[6]及前期試驗確定的色譜條件。以十八烷基硅烷鍵合硅膠為填充劑，色譜柱為Waters Symmetry C18（250 mm×4.6 mm，5 μm）；以含0.02%三氟乙酸的水溶液為流動相A，以乙腈為流動相B，流速為1 mL/min，梯度洗脫（程序見表1）；檢測波長為230 nm；進樣量為10 μL。分別取“2.2.2”和“2.2.3”項下混合對照品和供試品溶液進樣分析。各相鄰峰間分離度均大于1.5，理論板數(shù)按芍藥苷峰計，應不低于4 000，色譜圖見圖2。

表1 梯度洗脫程序Tab1 Gradient elution program

圖2 沒食子酸、芍藥苷、苯甲酸、肉桂酸、苯甲酰芍藥苷的高效液相色譜圖Fig2 HPLC chromatograms of gallic acid，paeoniflorin，benzoicacid，cinnamicacidand benzoyl paeoniflorin

2.2.2 混合對照品溶液的制備分別取沒食子酸、芍藥苷、苯甲酸、肉桂酸、苯甲酰芍藥苷對照品適量，精密稱定，加50%甲醇制成質量濃度分別為101.5、260.6、30.7、22.4、58.3 μg/mL的混合對照品溶液，即得。

2.2.3 供試品溶液的制備精密吸取單因素考察中內刃轉速第一次試驗的提取液1 mL至10 mL量瓶中，加50%甲醇稀釋至刻度，搖勻，離心5 min，取上清液，得供試品溶液。

2.2.4 線性關系考察分別精密吸取“2.2.2”項下混合對照品溶液1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 mL置于10 mL量瓶中，加50%甲醇稀釋至刻度，搖勻，即得系列對照品溶液。按“2.2.1”項下色譜條件分別進樣10 μL，以進樣質量濃度為橫坐標（x）、峰面積為縱坐標（y）繪制標準曲線，得沒食子酸、芍藥苷、苯甲酸、肉桂酸、苯甲酰芍藥苷的回歸方程分別為y＝13.975x+1.323 2（r＝0.999 9）、y＝13.068x－5.531 4（r＝0.999 9）、y＝49.391x－3.286 9（r＝1.000 0）、y＝89.04x+0.218 9（r＝0.999 9）、y＝51.09x+5.323（r＝1.000 0）。結果表明，沒食子酸、芍藥苷、苯甲酸、肉桂酸、苯甲酰芍藥苷的檢測質量濃度線性范圍分別為10.15～101.5、26.06～260.6、3.07～30.7、2.24～22.4、5.83～58.3 μg/mL，定量限分別為10.15、26.06、3.07、2.24、5.83 μg/mL。

2.2.5 精密度考察精密吸取“2.2.2”項下混合對照品溶液10 μL，連續(xù)進樣6次。分別計算沒食子酸、芍藥苷、苯甲酸、肉桂酸、苯甲酰芍藥苷峰面積的RSD，結果分別為1.01%、1.22%、1.05%、1.17%、1.08%（n＝6）。

2.2.6 穩(wěn)定性考察取“2.2.3”項下供試品溶液，分別在室溫下放置0、4、8、12、16、20、24 h后進樣分析。分別計算沒食子酸、芍藥苷、苯甲酸、肉桂酸、苯甲酰芍藥苷峰面積的RSD，結果分別為1.12%、1.28%、1.20%、1.15%、0.98%（n＝7）。

2.2.7 重復性考察取單因素考察中內刃轉速第一次試驗的提取液，按“2.2.3”項下方法制備成供試品溶液，共6份，進樣測定。分別計算沒食子酸、芍藥苷、苯甲酸、肉桂酸、苯甲酰芍藥苷峰面積的RSD，結果分別為2.08%、1.95%、2.37%、1.93%、2.04%（n＝6）。

2.2.8 準確度考察量取已知含量的單因素考察中內刃轉速第一次試驗的提取液適量，加入定量的沒食子酸、芍藥苷、苯甲酸、肉桂酸、苯甲酰芍藥苷對照品，按“2.2.3”項下方法制備成供試品溶液，進樣測定并計算。結果，沒食子酸、芍藥苷、苯甲酸、肉桂酸、苯甲酰芍藥苷平均加樣回收率分別為99.31%、99.43%、100.03%、99.42%、100.01%，RSD分別為2.08%、1.98%、1.79%、2.04%、2.07%（n＝6）。

2.3 閃式提取工藝考察指標的確定

根據閃式提取器的提取原理[7]及桂枝茯苓膠囊產品的性能特點，對其進行閃式提取工藝考察。所有試驗藥材均進行粗粉碎（16目，下同），每份試驗用藥材粗粉為1.2 kg（1個處方量），以水為提取溶劑，選擇對閃式提取效果可能有影響的因素，如內刃轉速、液固比、提取時間等進行考察。在單因素試驗的基礎上結合Box-Behnken設計-響應面法進行優(yōu)化，得到各自試驗提取液。由于桂枝茯苓膠囊藥液中各指標成分[8-9]含量不同，其中芍藥苷、苦杏仁苷含量較高，故各給予二者30%的權重比例；而沒食子酸、苯甲酸、肉桂酸、苯甲酰芍藥苷含量相對較低，故各給予10%的權重比例。權重共計100%。分別測定各指標成分含量并計算其轉移率[轉移率（%）＝藥液中指標成分總量/藥材中指標成分總量×100%]。

按權重對各指標成分轉移率進行綜合評價，以綜合評價值作為提取效果的評判依據。綜合評價值＝（芍藥苷轉移率×30%+苦杏仁苷轉移率×30%+沒食子酸轉移率×10%+苯甲酸轉移率×10%+肉桂酸轉移率×10%+苯甲酰芍藥苷轉移率×10%）×100%。

2.4 單因素考察試驗

2.4.1 內刃轉速固定液固比為10∶1、提取時間為60 s，考察內刃轉速（2 000、3 000、4 000、5 000、6 000 r/min）對各指標成分轉移率的影響。結果，綜合評價值分別為56.3%、73.8%、83.6%、85.3%、84.4%，故選擇內刃轉速4 000、5 000、6 000 r/min為后續(xù)優(yōu)化試驗的考察水平。2.4.2液固比固定內刃轉速為5 000 r/min、提取時間為60 s，考察不同液固比（6∶1、8∶1、10∶1、12∶1、14∶1）對各指標成分轉移率的影響。結果，綜合評價值分別為72.3%、83.8%、85.6%、83.3%、79.5%。從生產效率及成本考慮，選擇液固比為8∶1、10∶1、12∶1為后續(xù)優(yōu)化試驗的考察水平。

2.4.3 提取時間固定內刃轉速為5 000 r/min、液固比為10∶1，考察不同提取時間（30、60、90、120、150 s）對各指標成分轉移率的影響。結果，綜合評價值分別為62.3%、83.2%、83.7%、83.1%、80.5%，故選擇提取時間60、90、120 s為后續(xù)優(yōu)化試驗的考察水平。

2.5Box-Behnken設計

2.5.1 試驗設計在單因素試驗的基礎上以內刃轉速（A）、液固比（B）、提取時間（C）為考察因素，根據Box-Behnken設計原理[10-13]，每個因素設3個水平，用代碼值－1、0、1表示。因素與水平見表2。

表2 因素與水平Tab2 Factor and levels

2.5.2 試驗結果與方差分析根據Box-Behnken設計方案，對桂枝茯苓膠囊閃式提取工藝進行試驗。提取所得藥液按“2.1.3”“2.2.3”項下方法制成供試品溶液，按“2.1.1”“2.2.1”項下色譜條件進樣測定，分別計算苦杏仁苷、芍藥苷、沒食子酸、苯甲酸、苯甲酰芍藥苷、肉桂酸轉移率，按不同權重進行綜合評價，試驗結果見表3。采用Design-Expert 8.0.6軟件對綜合評價數(shù)據進行回歸方差分析，結果見表4。

表3 Box-Behnken設計與結果Tab3 Box-Behnken design and results

表4 回歸模型方差分析結果Tab4 Variance analysis result of regression model

表3中，試驗1～12號為析因試驗，13～17號為中心驗證試驗，以估計試驗誤差。對表3中綜合評價數(shù)據進行二次多元回歸擬合，綜合評價值以Y表示，得回歸方程：Y＝84.972 00+1.786 25A+0.608 75B+0.187 50C+0.320 00AB－0.382 50AC+0.047 50BC－1.678 50A2－1.503 50B2－1.616 00C2。

由表4可知，一次項A及二次項A2、B2、C2對提取效果有極顯著性影響；一次項B、C及交互項AB、AC、BC對提取效果無顯著性影響。本試驗模型的P＞F且小于0.01，提示模型顯著性較高；而失擬誤差項的P＞0.05，提示模型對試驗擬合情況較好，試驗誤差小，可采用此模型對桂枝茯苓膠囊閃式提取效果進行分析和預測。

2.6 響應面法分析

利用Design-Expert 8.0.6軟件，根據回歸方程繪制不同影響因素對響應值（綜合評價值）的三維曲線圖[12]，響應面圖見圖3。

圖3 3個因素與綜合評價值間的響應面三維圖Fig3 Three-dimensional response surface of 3 factors and comprehensive evaluation value

根據Design-Expert 8.0.6軟件及回歸方程等求解得桂枝茯苓膠囊閃式提取最優(yōu)工藝為內刃轉速5 557 r/min、液固比10.522∶1、提取時間60.15 s，此時綜合評價值的預測值為85.55%。從設備及實際可操作性考慮，對該最優(yōu)工藝進行適當修正，即設定內刃轉速5 600 r/min、液固比10.5∶1、提取時間60 s。

2.7 工藝驗證

按修正工藝進行3批中試再驗證試驗，每份藥材粗粉量均為1.2 kg。結果，綜合評價均值為85.40%（RSD＝0.51%，n＝3），與預測值結果幾乎一致，相對誤差為0.15%。這提示建立的綜合評價結果與內刃轉速、液固比、提取時間之間關系的回歸模型是科學、合理的。驗證試驗結果見表5。

表5 閃式提取工藝驗證試驗結果（%%）Tab5 Verification result of flash extraction technology（%%）

2.8 閃式提取與煎煮提取比較

為進一步比較桂枝茯苓膠囊閃式提取法與常規(guī)煎煮提取法的提取效果，首先對其煎煮提取工藝進行正交優(yōu)化試驗研究（具體內容略），得到優(yōu)化后的煎煮提取工藝，然后按最優(yōu)工藝進行放大驗證試驗（稱取1.2 kg藥材粗粉），在同等條件下比較煎煮提取與閃式提取的提取效果，結果見表6。

表6 桂枝茯苓膠囊閃式提取與煎煮提取效果比較Tab6 Comparison of effects of flash extraction and decocting extraction for Guizhi fuling capsule

由表6可知，閃式提取所用時間與煎煮提取用時比較大大縮短，溶劑用量也減少一半，且綜合評價值明顯更高。

通過單因素及響應面優(yōu)化試驗，確定閃式提取桂枝茯苓膠囊的最優(yōu)工藝為以水為提取溶劑，設定內刃轉速5 600 r/min、液固比10.5∶1、提取時間60 s。此優(yōu)化工藝下，桂枝茯苓膠囊中指標成分轉移率的綜合評價值達85%左右，提取效果明顯優(yōu)于常規(guī)的煎煮提取。

3 討論

閃式提取在常溫下即可對中藥中的指標成分進行提取，故能有效保護熱敏性成分，最大限度地保留植物原有成分；提取時間短，數(shù)秒至幾分鐘內即可完成，提取速度遠高于傳統(tǒng)方法；且大大降低了能耗，從而降低了生產成本，操作簡便、易行，使用安全可靠[14]。閃式提取法適用于中藥各個部位、多種溶劑、多種成分的提取[3]，

是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ男滦吞崛〖夹g。但目前該技術也有一定局限性，即該技術尚處在實驗室階段，且大多只針對單味藥材進行研究。本試驗嘗試用該技術進行了復方中藥有效成分的提取研究，結果顯示該技術在復方中的應用也具有明顯的優(yōu)勢。本研究為其他中藥復方的提取研究提供了一種新思路、新方法，同時也為閃式提取技術向產業(yè)化過渡應用提供了技術支持，具有一定的參考意義。

[1] 秦泗漣，馬利華，賈曉斌，等.桂枝茯苓方物質基礎及其制劑質量控制模式研究進展[J].中國實驗方劑學雜志，2011，17（13）：270-272.

[2] 黃婉怡，劉錦，周立蓉，等.桂枝茯苓膠囊聯(lián)合米非司酮治療子宮肌瘤的臨床觀察[J].中國藥房，2015，26（33）：4641-4643.

[3] 黃越燕，譚榮德.閃式提取技術在中藥成分提取中的研究進展[J].中國醫(yī)院藥學雜志，2015，35（1）：83-87.

[4] 孟慶舉，劉曉謙，楊華，等.閃式提取技術的研究進展[J].中國實驗方劑學雜志，2013，19（19）：349-355.

[5] 國家藥典委員會.中華人民共和國藥典：一部[S].2015年版.北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2015：277-278.

[6] 張艷海，張大偉，孟兆青，等.在線二維液相色譜法快速測定桂枝茯苓膠囊中芍藥苷、丹皮酚、苦杏仁苷和肉桂酸的含量[J].中國中藥雜志，2013，38（23）：4088-4092.

[7] 陳菲，盛柳青，麻佳蕾.松針中原花青素的閃式提取及其抗氧化活性[J].中國醫(yī)藥工業(yè)雜志，2014，45（2）：120-123.

[8] 王振中，范麒如，竇霞，等.桂枝茯苓膠囊對大鼠體外培養(yǎng)卵巢顆粒細胞增殖的影響及物質基礎評價[J].中國中藥雜志，2009，34（10）：1307-1309.

[9] 王振中，范麒如，竇霞，等.桂枝茯苓膠囊抑制小鼠離體子宮收縮效應及其物質基礎評價[J].中草藥，2009，40（4）：609-611.

[10] 郭樹琴，吳勝舉，李岱.響應面法優(yōu)化超聲提取綠茶茶多酚工藝[J].生物加工過程，2009，7（1）：39-43.

[11] 徐璐，汪濤，郭巧生，等.響應面法優(yōu)化超聲輔助法提取昆侖雪菊色素的工藝研究[J].中國中藥雜志，2014，39（24）：4792-4797.

[12] 王正寬，劉圓，周茆，等.中試規(guī)模下Box-Behnken法優(yōu)化延胡索微波提取工藝[J].中草藥，2015，46（16）：2394-2399.

[13] 范成杰，江道峰，凌宗士.響應面法優(yōu)化黃芩中黃芩苷閃式提取工藝[J].中國實驗方劑學雜志，2012，18（6）：48-51.

[14] 李精云，劉延澤.組織破碎提取法在中藥研究中的應用進展[J].中草藥，2011，42（10）：2145-2149.

Optimization of Flash Extraction Technology for Guizhi Fuling Capsule by Box-Behnken Design-response Surface Method

WANG Zhengkuan1，2，3，LIU Yuan1，2，3，SHI Xiaomeng1，2，3，WANG Zhenzhong1，2，3，XIAO Wei1，2，3（1.Kanion Modern Chinese Medicine Research Institute，Jiangsu Kanion Pharmaceutical Co.，Ltd.，Jiangsu Lianyungang 222047，China；2.State Key Laboratory of New-tech for Chinese Medicine Pharmaceutical Process，Jiangsu Lianyungang 222047，China；3.The Key Laboratory for the New-tech Research of TCM Extraction and Purification，Jiangsu Lianyungang 222047，China）

OBJECTIVE：To optimize the flash extraction technology for Guizhi fuling capsule.METHODS：Using blade speed，liquid-solid ratio，extraction time as investigation factors，using the comprehensive evaluation values consisting of transfer rates of gallic acid，paeoniflorin，benzoic acid，cinnamic acid，benzoyl paeoniflorin，amygdalin as investigation index，single factor test was combined with Box-Behnken design-response surface method to optimize the flash extraction technology for Guizhi fuling capsule.Verification test was conducted and compared with conventional decoction extraction method（extracting twice，totally 240 min）.RESULTS：The optimal flash extraction technology for Guizhi fuling capsule was using water as extraction solvent with blade speed of 5 600 r/min and liquid-solid ratio of 10.5∶1，extracting for 60 s.The average comprehensive evaluation value of verification test was 85.40%（n＝3），with relative error of 0.15%to the predicted value（85.55%），higher than decoction extraction method（72.65%）.CONCLUSIONS：Optimized flash extraction technology for Guizhi fuling capsule is efficient and rapid.

Guizhi fuling capsule；Single factor test；Box-Behnken design；Response surface method；Flash extraction；Technology extraction

R284.2

A

1001-0408（2017）31-4429-05

DOI 10.6039/j.issn.1001-0408.2017.31.28

國家“重大新藥創(chuàng)制”科技重大專項——現(xiàn)代中藥創(chuàng)新集群與數(shù)字制藥技術平臺課題（No.2013ZX09402203）

＊高級工程師。研究方向：中藥新技術、新工藝。電話：0518-81152363。E-mail：wangzk781@126.com

#通信作者：研究員級高級工程師，博士。研究方向：中藥新藥的研究與開發(fā)。電話：0518-81152367。E-mail：Kanionlunwen@163.com

2017-03-27

2017-06-14）

（編輯：劉萍）