响应面法优化微波提取扶芳藤抗氧化物

响应面法优化微波提取扶芳藤抗氧化物

赖红芳 林翠梧 陈海燕 黎贵卿

( 1 .广西大学 化学化工学院, 广西 南宁 530004 ; 2 .河池学院 化学与生命科学系,广西 宜州 546300)

摘要:用响应面法研究了微波法提取扶芳藤抗氧化物质的最佳工艺。考察了乙醇体积分数 ( X 1)、 乙醇用量(X 2 )、 提取时间 (X 3 )、 提取温度 (X 4 ) 4个因素的影响。微波提取的优化工艺条件是:乙醇体积分数 49 1 4 %、 乙醇用量 44 mL、 提取时间 9 m in 、 提取温度 41 e ,与模型预测值基本相符。说明微波方法可较好地应用于扶芳藤抗氧化物质的提取,通过响应面法得到一个能较好预测实验结果的模型方程。

关键词:扶芳藤; 微波;抗氧化; 响应面法;中药现代化技术

中图分类号: O657 . 3 文献标识码: A 文章编号: 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 为卫矛科卫矛属植物,它是一种重要的药材,全株均可入药,性味辛,具有舒筋活络、止血消瘀之功效,用于治疗腰肌劳损、 风湿痹痛、咯血、血崩、月经不调、跌打骨折、 创伤出血[ 1]等。

响应面法 ( RSM )是统计与设计实验技术的合成,能用较少的实验次数和时间对实验进行全面的考察。与传统优化方法不同,响应面法考虑了实验的随机误差,将复杂的未知的函数关系在小区域内用简单的一次或二次多项式模型来拟合, 计算比较简便[ 2 , 3]。响应面法已经在诸多工艺过程优化中得到应用[ 4]。本文利用响应面法对微波辅助提取[ 5]扶芳藤中抗氧化物质的条件进行了优化, 利用全因子实验设计, 并对实验数据进行 RS M 法分析, 对拟合数学模型进行了较为详细的描述,建立了对拟合函数在给定区间内无极值时的处理方法,并对其进行验证,得到最佳提取条件, 还考察了扶芳藤中抗氧化物质的提取工艺,以明确其抗氧化性能,为其保健药品的研发提供参考。

1 实验部分

111 材料

扶芳藤:购于广西药用植物园 (经广西中医学院刘寿养副教授鉴定); SD大鼠(由广西医科大学动物实验中心提供); 2 -硫代巴比妥酸、 FeSO417 H2O、 L -半胱氨酸、 醋酸、 无水乙醇、 正丁醇均为 AR ; 双蒸水(自制)。ASM- Ñ 型常压微波辅助合成 /萃取反应仪(上海新仪微波化学科技有限公司) ; AL204电子天平1 梅特勒 -托利多仪器 (上海 )有限公司2 ; UV -2102PCS型紫外分光光度计1尤尼科(上海)仪器有限公司2 ; LDZ4- 12离心机 (北京医用离心机厂) ;RE- 52A 型旋转蒸发器 (巩义市予华仪器厂 ) ;F i nnp i pette移液枪1 热电(上海)仪器有限公司2 。

112 方法

11211 样品制备

称取 21000 g扶芳藤于 100 mL圆底烧瓶中,根据响应面实验表加入一定体积分数的乙醇浸泡 5m in ,然后选择一定的辐射时间和辐射温度进行微波提取,过滤, 重复提取 3次, 合并滤液,浓缩后定容为5010mL。再精密移取 110 mL配制成 1010 mL溶液,待测。

11212 测定方法

作者用大鼠肝匀浆, 通过 Fe2 +诱导发生 Fenton反应产生 OH-,进攻不饱和脂肪酸, 产生脂质过氧化反应, 丙二醛 (MDA )是脂质过氧化的终产物之一,它通过初级、 次级产物裂解形成, 在低 p H和高温度下,可与硫代巴比妥酸( TBA )反应形成粉红色生色团[ 6]。加入各提取物 50 LL , 抑制脂质过氧化反应,由于抑制程度不同, 产生的丙二醛的量不同,通过 TBA比色法检测丙二醛的相对含量, 计算可得出不同的抑制率[ 7]。抑制率越大说明抗氧化能力

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

2 结果和分析

211 响应面实验

根据 Box -B ehnken设计原理, 选择乙醇体积分数、 乙醇用量、 提取时间和提取温度 4个因素, 分别以X 1、 X 2、 X 3、 X 4表示。每个自变量的低中高水平分别以- 1、0、 1进行编码, 以抑制率为响应值 ( Y ), 设计四因素三水平表,见表 1 ;实验结果见表 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: 乙醇体积分数 /% 30 50 70

X 2: 乙醇用量 /mL 20 40 60

X 3: 提取时间 /m i n 5 10 15

X 4: 提取温度 /e 40 50 60

表 2 响应面分析方案及实验结果

27个实验点分为析因点和零点,实验号 1~ 25是析因实验,实验号 25~ 27是中心实验。其中析因点为自变量取值在X 1 , X 2 , X 3所构成的三维顶点,零点为区域的中心点,零点实验重复 3次,用以估计实验误差。各因素经回归拟合后,得抑制率对乙醇体积分数、 乙醇用量、 提取温度和提取时间的二次多项

回归方程:

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

模型的可靠性可从方差分析及相关系数来分析。由方差分析(表 3)可知,模型在 P [ 0101时水

平显著,表明实验设计可靠。相关系数 (R )越接近1 , 说明模型的预测值与实验值的相关性越好。本研究的R 2= 019419 ,说明模型能够很好地描述实验结果。

表 3 回归分析结果

¹ P ﹤ 01 05时水平显著; ºP ﹤ 01 01时水平显著。从表 3可知, 一次项中X 1、 X 3、 X 4;平方项中X 1@X 1、 X 2 @X 2、 X 3 @X 3;交互项中 X 1 @X 4、 X 2 @X 3为显著性影响因素。在各影响因素中, 乙醇体积分数(X 1 )的影响因素最大,说明扶芳藤中抗氧化物质多为多酚类化合物, 极性较大, 因此, 乙醇体积分数越高, 提取率越低。其次是提取温度 (X 4 )、 提取时间(X 3 )。在总的作用因素中, 一次项和平方项的影响较大,而交互项影响相对较小。乙醇浓度 (X 1 )和提取温度(X 4 )、 乙醇用量 (X 2 )和提取时间 (X 3 )有交互作用。

对模型方程求一阶偏导, 可以求出模型的极值点: X 1 = - 012939、 X 2 = 012092、 X 3 = - 01234、 X 4 =- 0187 ,经过转换得出最佳抑制率时的各提取条件。经分析得,在X 1 = 4914 %、 X 2 = 44mL、 X 3 = 9m i n、 X 4= 41 e ,即时抑制率的理论值是 32186 %。以最佳条件进行 3次重复验证, 最终扶芳藤提取液对大鼠肝匀浆的平均抑制率为 33152 % , 实验值和理论值相差 2 % , 说明运用响应面对扶芳藤抗氧化物质的提取工艺研究有一定的可行性。

3 结论

( 1)运用微波技术对扶芳藤中抗氧化物质进行提取,具有萃取时间短, 溶剂用量少, 提取率高的特点。

( 2)应用响应面法得到的最佳提取工艺为: 乙醇体积分数 4914 %、 乙醇用量 44 mL、 提取时间 9m i n、 提取温度 41 e 。在此条件下扶芳藤提取液对大鼠肝匀浆的抑制率应为 32186%, 取最佳条件进行验证实验,实验值为 33152 %,与理论值相差 2 %,说明实验值与模型预测值基本相符。