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        星點設(shè)計—效應(yīng)面法優(yōu)化姜黃素提取工藝

        2017-03-06 20:12:36謝順嵐吳方建
        中國醫(yī)藥導(dǎo)報 2016年33期

        謝順嵐 吳方建

        [摘要] 目的 優(yōu)選姜黃素提取工藝。 方法 以超聲波法提取,在乙腈∶0.5%冰醋酸=50∶50,流速1.0 mL/min,柱溫35℃,檢測波長422 nm的高效液相色譜條件下測量姜黃素含量,再應(yīng)用星點設(shè)計-效應(yīng)面法對工藝進(jìn)行考察。結(jié)果 最優(yōu)提取工藝:乙醇濃度70.89%、提取時間49.87 min、液固比15.07∶1,此條件下姜黃素最高得率為3.732%,實際值與理論值RSD為0.53%。 結(jié)論 該優(yōu)選工藝預(yù)測性良好,能夠為姜黃素進(jìn)一步的開發(fā)利用提供試驗基礎(chǔ)。

        [關(guān)鍵詞] 姜黃素;星點設(shè)計;高效液相色譜法;提取工藝

        [中圖分類號] R284.2 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673-7210(2016)11(c)-0125-04

        Optimization of extraction progress for curcumin by Central Composite Design-Response Surface Methodology

        XIE Shunlan WU Fangjian▲

        Department of Pharmacy, Yangtze River Shipping General Hospital, Hubei Province, Wuhan 430010, China

        [Abstract] Objective To optimize extraction process for curcumin. Methods After exteracted by ultrasound-assisted extraction, the content of curcumin was measured by HPLC with acetonitrile: 0.5% glacial acetic acid = 50∶50, the flow rate was 1.0 mL/min, the column temperature was 35℃ and the detection wavelength was 422 nm. The process was then investigated by Central Composite Design-Response Surface Methodology. Results On the condition of 70.89% ethanol concentration, 15.07:01 fold solvent, 49.87 min each time, the highest yield was 3.732%,the RSD between observed and predicted values was 0.53%. Conclusion The curcumin optimum model can be basis for the further development and utilization with it high predictability.

        [Key words] Curcumin ; Central composition design ; HPLC; Extraction progress

        姜科植物姜黃(Curcuma longa L.),為多年生宿根草本植物,其根莖發(fā)達(dá),成叢,多分支;根粗壯,末端膨大呈塊根。姜黃有特異氣香,性燥溫,味苦、辛,具有破血行氣、通經(jīng)止痛、祛風(fēng)痹痛的作用[1]。其主要有效成分姜黃素是國際公認(rèn)的天然色素和香料[2]。研究表明,姜黃素具有廣譜藥理學(xué)活性,如神經(jīng)保護(hù)、抗癌[3]、抗氧化[4-6]、抗菌、抗炎[7]、抗病毒,對心腦血管疾病、自身免疫病[8]、呼吸系統(tǒng)疾病、糖尿病、風(fēng)濕[9]、肝臟疾病[10]都有治療作用,且安全性好。臨床實驗發(fā)現(xiàn),即使連續(xù)3個月每日口服姜黃素12 g,個體耐受性依然良好[11]。

        純凈的姜黃色素為橙黃色結(jié)晶粉末,不溶于水,易溶于有機(jī)溶劑,對光敏感[12],不耐熱,易降解,堿性條件下易分解[13]。本文基于姜黃素的理化特性采用超聲波輔助提取法進(jìn)行提取。超聲波是一種彈性機(jī)械振動波,它破壞藥材細(xì)胞,使溶劑更易擴(kuò)散到細(xì)胞中,從而加速了藥材活性成分的溶解[14],提高了活性成分浸出率。星點設(shè)計是效應(yīng)曲面中最常見的二階設(shè)計[15],由二水平析因設(shè)計加軸點和中心點構(gòu)成,是一種新型實驗設(shè)計方法,在藥學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用已比較成熟,具有精度高、預(yù)測性好等特點[16]。本文應(yīng)用星點設(shè)計-效應(yīng)面法優(yōu)選提取工藝,旨在為姜黃素成分的提取優(yōu)化提供參考。

        1 儀器與試劑

        1.1 儀器

        SK5200H型超聲波清洗器(上??茖?dǎo)超聲儀器有限公司),CPA225D型分析天平(Sartorius公司),TYS-100型高速多功能粉碎機(jī)(浙江省永康市紅太陽機(jī)電有限公司),臺式離心機(jī)(武漢赤城生物技術(shù)有限公司),SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵(鄭州長城科工貿(mào)有限公司),島津SPD-20A液相色譜儀(日本島津公司),Agilent TC-C18色譜柱(4.6 mm×250 mm,5 μm)(美國Agilent公司),L6C-1025M柱溫箱(荊州市津海化工科技有限公司)。

        1.2 試劑

        姜黃飲片(湖北金貴中藥飲片有限公司,產(chǎn)地廣東,生產(chǎn)批號:130202),姜黃素對照品(中國食品藥品檢定研究院,批號:110823-201004),甲醇、乙腈(色譜純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司),其他試劑均為分析純。

        2 方法與結(jié)果

        2.1 姜黃素含量的測定

        2.1.1 色譜條件

        Agilent TC-C18色譜柱(4.6 mm×250 mm,5 μm);流動相組分A:乙腈;B:0.5%冰醋酸;A∶B=50∶50;柱溫為35℃;流速為1.0 mL/min,檢測波長為422 nm,進(jìn)樣量20 μL。在此條件下,姜黃素對照品以及姜黃素供試品的色譜圖見圖1。

        2.1.2 對照品溶液的制備

        精密稱取姜黃素對照品5.0 mg,置于25 mL棕色容量瓶中,加入甲醇溶解并稀釋至刻度,搖勻,得到姜黃素對照品溶液。

        2.1.3 供試品溶液的制備

        取姜黃飲片,50℃烘箱干燥,粉碎機(jī)粉碎后過40目篩(直徑≤0.45 mm)。準(zhǔn)確稱取姜黃粉末200 mg,加入70%乙醇3 mL,超聲50 min,重復(fù)提取3次,合并提取液,離心分離取上清液。吸取0.5 mL濾液,用甲醇定容至5 mL棕色容量瓶混勻,得到供試品溶液。

        2.1.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

        精密吸取姜黃素對照品溶液0.5、1、2、3、4、5 mL,置于10 mL容量瓶中,加甲醇稀釋至刻度混勻。取20 μL溶液過0.22 μm濾膜后按“2.1.1”中色譜條件進(jìn)樣3次,記錄峰面積。以姜黃素對照品溶液濃度(C,μg/mL)為橫坐標(biāo)x,平均峰面積(A)為縱坐標(biāo)y標(biāo)繪制姜黃素標(biāo)準(zhǔn)曲線,線性回歸方程為y=186 347x-41 625,相關(guān)系數(shù)r=0.9998,在0.56~7.28 μg/mL濃度范圍內(nèi),峰面積與濃度線性關(guān)系良好。

        2.1.5 方法學(xué)考察

        2.1.5.1 精密度試驗 精密吸取對照品溶液20 μL連續(xù)進(jìn)樣10次,姜黃素峰面積RSD為1.18%,表明試驗儀器精密度良好。

        2.1.5.2 穩(wěn)定性試驗 取同一供試品溶液,置于室溫環(huán)境中,分別于0、1、2、4、6、8、12 h進(jìn)樣測定,計算得到姜黃素峰面積RSD為0.72%,說明該供試品在12 h內(nèi)穩(wěn)定。

        2.1.5.3 重復(fù)性試驗 取同一供試品溶液6份,按照“2.1.1”中的色譜條件進(jìn)樣,結(jié)果姜黃素峰面積RSD為1.25%,說明該試驗方法重復(fù)性良好。

        2.1.5.4 加樣回收率試驗 精密量取已知姜黃素含量的提取液6份,分別加入姜黃素對照品溶液,混勻后按照“2.1.1”中色譜條件進(jìn)樣測定,加樣回收率=(測得量-樣品含量)/加入量,具體結(jié)果見表1。

        2.2 星點設(shè)計實驗

        2.2.1 實驗設(shè)計與結(jié)果

        根據(jù)預(yù)實驗結(jié)果確定考察因素為乙醇濃度(A)、時間(B)、液固比(C),采用Design-Expert軟件的星點設(shè)計模塊設(shè)計出三因素五水平的實驗方案,因素設(shè)計見表2。精密稱取姜黃粉末200 mg,按照表1的條件進(jìn)行3次平行實驗,提取率%=(A為吸光度,a、b為標(biāo)準(zhǔn)曲線參數(shù),V為濾液總體積、F為稀釋倍數(shù)、M為姜黃粉末質(zhì)量),姜黃素的提取率見表3。

        2.2.2 模型建立及方差分析

        采用Design-Expert 8.0軟件對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元回歸擬合得到回歸方程:Y=3.64-0.079A+0.063B+0.022C+2.204A×10-3-0.02AC-0.035BC-0.05A2-3.64B2×10-3-0.072C2,對該方程進(jìn)行方差分析及顯著性檢驗,結(jié)果見表4。

        方差分析中,回歸模型的P < 0.01,R2=0.9769,表明該模型有較高的可信度;失擬項F=0.96,P=0.5173,失擬項不顯著,表明該模型能夠較好且誤差較小地反映響應(yīng)值的變化。顯著性檢驗中,三種因素A、B、C對姜黃素的得率都有極顯著影響(P < 0.01);各因素交互作用中B、C項對實驗結(jié)果有極顯著影響(P < 0.01),A、C項有顯著影響(P < 0.05),A、B項對試驗結(jié)果無顯著性影響。

        2.2.3響應(yīng)曲面分析及參數(shù)優(yōu)化驗證

        采用Design-Expert 8.0繪制提取液中姜黃素含量的響應(yīng)曲面圖,如圖2~4。響應(yīng)曲面圖可以分析提取條件的交互作用、確定最佳工藝,通過軟件中優(yōu)化(optimizion)模塊對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化得到最優(yōu)值。回歸模型預(yù)測姜黃素最高的得率為3.732%,這時的乙醇濃度為70.89%,提取時間為49.87 min,液固比為15.07∶1。按照最優(yōu)參數(shù)進(jìn)行驗證實驗,為方便操作令乙醇濃度為70%,超聲時間為50 min,液固比為15∶1。5次平行實驗總姜黃素得率實測平均值為3.715%,標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為0.53%,表明實際值與理論預(yù)測值基本吻合,星點設(shè)計-響應(yīng)面優(yōu)化法得到的提取參數(shù)準(zhǔn)確可靠,該模型具有良好的預(yù)測性。

        3討論

        姜黃素的提取易受多種因素的影響,例如提取時間、提取溫度和溶液組成等,如何達(dá)到最佳提取條件,盡可能提高得率,是研究者們關(guān)心的問題。目前對姜黃素的工藝優(yōu)選主要為正交設(shè)計和均勻設(shè)計[17-18],然而當(dāng)因素水平較多時會產(chǎn)生極大工作量,且存在精確度不高、預(yù)測性不好等缺點。星點設(shè)計是效應(yīng)面優(yōu)化法的一種,它集數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)為一體,是多因素五水平的實驗設(shè)計,具有試驗次數(shù)少,試驗精度高等特點,在藥學(xué)應(yīng)用上成果顯著[19]。需要注意的是,為避免由考察區(qū)域距離最優(yōu)區(qū)域過遠(yuǎn)而造成最佳工藝的偏差[20],星點設(shè)計各因素水平的選取范圍及最優(yōu)中心點的確定應(yīng)建立在前期的單因素實驗基礎(chǔ)上。

        經(jīng)過最初的單因素考察,優(yōu)選出姜黃素提取中的影響因素及范圍,本試驗優(yōu)點在于能夠充分考慮各因素之間的交互作用。數(shù)據(jù)模型采取二次多項式進(jìn)行擬合,二項式模型的擬合相關(guān)系數(shù)高,5次平行試驗平均值與最優(yōu)條件下理論值基本吻合,說明該模型的可信度和預(yù)測性良好,能夠?qū)S素的提取進(jìn)行較為準(zhǔn)確的分析和預(yù)測,從而為提取工藝的優(yōu)選和進(jìn)一步實際應(yīng)用提供參考依據(jù)。

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        (收稿日期:2016-08-05 本文編輯:王紅雙)

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