響應面法優化金銀花精油的提取工藝

李娟麗　賀立虎

摘要［目的］采用響應面法優化SFE-CO₂法萃取金銀花精油提取工藝，確定最佳萃取條件。［方法］在單因素試驗的基礎上，選取對提取率有明顯影響的3個因素萃取溫度、萃取壓力、夾帶劑濃度及變化水平，采用Design-Expert 8.05和Box-Benhnken 法，以精油得率為評價目標，建立數學回歸模型，通過優化獲得最佳工藝條件。［結果］金銀花精油最佳工藝條件為萃取溫度49 ℃、萃取壓力36 MPa、夾帶劑濃度73%，精油平均提取率為2.48%。［結論］該試驗采用的響應面法方法可靠，具有可操作性，得到的二次回歸模型擬合度高，可以為金銀花精油工業化生產提供技術支撐，對金銀花的進一步開發利用具有一定的指導意義。

關鍵詞金銀花；精油；響應面法；提取工藝；優化

中圖分類號R284文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2023）11-0144-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.11.035開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Optimization of the Extraction Process of Honeysuckle Essential Oil by Response Surface Methodology

LI Juan-li，HE Li-hu（Yangling Vocational and Technical College of Shaanxi，Yangling， Shaanxi 712100）

Abstract［Objective］ To optimize the SFE-CO₂extraction process of honeysuckle essential oil by response surface methodology （RSM） and determine the optimal extraction conditions. ［Method］On the basis of single factor experiment， the extraction temperature， the extraction pressure， the concentration of entrainer and the change level three factors which have obvious influence on the extraction rate were selected. The method of Design-Expert 8.05 and Box-Benhnken was used to evaluate the yield of essential oil， the mathematical regression model was established， and the optimum technological conditions were obtained by optimization. ［Result］The optimum conditions were extraction temperature 49 ℃， extraction pressure 36 MPa and entrainer concentration 73%. The average extraction rate was 2.48%. ［Conclusion］The response surface methodology is reliable and operability， and the quadratic regression model obtained is highly fitted， which can provide technical support for the industrial production of honeysuckle essential oil， it has certain guiding significance to the further development and utilization of honeysuckle.

Key wordsHoneysuckle;Essential oil;Response surface methodology;Extraction process;Optimization

金銀花因其初開時花為白色，兩日后變為黃色而得名，又名忍冬、二花，是忍冬科植物忍冬（Lonicera japonica Thunb.）的花蕾，其味甘、性寒，含有黃酮、多糖、有機酸、萜類、皂苷和揮發油等多種化學成分，具有很好的清熱解毒、疏散風熱、殺菌消炎等作用［1-3］。其所含的精油不僅氣味芳香，還具有清咽解毒、止咳平喘等功效［4-8］，常用于醫藥、化妝品、飲料、保健品、食品等行業［9-13］。然而，在中藥制劑的開發和加工過程中，揮發油的提取和保存是保證藥品質量的關鍵，因此研究精油的提取分離技術對于新藥研發具有非常重要意義［14-18］。

然而，精油收率低是影響金銀花開發利用的根本因素。前期調研和試驗表明，用超臨界CO₂技術提取精油具有安全、環保、無污染、效率高等特點，該研究利用SFE-CO₂萃取技術，采用響應面法設計試驗，以金銀花精油的收率作為優化目標，考察萃取溫度、萃取壓力和夾帶劑濃度對收率影響，最終獲取最優工藝條件，對實現金銀花精油開發利用和工業化生產提高理論依據。

1材料與方法

1.1原料與試劑金銀花，購于西安中藥飲片廠，產地河南省孟津縣；液體CO₂（純度99.5％），食品級，購于楊凌邁拓特種氣體有限公司；蒸餾水自制；無水乙醇為AR級，由楊凌三力化玻站提供。

1.2主要儀器與設備FA2014電子分析天平，常州科源；YF-150B粉碎機，瑞安永歷；HA120-50-02型超臨界二氧化碳萃取器（圖1），江蘇南通華安超臨界萃取有限公司；KQ100DE超聲波清洗器，上海科導超聲儀器有限公司；海爾BCD-470WD冰箱；PCWJ-20純水機；DHG-9145A真空干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司。

1.3試驗方法

1.3.1樣品處理。選取質優的金銀花花蕾樣品，置于50 ℃真空干燥箱中烘干24 h，粉碎后過50目（孔徑0.3 mm）藥典篩，置于干燥器中，備用。

1.3.2金銀花萃取。稱取300 g處理后的金銀花樣品置于1 L料筒，按規程操作，將料筒置于萃取釜中，設定萃取溫度、萃取壓力，開啟水泵和制冷系統，當萃取釜和各分離釜達到規定溫度時，開啟氣瓶用CO₂沖洗管路并排氣，開啟CO₂泵電源調節CO₂流量，按規定加入夾帶劑進行萃取，萃取物減壓后，進入分離釜變為氣體后析出，即為金銀花精油，萃取到規定時間，停止萃取，精確稱定所有萃取物的重量，將其密封，置于冰箱冷藏備用。

1.3.3金銀花精油提取率計算。

金銀花精油提取率＝金銀花精油提取質量（g）/金銀花質量（g）×100%

1.3.4試驗設計。

1.3.4.1單因素試驗。通過單因素試驗，以精油提取率為評價指標，分別考察萃取溫度、萃取壓力、夾帶劑濃度3個因素對SFE-CO₂萃取金銀花精油工藝的影響，試驗設計見表1。

1.3.4.2響應面試驗設計。在單因素試驗的基礎上，選取對提取率有明顯影響的因素及變化水平（表2），采用Design-Expert 8.05軟件中的Box-Benhnken 響應面設計方法，設計試驗方案。以精油得率為評價目標，建立數學回歸模型，通過優化選取最佳的萃取工藝。

2結果與分析

2.1單因素試驗

2.1.1萃取溫度對金銀花精油提取率的影響。在萃取壓力30 MPa、萃取時間1 h、夾帶劑乙醇濃度60%的情況下，分別考察了萃取溫度為35、40、45、50、55 ℃時，對金銀花提取率的影響。由圖2可知，金銀花精油的提取率隨溫度升高呈明顯上升趨勢，當萃取溫度為45 ℃時達到最大值，之后隨著溫度的繼續升高，提取率明顯下降。

2.1.2萃取壓力對金銀花精油提取率的影響。在萃取溫度45 ℃、萃取時間1 h、夾帶劑乙醇濃度60%的情況下，分別考察了萃取壓力25、30、35、40、45 MPa時，對金銀花提取率的影響。由圖2可知，金銀花精油的提取率隨萃取壓力升高呈明顯上升趨勢，當萃取壓力為35 MPa時達到最大值，之后隨著壓力的繼續升高，提取率緩慢下降。

2.1.3夾帶劑濃度對金銀花精油提取率的影響。在萃取溫度45 ℃、萃取時間1 h、萃取壓力為35 MPa的情況下，分別考察了夾帶劑乙醇濃度50%、60%、70%、80%、90%時，對金銀花提取率的影響。由圖3可知，金銀花精油的提取率隨夾帶劑濃度升高逐漸增大，當夾帶劑濃度80%時達到最大值，之后隨著濃度的繼續升高，提取率緩慢下降。

2.2響應面優化試驗

2.2.1響應面試驗設計與結果。以金銀花精油提取率為響應值，在單因素試驗的基礎上，選取對提取率有明顯影響的萃取壓力、萃取溫度、夾帶劑濃度進行3因素3水平的響應面分析試驗，試驗設計見表2～3。

2.2.2響應面分析。采用Design-Expert 8.05對上述數據進行分析，得到金銀花精油提取率（Y）與萃取溫度（A）、萃取壓力（B）、夾帶劑濃度（C）之間的多元二次回歸方程：

Y=2.96+0.003 613A+0.004 050B+0.004 512C+0.000 400AB+0.000 025AC-0.001 044A²-0.014 000B²-0.006 992C²。方程中，A、B、C的系數說明各因子對精油得率的影響均呈正相關，各因子的系數絕對值越大，表明對精油提取率的影響越大，故三因子對金銀花精油提取率（Y）的影響效果為夾帶劑濃度（C）＞萃取壓力（B）＞萃取溫度（A）。

從表4可知，該模型P=0.001 3＜0.01（較顯著），失擬項P=0.521 3＞0.05（不顯著），結果表明該模型可靠，試驗過程無失擬因素，未知因素對試驗過程的干擾小；R²=0.944 6和R²_Adj=0.873 3表明回歸方程的線性關系良好，該模型對于試驗結果具有較高的擬合性。CV=5.64%，表明該模型具有良好的重現性。綜上可知，該模型可用來對金銀花精油的萃取工藝進行分析和優化。

模型中，A、B、C、B²、C²項均存在顯著性，表明各因子與因變量具有良好的線性關系，各因素對響應值提取率的影響效果用曲面圖和等高線圖表示，結果見圖5～6。

從圖5和圖6可知，萃取壓力與夾帶劑濃度之間的相互關系曲線近似于圓，表明萃取壓力與夾帶劑濃度的相互作用對精油提取率的影響很小；萃取溫度與萃取壓力、萃取溫度與夾帶劑濃度交互作用的等高線為橢圓形，說明AB和AC的交互作用對精油提取率均有很大的影響，而AB曲線比 AC曲線由藍色到紅色變化的更快，坡度更大，說明AB交互作用對精油提取率影響更明顯。

2.2.3工藝優化與驗證。根據Box-Benhnken曲線可看出，提取率存在真實的最大值，采用Design-Expert 8.05對設定的提取工藝進行優化，得到金銀花揮發油最佳萃取條件：萃取溫度48.97 ℃、萃取壓力36.47 MPa、夾帶劑乙醇濃度72.67%，在此條件下得到的揮發油提取率為2.98%。

為檢驗響應面法所得結果的可信度，同時考慮生產實際，調整萃取條件為：萃取溫度49 ℃、萃取壓力36 MPa、夾帶劑濃度73%，進行3次驗證試驗，得到精油平均提取率為2.48%，比預測值僅差0.50%。

3結論

單因素試驗結果表明，萃取溫度、萃取壓力、夾帶劑濃度3個因素對金銀花精油提取率均有不同程度的影響。 采用Box-Behnken法和Design-Expert 8.05優化獲得SFE-CO₂法萃取金銀花精油最佳工藝條件為萃取溫度49 ℃、萃取壓力36 MPa、夾帶劑濃度73%，進行3次驗證試驗，得到精油平均提取率為2.48%，與理論值相比僅差0.50%。該試驗采用的響應面法方法可靠，具有可操作性，得到的二次回歸模型擬合度高，可以為金銀花精油的規模化生產提供重要的指導作用。

參考文獻

［1］ 中國科學院中國植物志編輯委員會.中國植物志：第72卷［M］.北京：科學出版社，1988.

［2］ 毛利華，李世周，楊哲，等.金銀花活性成分及其產品開發研究進展［J］.江蘇科技信息，2018，35（17）：47-49.

［3］ 譚政委，夏偉，余永亮，等.金銀花化學成分及其藥理學研究進展［J］.安徽農業科學，2018，46（9）：26-28，123.

［4］ 曾安琪，華樺，陳朝榮，等.金銀花、山銀花抗炎藥理作用研究［J］.中國中藥雜志，2020，45（16）：3938-3944.

［5］ 張艷冬，陳宇.金銀花枝葉提取物對炎癥小鼠的抗炎鎮痛作用研究［J］.浙江中醫雜志，2019，54（6）：457-458.

［6］ 崔曉燕.金銀花提取物的抗炎免疫作用研究［J］.中國藥業，2011，20（23）：8-9.

［7］ 張旋，鄭明星，朱志兵，等.金銀花體外抗呼吸道合胞病毒作用研究［J］.新中醫，2014，46（6）：204-206.

［8］ 李文，易進海，劉芳，等.金銀花飲片和金銀花現代飲片 RP-HPLC指紋圖譜對比研究［J］.成都大學學報（自然科學版），2012，31（1）：21-24.

［9］ 陳璇.復方金銀花中藥漱口水的制備及其功效實驗研究［D］.廣州：南方醫科大學，2017.

［10］ 李宗磊，趙琪，王明力.魚腥草金銀花涼茶飲料的研制［J］.中國釀造，2014，33（7）：148-152.

［11］ 孫軍濤，肖付剛，王思琦.決明子枸杞金銀花復合飲料的研制［J］.食品研究與開發，2017，38（9）：108-111.

［12］ 李敬華.荷葉金銀花保健口香糖的研制［J］.食品科學，2004，25（5）：210-213.

［13］ 曹冠華，李澤東，王藩樺，等.金銀花酸角糕的研制［J］.食品研究與開發，2017，38（5）：90-95.

［14］ 謝君銓，沈立玉，周強，等.低度保健型黃酒發酵及調配工藝研究［J］.食品與發酵科技，2016，52（2）：66-71.

［15］ 陳麗玲，陳勍，何冬萍，等.金銀花黃酒制備工藝及產品穩定性和抗氧化活性研究［J］.釀酒科技，2016（12）：47-51.

［16］ 楊亞軍，林莉，丁家宜，等.天然活性物美白功效的細胞生物學研究［J］.日用化學工業，2002，32（3）：19-21.

［17］ 李楊，董銀卯，孟宏，等.7種中草藥提取物抗過敏功效及刺激性研究［J］.中國實驗方劑學雜志，2013，19（4）：191-194.

［18］ 楊子佳，祝鈞.金銀花的功效成分及其在化妝品中的應用［J］.日用化學品科學，2013，36（11）：28-31，41.