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        響應(yīng)面法優(yōu)化酸模根莖中黃酮提取工藝

        2021-09-23 14:07:38劉俊
        西部皮革 2021年17期
        關(guān)鍵詞:根莖液料蘆丁

        劉俊

        (信陽農(nóng)林學(xué)院,河南 信陽 464000)

        酸模(Rumex acetosa L.),又名野菠菜、山大黃,是蓼科酸模屬多年生草本植物,為民間傳統(tǒng)藥用植物,全草供藥用[1]。該屬的羊蹄、鈍葉酸模、巴天酸模、皺葉酸模等均作為草藥“土大黃”廣泛使用,具有清熱解毒、行瘀止血、殺菌止癢等功效,用于治療疥癬和多種出血癥[2]。蓼科酸模屬植物的主要化學(xué)成分為蒽醌類、黃酮類、萘、二苯乙烯、香豆素及有機(jī)酸等[3],其中黃酮化合物具有抗氧化、抗輻射、抗腫瘤、抗抑郁、擴(kuò)張血管、降低血糖等多種功能[4-6],是一種天然抗氧化劑和天然保健原料,廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、食品營養(yǎng)學(xué)等領(lǐng)域,具有廣闊的市場(chǎng)前景[7-8]。本試驗(yàn)采用微波輔助醇提法提取酸模根莖中的黃酮,并通過響應(yīng)面法優(yōu)化了提取工藝;借助試驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件Design-Expert 8.0.6.1 軟件,采用Box-Behnken 模式對(duì)各主要影響因素之間的單一作用進(jìn)行了研究,得出最佳的提取工藝參數(shù),為酸模資源的深度研究與開發(fā)提供理論參考。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        酸模根莖,自行采摘,產(chǎn)地為河南信陽;無水乙醇(分析純),購自北京化工廠;蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品,購自中國藥品生物制品鑒定所;硝酸鋁、氫氧化鈉(分析純),均購自天津市化學(xué)制劑三廠);石油醚、亞硝酸鈉(分析純),均購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑科技有限公司。

        1.2 儀器與設(shè)備

        電子分析天平,北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;UV-1600 型紫外可見光分光光度計(jì),北京瑞利分析儀器公司;微波萃取設(shè)備,廣州萬程微波設(shè)備有限公司;SF-170 型高速粉碎機(jī),上海中藥機(jī)械廠;電熱恒溫水浴鍋,常州國華電器有限公司;80-2 型電動(dòng)離心機(jī),江蘇恒豐儀器廠。

        1.3 實(shí)驗(yàn)方法

        1.3.1 酸模根莖黃酮提取工藝流程

        酸模干燥根莖→粉碎,過篩→石油醚浸泡,去除色素→70%乙醇浸泡→過濾,留取上清液。

        1.3.2 主要工藝操作要點(diǎn)

        (1)原料處理。將預(yù)先清理、切段處理的新采摘酸模根莖放入80 ℃鼓風(fēng)干燥箱中烘干,然后使用粉碎機(jī)將其粉碎,過60 目篩,再裝入封口袋中,置于干燥器中保存?zhèn)溆谩?/p>

        (2)蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作。采用亞硝酸鈉—硝酸鋁顯色法[5]測(cè)定黃酮含量。分別準(zhǔn)確移取0 mL、1.0 mL、2.0 mL、3.0 mL、4.0 mL、5.0 mL,0.1 mg/mL 的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)液,于6 支干凈的10 mL 容量瓶中,加入70%乙醇溶液補(bǔ)足至5 mL。加入5%NaNO2溶液0.3 mL,震蕩搖勻,放置8 min;然后加入10%Al (NO3)3溶液0.3 mL,震蕩搖勻,靜置8 min;再加入4%NaOH 4 mL,用70%乙醇定容到10 mL,震蕩搖勻,放置20 min 后,于510 nm 波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度,繪制蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線,擬合得回歸方程:A=16.55×C-0.0165,R2=0.9984(線性范圍:0~0.05 mg/mL)。

        (3)樣品溶液的制備。在確定料液比下,以70%乙醇溶液作提取溶劑,在設(shè)置好的溫度、微波強(qiáng)度下提取一定時(shí)間,趁熱抽濾,再移至100 mL 容量瓶中并用70%乙醇定容,制成樣品溶液。

        (4)黃酮提取率的測(cè)定。移取5 mL 的待測(cè)提取液于10 mL 容量瓶中,加入5%NaNO2溶液0.3 mL,震蕩搖勻,放置8 min;然后加入10%Al(NO3)3溶液0.3 mL,震蕩搖勻,靜置8 min;再加入4%NaOH 4 mL,用70%乙醇定容到10 mL,震蕩搖勻,放置20 min 后,以不加提取液組為對(duì)照組,于510 nm 波長(zhǎng)處測(cè)吸光度,根據(jù)吸光度和蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算酸模根黃酮提取率,并按下式計(jì)算:W=×100%(C為提取液中黃酮的質(zhì)量濃度,單位為mg/mL;V為提取液的體積,單位為mL,m為酸模根莖粉末質(zhì)量,單位為g)。

        1.3.3 單因素試驗(yàn)

        黃酮類化合物易溶于醇類溶劑,本試驗(yàn)采用微波輔助醇提法提取酸模中黃酮,分別考察了提取時(shí)間、提取溫度、液料比三因素對(duì)黃酮提取率的影響。

        1.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        1.4.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與試驗(yàn)水平的確定

        本試驗(yàn)固定微波強(qiáng)度,以70%乙醇溶液作為溶劑,分別考察了提取時(shí)間(0.5 h、1 h、1.5 h、2 h、2.5 h)、提取溫度(40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80℃)、液料比(10∶1 mL/g、20∶1 mL/g、30∶1 mL/g、40∶1 mL/g、50∶1 mL/g)三個(gè)因素對(duì)酸模黃酮提取率的影響。最終確定三因素的三水平為提取時(shí)間(1 h、1.5 h、2 h)、提取溫度(50 ℃、60 ℃、70 ℃)、液料比(20∶1 mL/g、30∶1 mL/g、40∶1 mL/g)。

        1.4.2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        在“1.4.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與試驗(yàn)水平的確定”的基礎(chǔ)上,運(yùn)用Design-Expert8.0.6.1 軟件進(jìn)行Box-Behnken 設(shè)計(jì),以黃酮提取率為響應(yīng)值,采用三因素三水平優(yōu)化酸模黃酮的提取工藝,各因素水平設(shè)計(jì)見表1。

        表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平表

        2 試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

        2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果分析

        2.1.1 試驗(yàn)結(jié)果與回歸方程

        利用Design-Expert 8.0.6.1 軟件設(shè)計(jì)試驗(yàn)優(yōu)化酸模黃酮的提取條件,由數(shù)據(jù)分析得到黃酮提取率自變量與相關(guān)變量之間關(guān)系的擬合方程為:提取率(%)=5.04+0.26A+0.059B+0.14C-0.18AB-0.14AC-0.042BC-0.23A2-0.30B2-0.11C2。通過該方程可以計(jì)算實(shí)驗(yàn)的預(yù)測(cè)值,如表2 所示。

        表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

        2.1.2 回歸模型的方差分析

        從表3 中擬合優(yōu)度、方差的分析結(jié)果可知,該模型具有極低的p 值(p<0.01),表明該模型具有顯著性;而失擬項(xiàng)p 值大于0.05,表明該方程對(duì)試驗(yàn)擬合情況好,試驗(yàn)誤差小。相關(guān)系數(shù)R2 為0.9481,表明酸模黃酮提取率的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值之間非常接近,模型預(yù)測(cè)性好。此外,系數(shù)變異值CV(2.43%)較低,表明實(shí)驗(yàn)的精確度較高,重復(fù)性好。對(duì)酸模黃酮提取的影響極顯著的因素有一次項(xiàng)A、C 和二次項(xiàng)A2、B2及交互項(xiàng)BC。通過比較F 值的大小,可得出影響酸模黃酮提取效果的因素順序?yàn)椋禾崛r(shí)間(A)>液料比(C)>提取溫度(B)。

        表3 二次響應(yīng)面回歸模型方差分析

        2.2 最佳提取工藝和驗(yàn)證

        由響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化得到最佳工藝條件:提取時(shí)間為1.74 h、提取溫度為59.34 ℃、液料比為33.76∶1 mL/g。為了便于實(shí)際操作,將酸模根莖黃酮的最佳提取工藝參數(shù)修正為:1.8 h,提取溫度60 ℃,液料比34∶1 mL/g。在改進(jìn)條件下,進(jìn)行三組重復(fù)性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),提取率依次為4.97%、5.05%、5.16%,3 組均值為5.09%,與預(yù)測(cè)值5.12%十分接近,表明該模型預(yù)測(cè)性很好。

        3 結(jié)論

        本試驗(yàn)采用響應(yīng)面法優(yōu)化酸模根莖中黃酮的提取工藝,運(yùn)用Design-Expert 8.0.6.1 軟件進(jìn)行Box-Behnken 中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì),最終確定酸模根莖中黃酮的最佳提取工藝為:1.8 h,提取溫度60 ℃,液料比34∶1 mL/g。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),實(shí)測(cè)酸模根莖黃酮提取率的平均值為5.09%,十分接近預(yù)測(cè)值5.12%,說明該模型能較好地預(yù)測(cè)各因素與酸模根莖黃酮提取率之間的關(guān)系。

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