超声辅助响应面法优化巫山淫羊藿中朝藿定C和淫羊藿苷共同提取工艺研究

张建海 冯彬彬 牛小花

摘要:目的 应用响应面法优化巫山淫羊藿中朝藿定C和淫羊藿苷的超声辅助提取工艺。方法 在单因素试验基础上,采用Box-Behnken试验设计和响应面分析法考察乙醇体积分数、超声提取时间、液固比对巫山淫羊藿中朝藿定C和淫羊藿苷含量的影响。结果 最佳超声辅助提取工艺为乙醇体积分数73%、超声提取时间22 min、料液比为1∶32,巫山淫羊藿中朝藿定C和淫羊藿苷得率分别为(15.90±0.12)%和(0.75±0.05)%。结论 本研究所建立的提取工艺能够提高巫山淫羊藿中朝藿定C和淫羊藿苷的提取率,与模型预测值相符。
关键词:巫山淫羊藿;朝藿定C;淫羊藿苷;超声辅助提取;响应面法
DOI:10.3969/j.issn.1005-5304.2016.03.023
中图分类号:R284.2 文献标识码:A 文章编号:1005-5304(2016)03-0085-04
Abstract: Objective To optimize ultrasonic-assisted extraction Epimedin C and Icariin from Epimedii Wushanensis Herba by response surface methodology. Methods On the basis of single factor tests, Box-Behnken experimental design and response surface methodology were adopted to optimize extraction conditions with the concentration of ethanol, ultrasonic time and solid-liquid ratio as factors. HPLC was used to determine the content of Epimedin C and Icariin from Epimedii Wushanensis Herba. Results Optimal ultrasound-assisted extraction technology was as following: the concentration of ethanol was 73%; the ultrasonic time was 22 min; the ratio of liquid to material was 1:32. The contents of Epimedin C and Icariin from Epimedii Wushanensis Herba were 15.90% and 0.75%, respectively. Conclusion This extraction technology can improve the extraction efficiency of Epimedin C and Icariin from Epimedii Wushanensis Herba, which is in accordance with predicted value.
Key words: Epimedii Wushanensis Herba; Epimedin C; Icariin; ultrasound-assisted extraction; response surface method
巫山淫羊藿为小檗科淫羊藿属植物巫山淫羊藿Epimedium wushanense T.S.Ying的干燥叶,具有补肾阳、强筋骨等功效。巫山淫羊藿中的主要活性成分是淫羊藿苷、朝藿定C,其中朝藿定C的含量较高,因此巫山淫羊藿有区别于其他淫羊藿的药效特性[1-4]。2010年版《中华人民共和国药典》(一部)将其单列,表明巫山淫羊藿有其独特之处。近年来,我国学者就淫羊藿的主要成分提取工艺开展了很多研究工作[1-2,4],但迄今对巫山淫羊藿的研究较少。超声波辅助提取法是利用超声波产生的强烈振动、高加速度、强烈的空化效应、搅拌作用等,加速有效成分进入溶剂,从而提高浸出率,缩短提取时间,具有操作方便、品质稳定等优点[5-8]。为了进一步优化巫山淫羊藿提取工艺,根据有关文献和预试验结果[2,9-12],本研究采用乙醇作为溶剂,结合超声波辅助提取巫山淫羊藿中朝藿定C和淫羊藿苷,并通过Box-Behnken试验和响应面分析法优选提取工艺,为巫山淫羊藿的开发利用提供试验依据。
1 仪器与试药
美国Agilent1260智能柱温箱及VWD紫外检测器;KQ5200E型超声波清洗器,昆山市超声仪器有限公司;BSA224S电子天平,赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;DGX-9143B-1型数显鼓风干燥箱,上海福玛实验设备有限公司;HH.SYZ1-NI型电热恒温水浴锅,北京市长风仪器仪表公司;SHB-IV双A循环式多用真空泵,郑州长城科工贸有限公司;Millipore纯水系统。
朝藿定C、淫羊藿苷对照品,中国食品药品检定研究院,批号分别为111780-200801、110737-200415);乙醇、甲醇等均为分析纯,乙腈、甲醇为色谱纯;水为去离子水,其他试剂均为分析纯。巫山淫羊藿,采集野生植物,经西南大学王海洋教授鉴定为小檗科淫羊藿属植物巫山淫羊藿Epimedium wushanense T.S. Ying的干燥叶。
2 方法与结果
2.1 朝藿定C和淫羊藿苷含量测定
2.1.1 色谱条件 色谱柱为Agilent-C18(250 mm×4.6 mm,5 μm),流动相为乙腈和水,采用梯度洗脱(乙腈:0~10 min,20%;10~20 min,45%;20~25 min,55%;25~30 min,20%),流速为1.0 mL/min,温度25 ℃,检测波长270 nm,进样量20 μL[10-12]。
2.1.2 标准曲线的建立 取朝藿定C和淫羊藿苷对照品10 mg,精密称定,置于25 mL容量瓶中,加乙醇溶解,得朝藿定C和淫羊藿苷储备液,将朝藿定C和淫羊藿苷储备液配制成质量浓度均为6.25、12.50、25.00、50.00、100.00、200.00 mg/L的系列标准溶液,按“2.1.1”项下色谱条件分析,以峰面积对质量浓度进行线性回归,得朝藿定C回归方程Y=52.90X+82.25(r2=0.999 1),淫羊藿苷回归方程Y=22.37X+28.37(r2=0.999 6),朝藿定C和淫羊藿苷线性范围均为6.25~200.00 mg/L。
2.1.3 样品测定 将巫山淫羊藿叶片清洗、阴干、粉碎、过筛(孔径0.355 mm),在60 ℃干燥4 h。称取各试验设计的恒重后的巫山淫羊藿粉末0.2 g,精密称定,置具塞三角瓶中,按照设计的试验条件进行提取,过滤,滤液过微孔滤膜,即得样品溶液,进样。
2.2 单因素试验考察
2.2.1 乙醇体积分数 取巫山淫羊藿粉末1.0 g,精密称定,固定超声时间20 min,提取温度50 ℃,料液比1∶30,分别用体积分数为30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%的乙醇溶液提取,测定朝藿定C和淫羊藿苷得率。结果朝藿定C含量分别为(1.25±0.24)%、(1.34±0.45)%、(1.42±1.03)%、(1.46±0.67)%、(1.50±0.56)%、(1.49±0.94)%、(1.37±1.34)%,淫羊藿苷含量分别为(0.42±0.23)%、(0.48±1.07)%、(0.54±0.37)%、(0.68±0.62)%、(0.71±0.71)%、(0.67±0.92)%、(0.65±1.18)%,故综合考虑选择70%乙醇。
2.2.2 超声时间 取巫山淫羊藿粉末1.0 g,精密称定,固定乙醇体积分数70%,提取温度50 ℃,料液比1∶30,分别超声提取10、15、20、25、30、35、40 min,测定朝藿定C和淫羊藿苷得率。结果朝藿定C的含量分别为(1.32±0.57)%、(1.43±1.95)%、(1.52±0.75)%、(1.50±0.08)%、(1.48±0.24)%、(1.47±0.14)%、(1.45±0.46)%,淫羊藿苷含量分别为(0.57±1.04)%、(0.63±0.73)%、(0.70±0.26)%、(0.68±0.73)%、(0.66±0.26)%、(0.65±0.87)%、(0.67±0.21)%,故综合考虑选择超声提取20 min。
2.2.3 提取温度 取巫山淫羊藿粉末1.0 g,精密称定,固定乙醇体积分数70%,超声提取时间20 min,料液比1∶30,分别于30、40、50、60、70、80 ℃进行提取,测定朝藿定C和淫羊藿苷得率。结果朝藿定C含量分别为(1.42±0.25)%、(1.44±0.31)%、(1.49±0.58)%、(1.47±0.29)%、(1.48±0.27)%、(1.51±0.81)%,淫羊藿苷的含量分别为(0.62±1.01)%、(0.65±0.82)%、(0.68±0.54)%、(0.68±0.37)%、(0.65±0.64)%、(0.63±0.71)%,说明提取温度对朝藿定C的提取率影响不大,故综合考虑选择提取温度为50 ℃。
2.2.4 料液比 取巫山淫羊藿粉末1.0 g,精密称定,固定乙醇体积分数70%,超声提取时间20 min,超声温度为50 ℃,料液比(g/mL)分别为1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40进行提取,测定朝藿定C和淫羊藿苷得率。结果朝藿定C含量分别为(1.38±0.25)%、(1.41±0.78)%、(1.45±0.92)%、(1.48±0.17)%、(1.51±0.11)%、(1.50±0.28)%、(1.41±0.15)%,淫羊藿苷的含量分别为(0.48±0.28)%、(0.52±0.09)%、(0.58±0.17)%、(0.64±0.47)%、(0.69±0.28)%、(0.67±0.17)%、(0.65±0.58)%,故综合考虑选择料液比为1∶30。
2.3 响应面试验
根据单因素试验考察的结果,采用三因素三水平的Box-Behnken试验设计,以乙醇浓度、超声时间、料液比为自变量,以朝藿定C和淫羊藿苷的得率为因变量,研究响应值及最佳变量的组合。试验因素水平见表1。共设计17个试验,重复3次。根据响应面试验,按照“2.1”项下方法测定朝藿定C和淫羊藿苷含量,试验安排及结果见表2,响应面分析见图1,方差分析结果见表3。
从表3方差分析可知,对朝藿定C来说,B、C、A2、B2、C2为显著影响因素;在各影响因素中,超声时间(B)的影响最大,其次是料液比(C)、乙醇浓度(A);在总的作用因素中,1次项和平方项的影响较大,而交互项影响相对较小。对淫羊藿苷来说,C、AB、AC、BC、A2、B2、C2为显著影响因素;在各影响因素中,料液比(C)的影响最大,其次是乙醇浓度(A)、超声时间(B);在总的作用因素中,交互项和平方项的影响较大,而1次项影响相对较小,乙醇浓度和超声时间、乙醇浓度和料液比、超声时间和料液比均具有交互作用。
以朝藿定C和淫羊藿苷提取量为响应值,采用Design-Expert软件对表2试验数据进行三元二次多项式逐步回归拟合,得回归方程Y=1.608+0.0025A+0.08125B+0.06125C-0.0175AB-0.0425AC+0.0150BC-0.0965A2-0.1390B2-0.0990C2、Y=0.7460+0.0200A+0.0175B+0.0275C-0.0500AB-0.0350AC-0.0300BC-0.0855A2-0.0705B2-0.0805C2。由表3可知,该模型高度显著,失拟项相对于绝对误差不显著。模型确定系数(R2)为0.993 7,说明此模型与实际试验拟合较好,能很好地描述试验结果。图1响应面分析更为直观地表现了各因素与朝藿定C和淫羊藿苷提取量的相互关系,表明各因素对朝藿定C交互作用不显著,而对淫羊藿苷含量交互作用显著。
2.4 验证试验
通过Design Expert 8.0.6.1软件进行响应面设计优化,确定朝藿定C的最佳提取工艺为乙醇体积分数76.24%、提取时间22.64 min、料液比1∶31.95 g/mL,朝藿定C理论提取量为1.58%;淫羊藿苷的最佳提取工艺为乙醇体积分数70%、提取时间21.14 min、料液比1∶31.51 g/mL,淫羊藿苷理论提取量为0.75%。结合实际操作考虑,将工艺条件修正为乙醇体积分数73%、提取时间22 min、料液比1∶32 g/mL。按该工艺进行5次验证试验,结果巫山淫羊藿中朝藿定C和淫羊藿苷提取量分别为(15.90±0.12)%和(0.75±0.05)%,与预测值基本一致,表明该三元二次方程与实际情况拟合较好,充分验证了所建模型的正确性。
3 讨论
超声波提取方法可较好地用于巫山淫羊藿中朝藿定C和淫羊藿苷有效成分的提取,其主要药效成分可较好保留。在整个提取过程中温度较低,有利于巫山淫羊藿中的有效成分不被破坏。
本研究在单因素试验基础上,确定乙醇体积分数、提取温度、液固比对巫山淫羊藿中朝藿定C和淫羊藿苷提取率影响显著,采用响应面法对超声辅助提取的工艺条件进行优化,结果预测值与实测值基本一致,说明建立的工艺条件可靠,能有效提高巫山淫羊藿中朝藿定C和淫羊藿苷的提取率,对巫山淫羊藿资源的综合利用及工业化生产具有指导意义。
本研究采用响应面法优化了提取巫山淫羊藿中朝藿定C和淫羊藿苷的4个关键因子,得到二次项回归模型,并对交互项作用进行分析。确定最佳工艺条件为:乙醇体积分数73%,提取时间22 min,料液比1∶32 g/mL。
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(收稿日期:2015-05-07)
(修回日期:2015-06-01;编辑:陈静)
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