雙水相體系萃取迷迭香酸工藝研究

劉康珂，陳薪宇，鄧愛華，謝曉婷，劉 慧

（湖南文理學院 生命與環(huán)境科學學院，湖南 常德 415000）

迷迭香（Rosmarinus officinalis），又稱艾菊，系唇形科植物，起源于地中海地區(qū)[1]，其含有的迷迭香酸（Rosemary acid）是一種天然抗氧化劑，有助于防止自由基造成的細胞受損，且廣泛應用于食品、醫(yī)藥等領域[2]，具有抗菌[3]、抗病毒[4]、抗氧化[5]、抗癌[6]等作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

迷迭香提取物（迷迭香酸20%），湖南廣源生物科技有限公司提供；聚乙二醇（PEG），無錫市亞泰聯(lián)合化工有限公司提供；硫酸銨，天津市志遠化學試劑有限公司提供；純水，實驗室純水機。

1.2 儀器與設備

JB/T5374型電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司產(chǎn)品；ZWL-LS1-10型純水機，湖南中沃水務環(huán)?？萍加邢薰井a(chǎn)品；W1100型高效液相色譜儀，大連依利特分析儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

1.3.1 迷迭香酸標準曲線

準確稱取20 mg迷迭香酸標準品，加入甲醇溶液溶解，待溶解完全后，移入20 mL的容量瓶中，配置成1 mg/mL母液。然后稀釋成100，300，500，700，1 000 μg/mL標準溶液，用高效液相色譜儀檢測。檢測條件如下：C18色譜柱（4.6 mm×250 mm，i.d，5 μm）；流動相：A為乙腈，B為4%甲酸水溶液，體積比A∶B=（70%∶30%）；柱溫30℃，流速0.8 mL/min，進樣量20 μL，檢測波長330 nm。

以迷迭香酸標準溶液的質(zhì)量濃度（μg/mL）為橫坐標，對應的峰面積為縱坐標繪制標準曲線，得到的線性回歸方程為Y=29.348X+6 703.9，相關系數(shù)R2=0.918 9（Y為相應的峰面積；X為迷迭香酸質(zhì)量濃度，μg/mL）。

1.3.2 單因素試驗

控制體系總質(zhì)量30 g，迷迭香水溶液5 g（迷迭香酸濃度1 g/L），依次向燒杯中加入硫酸銨、PEG、水，攪拌均勻后靜置，分相后測量上下相吸光度，計算迷迭香提取液中迷迭香酸的質(zhì)量濃度與提取率。分別考查PEG分子量（200，400，600，800，1 000）、PEG用量（7，8，9，10，11 g）、NH4SO4用量（2.0，2.5，3.0，3.5，4.0 g）等因素對迷迭香酸提取率的影響。

式中：K——上下相迷迭香酸濃度之比；

R——上下相的相比。

1.3.3 響應面試驗設計

在單因素試驗的基礎上，運用Design Expert 8.6.1軟件中的Box-behnken試驗設計原理，以PEG分子量（A）、PEG用量（B）和NH4SO4用量（C）為考查因素，以迷迭香酸的提取率為響應值（Y），設計三因素三水平的響應面分析試驗。

響應面試驗因素與水平設計見表1。

表1 響應面試驗因素與水平設計

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 PEG分子量對提取率的影響

PEG分子量對提取率的影響見圖1。

圖1 PEG分子量對提取率的影響

由圖1可知，隨PEG分子量增加，迷迭香酸提取率增加，當分子量為400時，提取率達到最大值；當PEG分子量繼續(xù)增加時，整個雙水相體系的黏度增大，阻礙了上下相之間的分子轉移，對傳質(zhì)造成不利影響，導致分配系數(shù)下降，從而影響到提取率。

2.1.2 PEG用量對提取率的影響

PEG用量對提取率的影響見圖2。

由圖2可知，隨著體系中PEG質(zhì)量分數(shù)增加，上下相的相比R逐漸增大，上相的水合能力也隨之增強，使得上相的體積也隨之提高，這樣有利于迷迭香酸在上相的富集，導致上相中迷迭香酸的濃度逐漸增大，分配系數(shù)K和萃取率逐漸增大。

圖2 PEG用量對提取率的影響

2.1.3 NH4SO4用量對提取率的影響

硫酸銨用量對迷迭香酸萃取率的影響見圖3。

圖3 硫酸銨用量對迷迭香酸萃取率的影響

由圖3可知，隨著體系中NH4SO4用量的增加，上下相的體積差增大，分配系數(shù)與萃取率也隨之上升，當質(zhì)量分數(shù)超過10%后，整個雙水相體系的極性增強，迷迭香酸及其水溶性的雜質(zhì)位于下相，迷迭香酸萃取率出現(xiàn)下降的趨勢。

2.2 響應面試驗結果

2.2.1 Box-behnken試驗設計結果

響應面試驗設計中，以迷迭香酸的提取率（Y）的響應值，設計三因素三水平的試驗方案。數(shù)據(jù)進行二次多元回歸擬合，得到二次回歸方程：

Box-behnken試驗設計與結果見表2，回歸方差分析見表3。

表2 Box-behnken試驗設計與結果

由表3可知，該模型p<0.05，具有顯著性，且PEG分子量（A）和PEG用量（B）為極顯著因素（p<0.01）。比較F值可得出，影響迷迭香酸的萃取率的因素強弱順序依次為PEG分子量>PEG用量>NH4SO4用量。

表3 回歸方差分析

2.2.2 交換影響分析

PEG分子量與PEG用量交互影響響應曲面及等高線圖見圖4。

由圖4可知，PEG分子量與PEG用量之間的交互作用顯著，對迷迭香酸的提取率有較大影響。迷迭香酸的萃取率隨PEG用量升高而緩慢上升，隨PEG分子量增大而緩慢下降。當PEG的分子量為400，PEG用量為10 g時，迷迭香酸的萃取率最高。

圖4 PEG分子量與PEG用量交互影響響應曲面及等高線圖

PEG分子量與NH4SO4用量交互影響響應曲面和等高線圖見圖5。

由圖5可知，迷迭香酸的提取率隨聚乙二醇分子量增大而緩慢下降，與NH4SO4用量之間呈正態(tài)分布；當PEG的分子量為400，NH4SO4用量為3 g時，迷迭香酸的提取率最高。

圖5 PEG分子量與NH4SO4用量交互影響響應曲面和等高線圖

PEG用量與NH4SO4用量交互影響響應曲面和等高線圖見圖6。

圖6 PEG用量與NH4SO4用量交互影響響應曲面和等高線圖

由圖6可知，迷迭香酸提取率與NH4SO4用量之間呈正態(tài)分布，隨PEG用量升高而呈緩慢上升趨勢。PEG用量為10 g，NH4SO4用量為3 g時，迷迭香酸提取率最高。

2.3 最佳提取工藝

通過Design Expert軟件Box-behnken試驗設計的結果表明，當PEG分子量為400，PEG用量為10 g，NH4SO4用量為3 g時，迷迭香中迷迭香酸的提取率可達95.74%。

3 結論

采用聚乙二醇-硫酸銨雙水相體系萃取迷迭香提取物中的迷迭香酸，通過單因素試驗和響應面法優(yōu)化萃取工藝。結果表明，當體系總質(zhì)量為30 g，迷迭香酸水溶液5 g，PEG分子量為400，PEG用量10 g，NH4SO4用量3 g時，迷迭香提取物中迷迭香酸的提取率可達95.74%。