李 佳，吳朝霞,*，張 旋，張 琦，徐亞平

(1.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110866；2.朝陽(yáng)工程技術(shù)學(xué)校，遼寧 朝陽(yáng) 122000)

響應(yīng)面優(yōu)化提取決明子游離蒽醌工藝

李 佳1，吳朝霞1,*，張 旋1，張 琦1，徐亞平2

(1.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110866；2.朝陽(yáng)工程技術(shù)學(xué)校，遼寧 朝陽(yáng) 122000)

通過(guò)超聲波提取對(duì)決明子中游離蒽醌的工藝條件進(jìn)行探討，研究乙醇體積分?jǐn)?shù)、超聲波溫度、超聲波時(shí)間和料液比對(duì)游離蒽醌提取率的影響。通過(guò)響應(yīng)面試驗(yàn)方法對(duì)決明子中游離蒽醌的超聲波提取工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，游離蒽醌提取的最佳工藝條件：以80%乙醇溶液為超聲提取溶劑、液料比15∶1(mL/g)、提取溫度65℃、提取時(shí)間30min、超聲功率100W，該條件下游離蒽醌的提取率為28.32%。因此采用響應(yīng)面法優(yōu)化得到的提取條件準(zhǔn)確可靠，并且提取率較高，具有使用價(jià)值。

決明子；超聲波；游離蒽醌；響應(yīng)面試驗(yàn)

決明子(Cassia obtusifolia L.)，又名草決明、千里光、還瞳子、馬蹄子、夜拉子等，為豆科植物決明或小決明的干燥成熟種子，具有清肝明目、潤(rùn)腸通便之功效，為臨床常用中藥[1]。早在《神農(nóng)本草經(jīng)》中就有“久服能益精光，輕身”等記載，被列為120種“為君主養(yǎng)命以應(yīng)天”的上藥之一[2]。其性味甘、苦、咸、微寒，善入肝、腎、大腸經(jīng)，是國(guó)家衛(wèi)生部公布的69種藥食同源的物質(zhì)之一[3]。蒽醌類為決明子的主要功效成分之一[4]，在生品決明中含量為1.2%，小決明中含量約為1.1%。目前文獻(xiàn)已報(bào)道的蒽醌類化合物就有30多種[5-6]。決明子中結(jié)合蒽醌含量約為1.01%～1.29%，游離蒽醌的含量約為0.01%～0.04%。決明子蒽醌苷元的主要成分是大黃酚，含量為0.27%[7]，其中小決明的大黃酚含量比決明高6倍，生品決明比炒決明高[8]。另外決明子中還含有紅鐮玫素、決明子苷和決明子苷B等成分[9]?，F(xiàn)代研究證明決明子具有降血壓、降血脂、保肝、抑菌及抗突變等作用[10]，具有廣闊的開(kāi)發(fā)利用前景?，F(xiàn)有研究決明子游離蒽醌提取工藝條件的文獻(xiàn)很少，因此有必要對(duì)游離蒽醌的提取最佳工藝條件做更深入的研究。

超聲波是一種高頻機(jī)械波。它在溶液體系中產(chǎn)生的聲空化的過(guò)程——液體中空腔的形成、振蕩、生長(zhǎng)、收縮至崩潰，是集中聲場(chǎng)能量并瞬間釋放的過(guò)程[11]。在這種特殊的物理環(huán)境下，使處于空化中心附近的細(xì)胞受到嚴(yán)重的損傷以至破壞，從而使細(xì)胞中的有效成分得以釋放，直接與溶劑接觸并溶解在其中，從而提高了有效成分的提出率[12-13]。

本實(shí)驗(yàn)擬應(yīng)用超聲波技術(shù)輔助提取游離蒽醌，并就影響游離蒽醌提取率的幾個(gè)重要因素作系統(tǒng)研究。通過(guò)響應(yīng)面法對(duì)乙醇體積分?jǐn)?shù)、超聲波提取溫度以及超聲波提取時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，得到游離蒽醌最佳的提取工藝，為進(jìn)一步研究游離蒽醌提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

決明子 沈陽(yáng)市南五馬路藥材市場(chǎng)；1,8-二羥基蒽醌標(biāo)準(zhǔn)品 Sigma-Alderich(上海)貿(mào)易有限公司；其他試劑均為分析純。

KQ-250DB型數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；WFJ7200型可見(jiàn)分光光度計(jì) 尤尼柯(上海)儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 游離蒽醌的提取

決明子蒽醌類成分的提取：決明子經(jīng)粉碎后過(guò)40目篩。精確稱取5.0g決明子粉于100mL燒杯中，乙醇浸潤(rùn)，密閉，電磁攪拌。然后調(diào)超聲波功率100W，在一定溫度下用超聲波提取一定時(shí)間，趁熱抽濾，測(cè)定提取液體積，取適量濾液置于容量瓶中，留作待測(cè)液。

響應(yīng)面試驗(yàn)：在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取對(duì)游離蒽醌提取率影響較大的因素，根據(jù)Box-Benhnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)三因素三水平的響應(yīng)面分析試驗(yàn)，研究乙醇體積分?jǐn)?shù)、超聲波提取溫度和提取時(shí)間及其交互作用對(duì)決明子游離蒽醌提取率的影響。

1.2.2 游離蒽醌的測(cè)定

標(biāo)準(zhǔn)曲線的確定：以0.5%醋酸鎂-甲醇為溶劑制備0.1mg/mL l,8-二羥基蒽醌標(biāo)準(zhǔn)液，分別精密量取0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mL，置于10mL容量瓶中，加溶劑定容至刻度，搖勻，于波長(zhǎng)510nm處測(cè)定其吸收度，以0.5%醋酸鎂-甲醇溶液作空白對(duì)照，1,8-二羥基蒽醌質(zhì)量濃度在5～30μg/mL范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為：Y＝0.3332X＋0.0294，R2＝0.9954。

游離蒽醌的測(cè)定：吸取各提取液2mL于分液漏斗中，加水3mL劇烈搖動(dòng)，用8mL和7mL氯仿萃取2次，加2mL蒸餾水洗滌，收集氯仿液，水浴上蒸干，殘?jiān)?mL 0.5%醋酸鎂-甲醇液溶解，于波長(zhǎng)510nm處測(cè)吸光度，計(jì)算樣品中游離蒽醌的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)決明子游離蒽醌提取率的影響

由圖1可知，在超聲波溫度6 5℃、超聲波時(shí)間30min、液料比10∶1(mL/g)的條件下，乙醇體積分?jǐn)?shù)為55%～85%時(shí)提取率緩慢增長(zhǎng)，但當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)85%以后提取率明顯降低。這可能是由于決明子中的蒽醌易與糖結(jié)合成甙，在測(cè)定時(shí)水浴蒸發(fā)提取劑，甙溶于熱水中從而使游離蒽醌升華量減少，而在高體積分?jǐn)?shù)乙醇溶液中由于乙醇沸點(diǎn)比水低，容易蒸發(fā)，使游離蒽醌隨乙醇蒸發(fā)而升華損失。因此，乙醇中含一定量的水可減少游離蒽醌的損失[14]。

圖1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)游離蒽醌提取率的影響Fig.1 Effect of ethanol concentration on extraction rate of free anthraquinone

2.2 超聲波溫度對(duì)決明子游離蒽醌提取率的影響由圖2可知，在乙醇體積分?jǐn)?shù)85%、超聲波時(shí)間30min、液料比10∶1條件下，隨著超聲波溫度的升高游離蒽醌的提取率也增加，超聲波溫度70℃時(shí)得到最高的提取率，但當(dāng)超聲波溫度超過(guò)70℃后呈下降趨勢(shì)，故超聲波提取溫度為70℃左右時(shí)較為適宜。

圖2 超聲波溫度對(duì)游離蒽醌提取率的影響Fig.2 Effect of uextraction temperature on extraction rate of free anthraquinone

2.3 超聲波時(shí)間對(duì)決明子游離蒽醌提取率的影響

圖3 超聲波時(shí)間對(duì)游離蒽醌提取率的影響Fig.3 Effect of ultrasonic treatment time on extraction rate of free anthraquinone

由圖3可知，在乙醇體積分?jǐn)?shù)85%、超聲波溫度65℃、液料比10∶1的條件下，隨著超聲波時(shí)間的延長(zhǎng)游離蒽醌的提取率增加，超聲波時(shí)間為28～30min時(shí)得到較高的提取率，但當(dāng)超聲波時(shí)間超過(guò)30min后呈下降趨勢(shì)。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，提取率提高；時(shí)間過(guò)短，溶出物少且蒽醌含量低；時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，隨著超聲波對(duì)細(xì)胞膜破碎作用的加大，溶液中溶出物增加，但雜質(zhì)含量也相應(yīng)增加，影響提取質(zhì)量[15]。

2.4 液料比對(duì)決明子游離蒽醌提取率的影響

圖4 液料比對(duì)游離蒽醌提取率的影響Fig.4 Effect of liquid-to-material ratio on extraction rate of free anthraquinone

由圖4可知，在乙醇體積分?jǐn)?shù)85%、超聲波溫度65℃、超聲波時(shí)間30min的條件下，隨著液料比的增加游離蒽醌的提取率也增加，液料比為15∶1時(shí)得到最高的提取率，但當(dāng)液料比超過(guò)15∶1后呈下降趨勢(shì)。當(dāng)提取液濃度處于較低的情況下，超聲破碎決明子的細(xì)胞壁后能使蒽醌成分充分溶于溶劑，防止由于提取液達(dá)到飽和而阻止有效成分的溶出[14]。

2.5 響應(yīng)面試驗(yàn)

表1 決明子蒽醌提取工藝優(yōu)化響應(yīng)面分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 1 Experimental design and results for response surface analysis

響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。利用Minitab軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，經(jīng)回歸擬合后，試驗(yàn)因素對(duì)響應(yīng)值(Y，游離蒽醌提取率預(yù)測(cè)值)的影響回歸方程表達(dá)式為：

由響應(yīng)面的方差分析(表2)可見(jiàn)，該回歸模型顯著(P＜0.05)，且模型的決定系數(shù)表明回歸模型描述各因素與響應(yīng)值之間的關(guān)系時(shí)，其因變量與全體自變量之間的線性關(guān)系是顯著的，即試驗(yàn)方法是可靠的。方差分析表明，失擬項(xiàng)(P＝0.014＜0.05)有顯著影響。

表2 響應(yīng)面分析試驗(yàn)方差分析結(jié)果Table 2 Variance analysis of extraction rate of free anthraquinone with various extraction conditions

圖5 乙醇體積分?jǐn)?shù)、超聲波溫度和超聲波時(shí)間交互作用對(duì)提取率影響的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.5 Response surface and contour plots showing the interactive effects of ethanol concentration, extraction temperature and ultrasonic treatment time on extraction rate of free anthraquinone

由圖5可見(jiàn)，乙醇體積分?jǐn)?shù)、超聲波溫度和超聲波時(shí)間的交互作用均有顯著影響。根據(jù)方程預(yù)測(cè)超聲提取游離蒽醌的最佳條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)80%、超聲波提取溫度65℃、超聲波時(shí)間30min，預(yù)測(cè)提取游離蒽醌的提取率為28.84%。

2.6 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

采用上述最優(yōu)提取條件進(jìn)行超聲波輔助提取游離蒽醌驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，測(cè)得的游離蒽醌提取率為28.32%，試驗(yàn)值與理論預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差為1.8%，因此采用響應(yīng)面法優(yōu)化得到的提取條件準(zhǔn)確可靠，具有實(shí)用價(jià)值。

3 討 論

隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展，超聲技術(shù)、微波技術(shù)、超臨界技術(shù)亦被應(yīng)用于植物活性成分的提取。超聲波提取的優(yōu)點(diǎn)是利用超聲波的空化現(xiàn)象，造成被破碎物細(xì)胞壁及整個(gè)生物體破裂，而且整個(gè)破碎過(guò)程瞬間完成；同時(shí)超聲波產(chǎn)生的震動(dòng)作用加強(qiáng)了胞內(nèi)物質(zhì)的釋放、擴(kuò)散及溶解，加速植物中的有效成分進(jìn)入溶劑，進(jìn)一步增大了有效成分的溶出[14]。超聲波提取法通過(guò)振動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)大的能量，將植物體快速穿透，使溶劑能和植物中的有效成分充分接觸，利于有效成分向提取溶劑轉(zhuǎn)移，從而提高提取率[16]。本實(shí)驗(yàn)表明，超聲波提取決明子游離蒽醌的最佳工藝條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)80%、超聲波功率100W、超聲波溫度65℃、超聲波時(shí)間30min、液料比15∶1，此條件下提取率可達(dá)28.32%。超聲波提取法具有實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，與常規(guī)提取法相比，具有提取時(shí)間短、產(chǎn)率高、無(wú)需加熱等諸多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。

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Optimization of Extraction Process for Free Anthraquinone from Semen Cassiae by Response Surface Methodology

LI Jia1，WU Zhao-xia1,*，ZHANG Xuan1，ZHANG Qi1，XU Ya-ping2
(1. College of Food Science, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China；2. Chaoyang Engineering Technical School, Chaoyang 122000, China)

Anthraquinone is one of the major functional components in Cassia obtusifolia L. seeds. Response surface methodology was employed to optimize the ultrasonic-assisted extraction of free anthraquinone from Semen Cassiae. The extraction efficiency of free anthraquinone was investigated with respect to four process conditions including ethanol concentration, extraction temperature, ultrasonic treatment time and material-to-liquid ratio. The optimal conditions for anthraquinone extraction were 80% aqueous ethanol as the extraction solvent, material-to-liquid ratio of 15∶1 (mL/g), extraction temperature of 65 ℃, ultrasonic treatment time of 30 min and ultrasonic power of 100 W. Under the optimal extraction conditions, the extraction rate of free anthraquinone from Semen Cassiae. was 28.32%.

Cassia obtusifolia L.；ultrasonic；anthraquinone；response surface methodology

TS201.2

A

1002-6630(2011)16-0192-04

2010-11-08

李佳(1985—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物。E-mail：lijia0792@163.com

*通信作者：吳朝霞(1971—)，女，副教授，博士，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物化學(xué)。E-mail：wuzxsau@163.com