壯藥一匹綢中咖啡酸最優提取工藝研究

李丹妮，吳佳雯，蔣麗娟，劉蘇妮，朱 華

(1.廣西民族大學 化學化工學院 廣西多糖材料與改性重點實驗室，廣西 南寧 530006；2.廣西中醫藥大學 藥學院，廣西 南寧 530200)

壯藥一匹綢別名白面水雞、白背絲綢、白牡丹等，屬于旋花科植物類ArgyreiaacetaLour的莖葉，具有消炎解毒、祛風祛濕、緩解咳嗽、止血散癖及鎮痛等功效；用于治療許多常見的病癥，如風濕疼痛、慢性氣管炎等，也可以治療一些硬化病，如腎炎水腫和肝硬化腹水等。一匹綢藥材一般分布于崇左市、貴港市、防城港以及武鳴縣等廣西各個區域，是自治區中醫常用的解毒藥之一，內治咳嗽、腎炎水腫以及筋脈不舒等癥狀，外用于治療梅毒，其所含的有效成分咖啡酸，與臨床治療密切相關。采用微波、紫外、超聲波三位一體合成萃取反應儀提取一匹稠中的咖啡酸，充分利用超聲波具有的熱效應、空化效應以及機械效應，經過增加介質分子的運動速率和增大其透射力來提煉中藥的有效成分[1-2]。微波提取是通過高頻電磁波透射物質的介質，從而作用于物質中的維管束以及腺胞體系的過程[3-4]。通常，熱提取是以熱傳導以及熱輻射這種形式從外面向里面施加影響，然而微波提取是以偶極子的轉動與離子間的傳導這兩個過程從里面和外面同步加熱[5-6]。同其他常用提取手段相比，微波提取手段具有用時短、低溫操作、能耗小且質量好等優點[7]。本研究采用微波-超聲波提取一匹綢中的咖啡酸，發現咖啡酸提取率與文獻報道[8]的提取率相比，有很大提高，現將研究過程報道如下。

1 儀器與材料

1.1 儀器

U Wave-1000型微波紫外超聲波三位一體合成萃取反應儀(上海新儀微波化學科技有限公司)；Agilent Cary60分光光度計(Agilent Technologies)、DHG·9240A 電熱鼓風干燥箱(上海一恒科學儀器有限公司)；粉碎機(浙江大鵬機械有限公司)、LD5-2A型低速離心機(上海珂淮儀器有限公司)。

1.2 試劑

咖啡酸(上海阿拉丁生化科技股份有限公司)；無水乙醇、甲醇等均為分析純；本研究所用純水為實驗室自制。

1.3 藥材

本研究所用壯藥一匹綢的產地為廣西崇左，經廣西中醫藥大學藥學院中藥鑒定教研室鑒定為真品。本研究所用一匹綢藥材樣品，均為旋花科植物白鶴藤的地上部分。

2 研究方法與結果

2.1 咖啡酸標準曲線的繪制

分別稱量咖啡酸標準品，用甲醇將其定容至25 mL的容量瓶中，將其稀釋為濃度分別為1 mg/mL、2 mg/mL、3 mg/mL、4 mg/mL、5 mg/mL的標準溶液。最后以X軸和Y軸分別表示質量濃度(mg/mL)和吸光度(Abs)，得到回歸方程：y= 0.949x-0.007 9，R2=0.999 5。見圖1。

圖1 咖啡酸標準溶液濃度曲線

2.2 單一因素實驗

2.2.1 反應時間 稱量一匹綢5份，每份2.0g，按提取條件：微波-超聲波功率300 W，料液比1∶90，乙醇體積分數95%、30 ℃，分別提取10 min、15 min、20 min、25 min和30 min，得出咖啡酸最佳提取工藝的反應時間為20 min。見圖2。

圖2 反應時間對咖啡酸提取率的影響

2.2.2 乙醇體積分數 稱量一匹綢適量，每份2.0 g，按提取條件：30 ℃，微波-超聲波功率300 W，反應時間20 min，料液比為1∶90。依次用45%、55%、65%、75%、85%、95%的乙醇溶液提取一匹綢咖啡酸，最佳提取工藝的乙醇體積分數為85%。見圖3。

圖3 乙醇體積分數對咖啡酸提取率的影響

2.2.3 料液比 稱量一匹綢適量，每份2.0 g，按提取條件：30 ℃，微波-超聲波功率300 W，85%乙醇，反應時間20 min，將一匹綢藥分別以料液比為1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70、1∶80、1∶90分別提取。本實驗設定最大的微波-超聲波功率300 W、最佳的乙醇體積分數為85%和最優的反應時間20 min，將8份一匹綢藥品分別按料液比1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70、1∶80、1∶90來提取，結果最佳提取的料液比為 1∶70。見圖4。

圖4 料液比對咖啡酸提取率的影響

2.2.4 微波-超聲波功率 稱量一匹綢適量，每份2.0 g，按提取條件：30 ℃，85%乙醇，反應時間20 min，料液比1∶70，分別用微波-超聲波功率100 W、150 W、200 W、250 W、300 W提取，結果最佳提取微波-超聲波功率為200 W。見圖5。

圖5 微波-超聲波功率對咖啡酸提取率的影響

2.2.5 提取次數 稱量一匹綢適量，每份2.0 g，按提取條件：30 ℃，85%乙醇，反應時間20 min，料液比1∶70，微波-超聲波功率200 W，分別提取1次、2次、3次，結果最佳提取次數為2次。見圖6。

圖6 提取次數對咖啡酸提取率的影響

2.3 正交實驗

采用“Design-Expert 8.0.6b ”軟件優化一匹綢中咖啡酸的提取工藝。每一個考察對象設置3組水平，分別以代碼“-1、0、+1”來表示。見表1。

表1 正交實驗因素與水平

3 結果與分析

3.1 一匹綢咖啡酸不同提取方法的二次回歸正交旋轉組合設計

根據以上實驗，可得最佳提取工藝：反應時間20 min，乙醇體積分數85%，料液比1∶70，微波-超聲波功率200 W。根據實驗結果，以反應時間、微波-超聲波功率與乙醇體積分數作為最主要的參考對象。在這三個最佳的參考對象前后各設計一組數據實驗，通過 Design-Expert V8.0.6 軟件進行二次回歸正交旋轉組合設計，選取 17種組合方法來進行提取。見表2、表3。

表2 咖啡酸不同方法提取所得含量

3.2 不同提取方法對咖啡酸含量互作效應的影響分析

根據圖7、圖8和圖9，不同的微波-超聲波功率、反應時間和乙醇體積分數對咖啡酸提取率的交互效應有以下影響：①在微波-超聲波功率恒定時，隨著反應時間的遞增，咖啡酸的提取率略有增加，但變化的幅度不明顯。隨著乙醇的體積分數遞增，咖啡酸的提取率出現先升后降的趨向；②在反應時間恒定時，隨著微波-超聲波功率的遞增，咖啡酸的提取率出現先升后降的趨向，并且在15 min 左右有峰值出現。隨著乙醇體積分數的增加，咖啡酸的提取率先上升后下降，且變化趨勢明顯；③在乙醇體積分數恒定的條件下，隨著反應時間的遞增，咖啡酸的提取率出現“先升后降”的趨向，但變化的幅度不明顯。即使微波-超聲波功率有遞增，但咖啡酸的提取率變化不大。見圖7、圖8、圖9。

3.3 軟件模擬的最優方案

由表4可知，由Design-Expert.V 8.0.6軟件設計分析得到的最優方案，即本實驗理論最佳的反應時間(A)為16.60 min、最優的微波-超聲波功率(B)為250.00 W、最優的乙醇體積分數為83.07%，咖啡酸的提取率：Y=339.71 mg/g。

圖8 乙醇體積分數和反應時間對咖啡酸提取率的響應曲面

圖9 乙醇體積分數和微波-超聲波功率對咖啡酸提取率的響應曲面

表4 軟件分析結果

3.5 驗證實驗

由軟件分析得出的最佳工藝數據，應驗證其是否穩定且高效。以最佳反應溫度30 ℃、最佳反應時間16.60 min、最佳乙醇體積分數83.07%、最佳料液比1∶70，按微波-超聲波功率250.00 W分別提取，檢測吸光度，平均測定3次，由咖啡酸標準曲線方程：y= 0.949x-0.007 9，R2=0.999 5。最終得到咖啡酸平均提取率為341.61 mg/g，與預測值(339.71 mg/g)非常接近，說明軟件模擬出的方案可運用于實際生產中。見圖10。

圖10 五個樣品在最優提取條件下對咖啡酸的提取率

4 討論

本研究依照“綠色環保、高效節能”的理念，采用熱效應、空化效應及機械力效應結合微波及偶極子轉動與離子間的傳導原理，通過微波-超聲波對一匹綢中咖啡酸進行提取。采用Design-Expert V8.0.6 軟件，分析得出了最優提取工藝：反應時間16.60 min，乙醇體積分數83.07%，微波-超聲波功率250.00 W，并對其進行了驗證。結果一匹綢中咖啡酸平均提取率為341.61 mg/g，與理論值(339.71 mg/g)非常接近，表明試驗方法具有可行型，還具有節能、省時和高效的特點，這為圍繞一匹綢的新藥研發提供了科學依據。