正交試驗(yàn)優(yōu)化梔子中藏紅花素提取工藝

劉 聃，劉鳳英，黃 穎，段艷輝，鄧愛華

（1.湖南文理學(xué)院 芙蓉學(xué)院，湖南 常德 415000；2.湖南文理學(xué)院 地理科學(xué)與旅游學(xué)院，湖南 常德 415000）

梔子為茜草科梔子屬的成熟干燥果實(shí)，具有抗炎鎮(zhèn)痛、降低血糖、保護(hù)心腦血管、治療脂肪肝等作用，也有相應(yīng)的保健價(jià)值，通常用于制作各種保健品。在中醫(yī)臨床常用于治療高血壓、糖尿病、黃疸型肝炎、扭挫傷等作用。宋曉靜等人[1]闡述了梔子對呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、泌尿生殖系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)及血液循環(huán)系統(tǒng)的作用。梔子中含有藏紅花素，藏紅花素具有抗癌、抗腫瘤的作用，具體體現(xiàn)在抑制宮頸癌、治療白血病、結(jié)腸癌、卵巢癌、結(jié)腸癌等疾病上。通過單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化梔子中藏紅花素提取工藝，為梔子中藏紅花素的深度開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

梔子，澧縣扶農(nóng)中藥材農(nóng)民專業(yè)合作社提供；甲醇，色譜純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供；乙醇，分析純，湖南匯宏試劑有限公司提供。

JR-600型高速多功能粉碎機(jī)，永康云達(dá)機(jī)械產(chǎn)品；FA2104型電子天平，上海恒平科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；SHZ-D（Ⅲ）型循環(huán)水式真空泵，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司產(chǎn)品；KQ5200DE型數(shù)控超聲波清洗器，昆山超聲儀器有限公司產(chǎn)品；Agress1100型高效液相色譜儀，大連伊力特分析儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線制備

稱取藏紅花素-Ⅰ標(biāo)準(zhǔn)品20 mg置于200 mL容量瓶中，加入60%乙醇溶液定容，配制200 mg/L的藏紅花素母液。分別取母液2.50，3.75，5.00，5.25，6.50 mL置于25 mL容量瓶中，加入60%的乙醇溶液定容。配成20，30，40，50，60 mg/L的藏紅花素溶液。高效液相色譜法檢測條件如下[2-3]：ODS2色譜柱（4.6 mm×200 mm，5 μm）、流動相為甲醇∶水（1∶1），檢測波長440 nm，流速1 mL/min，柱溫30℃，進(jìn)樣量20 μL。以藏紅花素的質(zhì)量濃度為自變量，峰面積為因變量繪制回歸曲線，得到的藏紅花素的標(biāo)準(zhǔn)線：Y=106.24X+789.74，R2=0.999 5。

1.2.2 藏紅花素提取工藝

首先將梔子用嘉悅JR-600型高速多功能粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，過50-300目篩，接著使用電子精密天平準(zhǔn)確稱取0.3 g梔子粉末于燒杯中，按照預(yù)先設(shè)計(jì)的試驗(yàn)因素和水平用一定體積分?jǐn)?shù)的乙醇溶液在40℃的溫度下，使用KQ5200DE型數(shù)控超聲波清洗器浸漬振蕩30 min，超聲提取用相應(yīng)體積分?jǐn)?shù)的乙醇定容至刻度線，搖勻，抽濾取濾液制成待測液，最后將一定量的待測液于波長440 nm處測定梔子中藏紅花素的峰面積，參照標(biāo)準(zhǔn)曲線方程可以計(jì)算所測樣品的質(zhì)量濃度，然后根據(jù)m=cv計(jì)算梔子中藏紅花素的質(zhì)量，并計(jì)算提取率：

1.2.3 單因素試驗(yàn)

準(zhǔn)確稱取0.2 g梔子粉末樣品5份，分別置于5個(gè)小燒杯中，中間條件控制為乙醇體積分?jǐn)?shù)60%，料液比1∶40，超聲溫度40℃，超聲時(shí)間30 min。分別考查乙醇體積分?jǐn)?shù)為30%，40%，50%，60%，70%；料液比為1∶20，1∶30，1∶40，1∶50，1∶60；超聲時(shí)間為10，20，30，40，50 min；超聲溫度為30，40，50，60，70℃4個(gè)單因素水平對梔子中藏紅花素提取率的影響。

1.2.4 設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)

根據(jù)1.2.3單因素試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)四因素三水平的正交試驗(yàn)，選用L9（34）正交表進(jìn)行相應(yīng)的正交試驗(yàn)，計(jì)算每次試驗(yàn)梔子中藏紅花素的提取率，根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果，利用極差分析法進(jìn)行分析[4-5]，可以得到正交試驗(yàn)的最佳參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)的影響

乙醇體積分?jǐn)?shù)對藏紅花素提取率的影響見圖1。

由圖1可知，乙醇體積分?jǐn)?shù)在30%～60%呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢，梔子中藏紅花素的提取率60%時(shí)達(dá)到最高，繼續(xù)增加乙醇體積分?jǐn)?shù)，呈現(xiàn)迅速下降的趨向，由于乙醇體積分?jǐn)?shù)過高，極性降低，溶液中藏紅花素溶出度下降。

圖1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對藏紅花素提取率的影響

2.1.2 料液比對藏紅花素提取率的影響

料液比對藏紅花素提取率的影響見圖2。

圖2 料液比對藏紅花素提取率的影響

由圖2可知，料液比為1∶20～1∶40時(shí)，藏紅花素的提取率呈下降趨勢，在料液比為1∶50時(shí)，提取率達(dá)到最高，之后又出現(xiàn)顯著下降的趨勢，料液比越大后處理越困難，故1∶50為最佳料液比。

2.1.3 超聲時(shí)間的影響

由于超聲波有空化效果從而會產(chǎn)生一定熱效應(yīng)和高強(qiáng)度機(jī)械效應(yīng)，具有增加穿透性、促使細(xì)胞破碎和加速質(zhì)量傳遞等優(yōu)點(diǎn)[6]。

超聲時(shí)間對藏紅花素提取率的影響見圖3。

圖3 超聲時(shí)間對藏紅花素提取率的影響

由圖3可知，隨著超聲時(shí)間的增加，梔子中藏紅花素的提取率不斷增加，在40 min時(shí)達(dá)到最大；進(jìn)一步增加超聲時(shí)間，提取率迅速下降，可能是長時(shí)間超聲導(dǎo)致了梔子中藏紅花素的分解。

2.1.4 超聲溫度的影響

超聲溫度對藏紅花素提取率的影響見圖4。

由圖4可知，超聲溫度為30～50℃時(shí)，梔子中藏紅花素的提取率隨溫度增加而上升，提取率50℃時(shí)最高；如進(jìn)一步提高溫度，提取率呈現(xiàn)先下降后增加的趨勢，可能是由于溫度升高，藏紅花素不穩(wěn)定導(dǎo)致分解，同時(shí)溫度升高，促進(jìn)藏紅花素的溶出及黏度降低，多種因素共同作用的結(jié)果，選擇合適的超聲溫度是50℃。

圖4 超聲溫度對藏紅花素提取率的影響

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)

在數(shù)學(xué)學(xué)科的相關(guān)理論中，正交法主要是在數(shù)理統(tǒng)計(jì)、概率論和線性代數(shù)為基礎(chǔ)的前提下，選用標(biāo)準(zhǔn)的正交化作為試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理而進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)試驗(yàn)[7-8]，通過各單因素所導(dǎo)致的梔子中藏紅花素提取率最高水平的上下值設(shè)置正交表的因素水平值。

正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

2.2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2可知，用梔子中藏紅花素的提取率為參照因素，各試驗(yàn)因素對梔子中藏紅花素提取率的影響按照由大到小依次為料液比、超聲時(shí)間、乙醇體積分?jǐn)?shù)、超聲溫度，在提取試驗(yàn)工藝當(dāng)中超聲時(shí)間和料液比這2個(gè)因素對梔子中藏紅花素提取率的影響較大，對提取率影響較小的是乙醇體積分?jǐn)?shù)，其中最小的是超聲溫度。表2顯示的正交試驗(yàn)結(jié)果表明，梔子中藏紅花素的最佳提取率所在條件為試驗(yàn)A2B2C3D2處，也就是在乙醇體積分?jǐn)?shù)60%，料液比1∶50，超聲溫度60℃，其超聲時(shí)間40 min時(shí)，此條件下梔子中藏紅花素的提取率為64.25%。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)考查了乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、超聲時(shí)間和超聲溫度等因素對梔子中藏紅花素提取率的影響規(guī)律；通過正交試驗(yàn)優(yōu)化梔子中藏紅花素的最佳提取工藝參數(shù)為乙醇體積分?jǐn)?shù)60%，料液比1∶50，超聲溫度60℃，超聲時(shí)間40 min，梔子中藏紅花素的提取率為64.25%。