響應(yīng)面法優(yōu)化細(xì)辛揮發(fā)油超聲輔助提取工藝

王飛娟，楊長(zhǎng)花，劉 峰,2，王月茹,彭修娟,李 華

(1.陜西國(guó)際商貿(mào)學(xué)院，陜西 咸陽 712046；2.陜西步長(zhǎng)制藥有限公司，陜西 西安 710075；3.咸陽市食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)中心，陜西 咸陽 712046)

細(xì)辛(Asariradixet Rhizoma)來源于馬兜鈴科植物北細(xì)辛[AsarumheterotropoidesFr.Schmidt var.mandshuricum(Maxim.)Kitag.]、漢城細(xì)辛(AsarumsieboldiiMiq.var.seoulenseNakai)或華細(xì)辛(AsarumsieboldiiMiq.)的干燥根及根莖[1]，具有解表散寒、祛風(fēng)止痛、通竅、溫肺化飲的功效，用于治療風(fēng)寒感冒、頭痛、牙痛、鼻塞流涕、鼻鼽、鼻淵、風(fēng)寒痹痛、痰飲咳喘。揮發(fā)油是細(xì)辛中的主要活性成分[2]，具有鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜、中樞抑制、局部麻醉等多種藥理作用[3]。揮發(fā)油常見的提取方法有水蒸氣蒸餾法、超臨界流體提取法、超聲輔助提取法、微波輔助提取法和有機(jī)溶劑提取法等[4]。超聲輔助提取法提取時(shí)間短、提取率高、耗能較少[5]。潘紅亮等[6]采用正交實(shí)驗(yàn)研究了細(xì)辛揮發(fā)油的提取工藝，發(fā)現(xiàn)超聲輔助提取法所得的細(xì)辛揮發(fā)油提取率高于水蒸氣蒸餾法的。李峰等[7]發(fā)現(xiàn)，超臨界二氧化碳萃取法提取的揮發(fā)油含量高于水蒸氣蒸餾法的。厲英光等[8]、魏京海等[9]、劉東吉等[10]、孫慧峰等[11]、歐陽天贄等[12]采用正交實(shí)驗(yàn)法研究了細(xì)辛揮發(fā)油的提取工藝，鮮有用響應(yīng)面法優(yōu)化細(xì)辛揮發(fā)油提取工藝的文獻(xiàn)報(bào)道。響應(yīng)面法是近年來發(fā)展起來的比較科學(xué)精準(zhǔn)的工藝優(yōu)選方法[13]。作者采用超聲輔助法提取細(xì)辛揮發(fā)油，首先采用單因素實(shí)驗(yàn)考察提取溶劑、料液比(g∶mL,下同)、超聲時(shí)間、超聲溫度、超聲功率對(duì)細(xì)辛揮發(fā)油提取率的影響，再采用響應(yīng)面法優(yōu)化提取工藝。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑與儀器

細(xì)辛，購于陜西康盛堂藥業(yè)有限公司，經(jīng)陜西國(guó)際商貿(mào)學(xué)院生藥教研室雷國(guó)蓮教授鑒定為Asariradixet Rhizoma。細(xì)辛干燥，粉碎，密封，備用。

乙醚、石油醚、正己烷、乙酸乙酯，市售。

KQ5200DE型數(shù)控超聲波清洗器，昆山超聲儀器有限公司；TE124S型電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器有限公司。

1.2 細(xì)辛揮發(fā)油的提取

精密稱取細(xì)辛粉末10 g，置于具塞錐形瓶中，加入提取溶劑，設(shè)置超聲波清洗器的超聲溫度、超聲時(shí)間和超聲功率，超聲提取，過濾，回收溶劑至干，稱重，按下式計(jì)算細(xì)辛揮發(fā)油提取率(Y)：

式中：m1為提取揮發(fā)油后干燥細(xì)辛和蒸發(fā)皿的總質(zhì)量，g；m2為干燥蒸發(fā)皿的質(zhì)量，g；m為細(xì)辛粉末的質(zhì)量，g。

1.3 提取工藝優(yōu)化

首先采用單因素實(shí)驗(yàn)考察提取溶劑、料液比、超聲時(shí)間、超聲溫度、超聲功率對(duì)細(xì)辛揮發(fā)油提取率的影響，再采用響應(yīng)面法優(yōu)化提取工藝。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 提取溶劑對(duì)細(xì)辛揮發(fā)油提取率的影響(表1)

由表1可知，以乙酸乙酯為提取溶劑時(shí)，細(xì)辛揮發(fā)油的提取率最高，其次是乙醚，再次是正己烷，最次是石油醚。由于乙酸乙酯的沸點(diǎn)偏高，不易揮發(fā)，因此，選擇沸點(diǎn)低、易于揮發(fā)的乙醚為提取溶劑。

表1 提取溶劑對(duì)細(xì)辛揮發(fā)油提取率的影響Tab.1 Effect of extraction solvent on extraction rate of volatile oil from Asari radix et Rhizoma

2.1.2 料液比對(duì)細(xì)辛揮發(fā)油提取率的影響(表2)

由表2可知，在料液比為1∶6時(shí)提取率最高。

表2 料液比對(duì)細(xì)辛揮發(fā)油提取率的影響Tab.2 Effect of solid-liquid ratio on extraction rate of volatile oil from Asari radix et Rhizoma

2.1.3 超聲時(shí)間對(duì)細(xì)辛揮發(fā)油提取率的影響(表3)

表3 超聲時(shí)間對(duì)細(xì)辛揮發(fā)油提取率的影響Tab.3 Effect of ultrasonic time on extraction rate of volatile oil from Asari radix et Rhizoma

由表3可知，超聲時(shí)間為35 min時(shí)提取率最高。

在處理數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)于5個(gè)評(píng)分因子的滿意度設(shè)置分值，用選項(xiàng)的平均值作為這一問題的總體分值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析．設(shè)對(duì)衛(wèi)生狀況非常滿意的使用者所占比例為，比較滿意的為，一般的為，不太滿意的為，很不滿意的為，同理，對(duì)于衛(wèi)生安全有，，，，，對(duì)于價(jià)格有，，，，，對(duì)于口味有，，，，，對(duì)于服務(wù)態(tài)度有，，，，，對(duì)于種類有，，，，．

2.1.4 超聲溫度對(duì)細(xì)辛揮發(fā)油提取率的影響(表4)

表4 超聲溫度對(duì)細(xì)辛揮發(fā)油提取率的影響Tab.4 Effect of ultrasonic temperature on extraction rate of volatile oil from Asari radix et Rhizoma

由表4可知，超聲溫度為30 ℃時(shí)提取率最高。

2.1.5 超聲功率對(duì)細(xì)辛揮發(fā)油提取率的影響(表5)

表5 超聲功率對(duì)細(xì)辛揮發(fā)油提取率的影響Tab.5 Effect of ultrasonic power on extraction rate of volatile oil from Asari radix et Rhizoma

由表5可知，提取功率為160 W時(shí)提取率最高。

2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)

2.2.1 因素與水平設(shè)計(jì)

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定乙醚為提取溶劑，超聲溫度為30 ℃，以料液比(A)、超聲時(shí)間(B)、超聲功率(C)為考察因素，以細(xì)辛揮發(fā)油提取率為響應(yīng)值，進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，因素與水平見表6。

表6 因素與水平Tab.6 Factors and levels

2.2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)及回歸方程

表7 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.7 Results of response surface methodologies

將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到多元二次回歸模型方程：Y=3.41+0.048A+0.052B+0.030C-0.18AB+0.25AC+0.14BC-0.58A2-0.49B2-0.42C2。

2.2.3 方差分析

采用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表8。

表8 方差分析Tab.8 Variance analysis

2.2.4 各因素交互作用分析

使用Design-Expert 8.0.6軟件將料液比、超聲時(shí)間、超聲功率兩兩因素進(jìn)行分析，響應(yīng)面圖及等高線圖見圖1。

圖1 細(xì)辛揮發(fā)油提取工藝優(yōu)化的響應(yīng)面圖與等高線圖Fig.1 Response surface map and contour map for optimization in extraction process of volatile oil from Asari radix et Rhizoma

從圖1可以看出，料液比與超聲時(shí)間、料液比與超聲功率的交互作用對(duì)提取率影響顯著。

2.2.5 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

使用Design-Expert 8.0.6軟件得到的最優(yōu)提取工藝為：料液比1∶6.16、超聲時(shí)間35.18 min、超聲功率162.70，提取率預(yù)測(cè)值為3.414%。為了方便操作，選擇優(yōu)化提取工藝為：料液比1∶6、超聲時(shí)間36 min、超聲功率160 W。在此優(yōu)化工藝條件下，提取細(xì)辛揮發(fā)油3次，細(xì)辛揮發(fā)油提取率分別為：3.475%、3.387%、3.261%，平均值為3.374%，RSD值為3.19%，實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值比較接近，說明實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)學(xué)模型具有可靠性和重現(xiàn)性。

3 結(jié)論

采用響應(yīng)面法優(yōu)化細(xì)辛揮發(fā)油超聲輔助提取工藝。首先采用單因素實(shí)驗(yàn)考察提取溶劑、料液比、超聲時(shí)間、超聲溫度、超聲功率對(duì)細(xì)辛揮發(fā)油提取率的影響，然后選取料液比、超聲時(shí)間、超聲功率等3個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，得到優(yōu)化的細(xì)辛揮發(fā)油提取工藝為：料液比1∶6(g∶mL)、超聲時(shí)間36 min、超聲功率160 W，在此優(yōu)化工藝條件下，細(xì)辛揮發(fā)油提取率為3.374%，RSD值為3.19%。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)學(xué)模型具有可靠性和重現(xiàn)性，本工藝可用于細(xì)辛揮發(fā)油的提取。