響應面法優化蒙藥赤瓟子提取工藝

唐曉光　陳曉北　李天柱　唐紅梅

摘要：目的：采用響應面法優化蒙藥赤瓟子提取工藝，為其進一步開發和利用奠定工藝基礎.方法：采用回流提取法，以單因素試驗結果為基礎，選取液料比、乙醇體積分數、提取溫度、提取時間為自變量，赤瓟子提取率為響應值，依據Box-Behnken實驗設計，采用響應面法優化蒙藥赤瓟子提取工藝.結果：赤瓟子最佳提取工藝條件為提取溫度80℃，乙醇體積分數68%，液料比15：1ml/g，提取時間60min，提取率高達37.26%.結論：采用響應面法優化蒙藥赤瓟子提取工藝切實可行，穩定性較好.

關鍵詞：赤瓟子;響應面法;提取工藝

中圖分類號：TQ460.6;R282.71? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）09-0033-04

赤瓟子（Thladiantha dubia Bunge）為葫蘆科植物，干燥果實入藥，蒙藥名敖魯毛斯，又名赤雹、赤瓟、赤包子等.味酸，苦，性平，具有理氣、降逆、利濕、活血、化瘀祛痰等功效[1]，其主要化學成分有黃酮類、三萜類、多糖類、揮發油類、糖苷類和有機酸等[2-6].藥理學研究表明，赤瓟子具有抗腫瘤、解熱鎮痛、抗炎、抗菌、免疫調節等多方面的藥理活性[7-11].根據文獻調研，赤瓟子的研究主要集中在藥理作用、少量已知成分的含量測定等方面，關于尚未有提取工藝的研究報道.本實驗采用回流提取法，在單因素試驗結果的基礎上，選取液料比、乙醇體積分數、提取溫度、提取時間為自變量，赤瓟子提取率為響應值，采用響應面法優化蒙藥赤瓟子提取工藝，提高其有效成分提取率與利用率，為進一步開發、利用蒙藥赤瓟子奠定工藝基礎.

1 儀器與材料

1.1 儀器

恒溫水浴鍋（HH-1，江蘇金壇市億通電子有限公司）;旋轉蒸發儀（RE-2000B，上海亞榮生化儀器廠）;循環水式多用真空泵（SHE-III，臨海市譚式真空設備有限公司）;分析電子天平（FA2104，上海良平儀器儀表有限公司）;電子天平（ME1002/02，梅特勒-托利多儀器有限公司）;數控超聲波清洗器（ KQ-100DB，昆山超聲儀器有限公司）.

1.2 材料

實驗用蒙藥赤瓟子購自河北安國（產品批號：1707010575，河北聯康藥業有限公司生產），經赤峰學院醫學院藥用植物與生藥學教研室鹿萍副教授鑒定為葫蘆科植物赤瓟（Thladiantha dubia.）的干燥果實，95%乙醇（產品批號：2018315，分析純，天津市風船化學試劑科技有限公司）.

2 實驗方法和結果

2.1 實驗方法

2.1.1 原料藥預處理 將赤瓟子粉碎后過60目篩，粗粉置于50℃的烘箱內干燥至恒重，備用.

2.1.2 赤瓟子的提取 精密稱量赤瓟子粗粉10g，用不同體積分數的乙醇，按一定的液料比、提取時間、提取溫度加熱回流提取2次，合并提取液后趁熱抽濾去除藥材殘渣，抽濾液使用旋轉蒸發儀減壓蒸餾，濃縮液轉移至精密稱重的10ml圓底燒瓶內，減壓蒸餾至恒重，冷卻后精密稱重，可得浸膏重量，然后計算赤瓟子提取率，計算方法如下：

提取率=（浸高重量/10g）×100%

2.2 單因素試驗

2.2.1 提取溫度對赤瓟子提取率的影響

精確稱量干燥赤瓟子粗粉10g，按液料比15∶1ml/g，加入150ml體積分數為70%的乙醇，在50℃、60℃、70℃、80℃、90℃的條件下，回流提取2次，每次1h，平行實驗重復2次，計算平均提取率，實驗方法及提取率計算方法參照2.1.2.實驗結果見圖1.

由圖1可知，在提取時間、液料比、乙醇體積分數一定的情況下，隨著提取溫度的升高，赤瓟子提取率增加，在80℃時提取率最高，溫度高于80℃時赤瓟子提取率呈下降趨勢.造成這一現象的原因可能是提取溫度高于80℃，赤瓟子中揮發油類等成分損失過多，導致提取率下降.

2.2.2 乙醇體積分數對赤瓟子提取率的影響

精確稱量干燥赤瓟子粗粉10g，按液料比為15∶1ml/g選取乙醇體積分數50%、60%、70%、80%、90% 5個濃度，在80℃的條件下提取2次，每次1h，平行實驗重復2次，計算平均提取率，實驗方法及提取率計算方法參照2.1.2.實驗結果見圖2.

由圖2可知，在液料比、提取時間、提取溫度一定的情況下，隨著乙醇體積分數的增大，赤瓟子提取率呈上升趨勢，70%時赤瓟子提取率達到最高點，乙醇體積分數高于70%，赤瓟子提取率逐漸降低.造成這一現象的原因可能與赤瓟子化學成分的溶解性有關.

2.2.3 提取時間對赤瓟子提取率的影響

精確稱量干燥赤瓟子粗粉10g，按液料比15∶1ml/g，加入150ml 70%的乙醇，選取30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min 7個提取時間，在80℃的條件下提取2次，平行實驗重復2次，計算平均提取率，實驗方法及提取率計算方法參照2.1.2.實驗結果見圖3.

由圖3可知，在液料比、乙醇體積分數、提取溫度一定的情況下，提取時間在30min～60min內，赤瓟子提取率與提取時間呈正相關，提取時間多于60min，赤瓟子提取率反而下降趨勢，可能是藥材中某些化學成分不穩定或者揮發油損失過多導致提取率下降.

2.2.4 液料比對赤瓟子提取率的影響

精確稱量干燥赤瓟子粗粉10g，選取液料比8∶1ml/g、10∶1ml/g、15∶1 ml/g、20∶1 ml/g、25∶1 ml/g、30∶1 ml/g 6個因素，加一定體積的70%乙醇，在80℃的條件下提取2次，每次1h，平行實驗重復2次，計算平均提取率，實驗方法及提取率計算方法參照2.1.2.實驗結果見圖4.

由圖4可知，在提取時間、提取溫度、乙醇體積分數一定的情況下，液料比在8∶1ml/g～15∶1ml/g之間時，赤瓟子提取率隨著液料比的增加而增加，15∶1ml/g時赤瓟子提取率達到峰值，之后赤瓟子提取率呈下降趨勢.

3 響應面法優化赤瓟子提取工藝

3.1 根據單因素試驗的結果，設計4因素3水平響應面實驗方案，優化赤瓟子的提取工藝.采用響應面法設計的因素和水平見表1，其試驗設計與結果見表2.

3.2 模型的建立和方差分析 采用Design-Expert 8.0.6軟件對表2數據進行統計分析，可得赤瓟子提取率（R1）關于4因素的回歸方程：R1=38.38-0.20A-2.81B-0.32C+0.12D-1.23AB+1.26AC +0.12AD+1.15BC-1.79BD+1.93CD-1.42A2-6.43 B2-4.63C2-7.00D2.方差分析結果（見表3）表明回歸模型（P<0.0001）極顯著.失擬項P=0.1818（P>0.01）不顯著，表明實驗操作相對準確，R2=0.9179，表明模型擬合程度良好，可用該模型進行蒙藥赤瓟子提取率的預測.由F值可知，乙醇體積分數對赤瓟子的提取率有顯著性影響，影響程度：乙醇體積分數>液料比>提取溫度>提取時間.乙醇體積分數的二次項B2、液料比的二次項C2和提取時間的二次項D2對赤瓟子的提取率有極限顯著性的影響（P<0.0001）.

3.3 響應面分析 由回歸方程建模繪制赤瓟子提取率的響應曲面，根據響應面可以直觀地觀察兩兩因素交互作用對赤瓟子提取率響應值的影響，其響應面3D圖如圖5，以此來優化赤瓟子最佳提取工藝條件.

3.4 最佳提取工藝及驗證性試驗 根據Box-Behnken中心組合設計，采用響應面法確定蒙藥赤瓟子最佳提取工藝條件為：提取溫度80.07℃，乙醇體積分數67.71%，液料比14.73ml/g，提取時間60.31min，提取率為38.71%，鑒于實驗的可操作性，將最佳提取工藝條件校正為：提取溫度80℃，乙醇體積分數68%，液料比15：1ml/g，提取時間60min，為驗證軟件預測的可靠性，依據最佳提取工藝條件平行提取試驗3次，試驗結果平均提取率為37.26%，與預測值相差1.45%，誤差較小，表明校正試驗條件穩定可靠.

4 討論

確定天然藥物最優提取工藝的常用方法是正交試驗法或均勻試驗法，上述方法均為線性模型，具有操作簡便、試驗次數少、節約成本等優點，但由于模型精度不高，導致預測性誤差較大.采用響應面法優化赤瓟子提取工藝，不僅具有建模準確，信息全面且直觀等優點，而且還可以通過曲面分析兩兩交互因素對提取率的顯著性.因此本實驗采用了響應面法建模預測赤瓟子的最優提取工藝，且模型準確、穩定、可行.

課題組在前期預實驗時，采用正交試驗法優化赤瓟子最佳提取工藝，而驗證試驗結果誤差較大，進而選擇響應面法再次確定提取工藝條件，通過對比不同方法、不同模型提取工藝的差別發現響應面法更加科學、合理，適用于天然藥物提取工藝的優化.

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參考文獻：

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