響應面法優化微波提取扶芳藤抗氧化物

響應面法優化微波提取扶芳藤抗氧化物

賴紅芳 林翠梧 陳海燕 黎貴卿

( 1 .廣西大學 化學化工學院, 廣西 南寧 530004 ; 2 .河池學院 化學與生命科學系,廣西 宜州 546300)

摘要:用響應面法研究了微波法提取扶芳藤抗氧化物質的最佳工藝?？疾炝艘掖俭w積分數 ( X 1)、 乙醇用量(X 2 )、 提取時間 (X 3 )、 提取溫度 (X 4 ) 4個因素的影響。微波提取的優化工藝條件是:乙醇體積分數 49 1 4 %、 乙醇用量 44 mL、 提取時間 9 m in 、 提取溫度 41 e ,與模型預測值基本相符。說明微波方法可較好地應用于扶芳藤抗氧化物質的提取,通過響應面法得到一個能較好預測實驗結果的模型方程。

關鍵詞:扶芳藤; 微波;抗氧化; 響應面法;中藥現代化技術

中圖分類號: O657 . 3 文獻標識碼: A 文章編號: 1003- 5214( 2008) 09- 0869- 03

M icrowave Assisted Extraction of the Anti oxidant Co mponents fro mEuonymu fortunei( Turcz . )Hand. - Mazz . Opti m ized bythe Response SurfaceMethodLA IH ong -fang1 , 2, L IN Cu- iw u1 *, CHEN H a- i yan1, LIGu- i qing1( 1 . S choo l of Chem istry and Chem ical E ngineer i ng, Guangx i Univers it y, Nanning 530004 , Guangx i , China ; 2 . Departmen tof Chem istry and L i fe Sciences , H ech i Universit y, Yi zhou 546300 , Guangx i Ch i na)Abstract : Response surface method( RSM ) w as used to study the techno l ogy o f the extraction of t heant i ox i dant component i n Euonymus fortunei ( Turcz . ) H and. - Mazz . w it h m icro w ave . The opti ma lcond i tions form icro w ave extraction w ere : concentrat i on o f a lcohol 49 . 4%, alcoho l consumption 44 mL ,ex t raction ti m e 9 m in and ex t raction temperature 41 e . The experi m enta l values ag reed w i th t hepredicted va l ues . Thus m icro w ave can be used i n the extracti on of the antiox i dant components i nEuonymus fortunei ( Turcz . )H and. - Mazz . and a model equation tha t can be used to pred ict t heexperi m entw as get through the response surface method .Key words : Euonymus fort unei ; m icro w ave ; antiox idan; t response surface method ; moder n izationtechno logy of traditiona l Ch i nesemed icinesFoundation items : Guangx i Zhuang Autonomous Reg ion key pr ogram for sc i ence and techno logyresearch ( Guikegong 0480005 ) and Guangx i Un i versi ty key program for science and techno logyresearch( 2003ZD05)

扶芳藤 1Euonymus fortunei ( Turc z . ) H and. -Mazz . 2 為衛矛科衛矛屬植物,它是一種重要的藥材,全株均可入藥,性味辛,具有舒筋活絡、止血消瘀之功效,用于治療腰肌勞損、 風濕痹痛、咯血、血崩、月經不調、跌打骨折、 創傷出血[ 1]等。

響應面法 ( RSM )是統計與設計實驗技術的合成,能用較少的實驗次數和時間對實驗進行全面的考察。與傳統優化方法不同,響應面法考慮了實驗的隨機誤差,將復雜的未知的函數關系在小區域內用簡單的一次或二次多項式模型來擬合, 計算比較簡便[ 2 , 3]。響應面法已經在諸多工藝過程優化中得到應用[ 4]。本文利用響應面法對微波輔助提取[ 5]扶芳藤中抗氧化物質的條件進行了優化, 利用全因子實驗設計, 并對實驗數據進行 RS M 法分析, 對擬合數學模型進行了較為詳細的描述,建立了對擬合函數在給定區間內無極值時的處理方法,并對其進行驗證,得到最佳提取條件, 還考察了扶芳藤中抗氧化物質的提取工藝,以明確其抗氧化性能,為其保健藥品的研發提供參考。

1 實驗部分

111 材料

扶芳藤:購于廣西藥用植物園 (經廣西中醫學院劉壽養副教授鑒定); SD大鼠(由廣西醫科大學動物實驗中心提供); 2 -硫代巴比妥酸、 FeSO417 H2O、 L -半胱氨酸、 醋酸、 無水乙醇、 正丁醇均為 AR ; 雙蒸水(自制)。ASM- Ñ 型常壓微波輔助合成 /萃取反應儀(上海新儀微波化學科技有限公司) ; AL204電子天平1 梅特勒 -托利多儀器 (上海 )有限公司2 ; UV -2102PCS型紫外分光光度計1尤尼科(上海)儀器有限公司2 ; LDZ4- 12離心機 (北京醫用離心機廠) ;RE- 52A 型旋轉蒸發器 (鞏義市予華儀器廠 ) ;F i nnp i pette移液槍1 熱電(上海)儀器有限公司2 。

112 方法

11211 樣品制備

稱取 21000 g扶芳藤于 100 mL圓底燒瓶中,根據響應面實驗表加入一定體積分數的乙醇浸泡 5m in ,然后選擇一定的輻射時間和輻射溫度進行微波提取,過濾, 重復提取 3次, 合并濾液,濃縮后定容為5010mL。再精密移取 110 mL配制成 1010 mL溶液,待測。

11212 測定方法

作者用大鼠肝勻漿, 通過 Fe2 +誘導發生 Fenton反應產生 OH-,進攻不飽和脂肪酸, 產生脂質過氧化反應, 丙二醛 (MDA )是脂質過氧化的終產物之一,它通過初級、 次級產物裂解形成, 在低 p H和高溫度下,可與硫代巴比妥酸( TBA )反應形成粉紅色生色團[ 6]。加入各提取物 50 LL , 抑制脂質過氧化反應,由于抑制程度不同, 產生的丙二醛的量不同,通過 TBA比色法檢測丙二醛的相對含量, 計算可得出不同的抑制率[ 7]。抑制率越大說明抗氧化能力

越好。抑制率= [ A0 (不放試樣 ) - A1 (放試樣) ] /A0(不放試樣 ) @ 100 %

2 結果和分析

211 響應面實驗

根據 Box -B ehnken設計原理, 選擇乙醇體積分數、 乙醇用量、 提取時間和提取溫度 4個因素, 分別以X 1、 X 2、 X 3、 X 4表示。每個自變量的低中高水平分別以- 1、0、 1進行編碼, 以抑制率為響應值 ( Y ), 設計四因素三水平表,見表 1 ;實驗結果見表 2。

表 1 四因素和三水平表

Tab l e 1 Four factors - t hree l eve l tab le- 1 0 1

X 1: 乙醇體積分數 /% 30 50 70

X 2: 乙醇用量 /mL 20 40 60

X 3: 提取時間 /m i n 5 10 15

X 4: 提取溫度 /e 40 50 60

表 2 響應面分析方案及實驗結果

27個實驗點分為析因點和零點,實驗號 1~ 25是析因實驗,實驗號 25~ 27是中心實驗。其中析因點為自變量取值在X 1 , X 2 , X 3所構成的三維頂點,零點為區域的中心點,零點實驗重復 3次,用以估計實驗誤差。各因素經回歸擬合后,得抑制率對乙醇體積分數、 乙醇用量、 提取溫度和提取時間的二次多項

回歸方程:

Y1 = 33186333- 51654167 @X 1 + 11224167 @X 2+ 31438333 @X 3 + 3157 @X 4 - 41532083 @X 1 @X 1 +210825 @X 1 @X 2 - 01595 @X 1 @X 3 - 21775 @X 1 @X 4- 31537083 @X 2 @X 2 - 219775 @X 2 @X 3 - 011975 @X 2 @X 4 + 41546667 @X 3 @X 3 + 019925 @X 3 @X 4 +21364167 @X 4 @X 4

模型的可靠性可從方差分析及相關系數來分析。由方差分析(表 3)可知,模型在 P [ 0101時水

平顯著,表明實驗設計可靠。相關系數 (R )越接近1 , 說明模型的預測值與實驗值的相關性越好。本研究的R 2= 019419 ,說明模型能夠很好地描述實驗結果。

表 3 回歸分析結果

¹ P ﹤ 01 05時水平顯著; ºP ﹤ 01 01時水平顯著。從表 3可知, 一次項中X 1、 X 3、 X 4;平方項中X 1@X 1、 X 2 @X 2、 X 3 @X 3;交互項中 X 1 @X 4、 X 2 @X 3為顯著性影響因素。在各影響因素中, 乙醇體積分數(X 1 )的影響因素最大,說明扶芳藤中抗氧化物質多為多酚類化合物, 極性較大, 因此, 乙醇體積分數越高, 提取率越低。其次是提取溫度 (X 4 )、 提取時間(X 3 )。在總的作用因素中, 一次項和平方項的影響較大,而交互項影響相對較小。乙醇濃度 (X 1 )和提取溫度(X 4 )、 乙醇用量 (X 2 )和提取時間 (X 3 )有交互作用。

對模型方程求一階偏導, 可以求出模型的極值點: X 1 = - 012939、 X 2 = 012092、 X 3 = - 01234、 X 4 =- 0187 ,經過轉換得出最佳抑制率時的各提取條件。經分析得,在X 1 = 4914 %、 X 2 = 44mL、 X 3 = 9m i n、 X 4= 41 e ,即時抑制率的理論值是 32186 %。以最佳條件進行 3次重復驗證, 最終扶芳藤提取液對大鼠肝勻漿的平均抑制率為 33152 % , 實驗值和理論值相差 2 % , 說明運用響應面對扶芳藤抗氧化物質的提取工藝研究有一定的可行性。

3 結論

( 1)運用微波技術對扶芳藤中抗氧化物質進行提取,具有萃取時間短, 溶劑用量少, 提取率高的特點。

( 2)應用響應面法得到的最佳提取工藝為: 乙醇體積分數 4914 %、 乙醇用量 44 mL、 提取時間 9m i n、 提取溫度 41 e 。在此條件下扶芳藤提取液對大鼠肝勻漿的抑制率應為 32186%, 取最佳條件進行驗證實驗,實驗值為 33152 %,與理論值相差 2 %,說明實驗值與模型預測值基本相符。