響應面優化薄荷揮發油的提取工藝及其抗氧化性能研究

羅 鳳,龍 旭,高曉敏,齊巧明,雷亞婷,靳如意,郭 惠

(陜西中醫藥大學 藥學院，陜西 咸陽 712046)

薄荷(MenthahaplocalyxBriq)為唇形科薄荷屬草本芳香植物，又名水薄荷、人丹草、蘇薄荷和夜息花等[1～4]。薄荷作為傳統中藥，其揮發油主要為多種單萜類化學物，具有清利頭目、除臭、利咽、抑菌、抗氧化、防蚊蟲、鎮痛、疏風散熱、解痙、疏肝行氣等功效，被廣泛用于醫藥和食品等領域[5～12]。研究以薄荷作為原料，采用水蒸氣蒸餾法提取其揮發油組分，考察提取工藝參數，利用響應面法對薄荷揮發油的最佳提取工藝參數進行優化再考察其體外抗氧化性能，為薄荷資源的開發利用提供理論依據。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑與儀器

1.1.1 實驗試劑 薄荷，石油醚(60%)，無水乙醇(AR)，氯化鈉(AR)，無水硫酸鈉(AR)，1,1-二苯基-2-苦肼基(DPPH，AR)，去離子水實驗室自制。

1.1.2 實驗儀器 電子天平，粉碎機，20目標準篩，250mL分液漏斗，500 mL三頸燒瓶，恒溫磁力攪拌器，電熱鼓風干燥箱，紫外-可見分光光度計，循環水多用真空泵。

1.2 實驗步驟及表征

1.2.1 薄荷揮發油水蒸氣蒸餾提取 將薄荷置于干燥箱中于30 ℃干燥24 h，粉碎過20目篩備用。稱取一定量的薄荷細粉置于500 mL三頸燒瓶中，加入適量二次蒸餾水，浸泡一段時間，于100 ℃條件下回流一段時間，獲得蒸餾液。轉入分液漏斗中加入2.0 g氯化鈉促進油水分離，靜置24 h，加入適量無水硫酸鈉對其進行干燥處理，純化后稱重，并用下式計算薄荷揮發油的提取率：

1.2.2 薄荷揮發油最佳提取工藝參數的考察 主要有:

(1)最佳料液比的確定。準確稱取45.0 g薄荷干花細粉于500 mL三頸燒瓶中，分別按不同料液比(1∶7、1∶8、1∶9和1∶10)加入去離子水，室溫密閉浸泡1.0 h于100 ℃回流1.5 h，獲得薄荷蒸餾液。將薄荷蒸餾液轉至分液漏斗中，加入3.0 g氯化鈉，加速水油分離，靜置24 h后，分出上層油狀物，加入2.0 g無水硫酸鈉去除殘留水分，過濾得純凈薄荷揮發油，最后稱重。

(2)最佳浸泡時間。準確稱取45.0 g薄荷細粉于500 mL三頸燒瓶中，按料液比為1∶9加入去離子水，室溫分別密閉浸泡不同時間(0h、1.5 h、3.0 h和4.5 h)，在100 ℃條件下回流1.5 h，獲薄荷蒸餾液。與料液比實驗類似分液、除水、稱重。

(3)最佳提取時間。準確稱取45.0 g薄荷干花細粉于500 mL三頸燒瓶中，按料液比為1∶9加入去離子水，室溫密閉浸泡1.5 h后在100 ℃條件下分別回流不同時間(1.5 h、3.0 h、4.5 h和6.0 h)，獲得薄荷蒸餾液。與料液比實驗類似分液、除水、稱重。

1.2.3 抗氧化研究 分別以揮發油濃度和DPPH·自由基清除率作為橫坐標和縱坐標作圖，獲得薄荷揮發油濃度與自由基清除率的關系圖譜。于517 nm波長下，通過測定吸光度值的變化，對薄荷揮發油抗氧化活性的穩定性進行研究。樣品溶液對DPPH?自由基的清除能力按下式計算：

2 結果與討論

2.1 料液比對薄荷揮發油提取率的影響

圖1為料液比變化對薄荷揮發油提取率的影響趨勢。薄荷顆粒與去離子水充分接觸可促使揮發油類有效物質充分轉移至溶劑中，從而提高揮發油提取率。但當料液比超過1∶9后，溶劑水用量提高使薄荷粉在水中所占比例減少，同時后處理過程中揮發油損失增加導致提取率下降。因此，最佳料液比應控制為1∶9。

2.2 浸泡時間對薄荷揮發油提取率的影響

圖2位浸泡時間對薄荷揮發油提取率的影響，薄荷顆粒在溶劑中浸泡時間延長，水分子逐步向薄荷中進行擴散，促使揮發油提取率逐步增加，當浸泡時間達到1.5 h時，提取率最大。因此，隨著浸泡時間越長，擴散越完全，提取的揮發油含量就越高。但浸泡時間過長，揮發油提取率反而呈現下降趨勢。因此，最佳浸泡時間為1.5 h。

2.3 提取時間對薄荷揮發油提取率的影響

圖3為提取時間對揮發油提取率的影響趨勢，延長提取時間揮發油提取率先增大后減小，當提取時間為3.0 h時，揮發油提取率最大。隨著提取時間的增長，溶劑水將干燥的薄荷顆粒充分浸潤后并將有效成分溶解出來，使揮發油的提取率逐步增加。但在有效成分擴散完成的前提下，當提取時間過長，反而會導致揮發油中的有效成分揮發損失而降低總的提取率。綜合考慮提取時間為3.0 h最好。

2.4 響應面法實驗設計方案及結果

綜合考慮薄荷揮發油提取過程中的工藝參數：料液比(A)，浸泡時間(B)，提取時間(C)對揮發油提取率的影響，根據Box-Behnken的設計原理，設計了3個因素，每個因素3個水平，見表1。

表1 響應面因素與水平

以揮發油提取率作為因變量，采用Design-Expert軟件對各因素進行擬合，得到二次回歸方程：Y=1.16+0.0237A+0.0925B+0.0713C-0.0425AB+0.07AC+0.0475BC- 0.1708A2- 0.0833B2- 0.2608C2，R2= 0.9910。采用Design-Expert軟件擬合分析2個自變量的交互作用對薄荷揮發油收率影響的三維響應面圖，如圖4所示。料液比與浸泡時間交互效應顯著，浸泡時間與提取時間交互效應顯著，料液比與提取時間交互效應較弱。經Design-Expert軟件分析回歸模型的揮發油的最優提取條件為料液比0.137 g·mL-1，浸泡時間1.503 h，提取時間3.013 h，在此條件下揮發油提取率為1.174%。

2.5 驗證試驗

結合軟件擬合結果和實驗操作條件，確定薄荷揮發油的最優提取工藝參數為料液比為1∶9，浸泡1.5 h，提取3.0 h，重復提取3次，薄荷揮發油提取率為1.16%，相對平均偏差為0.87%，說明基于Box-Behnken實驗設計獲得的最佳提取工藝參數可靠，具有實用價值。

2.6 薄荷揮發油的抗氧化性能

圖5為薄荷濃度變化對其抗氧化性能的影響規律。從圖5可知，揮發油濃度對DPPH·自由基的清除率影響較大。從圖5可知，薄荷揮發油對DPPH·自由基有一定的清除活力，隨著揮發油濃度的增加，抗自由基活性持續升高，這說明揮發油濃度和抗氧化性能之間具有明顯的濃度依賴效應，當濃度達到80 mg·mL-1時，自由基清除率可達到53.21%。

3 結論

基于薄荷的藥用價值，以薄荷作為原料，考察料液比、浸泡時間和提取時間對揮發油提取率的影響規律。通過響應面發建立薄荷揮發油水提法的二次多項式數學模型，考察了提取工藝參數之間的交互作用，獲得最佳提取工藝參數。利用清除DPPH·自由基法考察薄荷揮發油的抗氧化性能，結果表明薄荷揮發油具備明顯的抗氧化性能，為薄荷產品的進一步開發提供理論依據。