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响应面分析法优化四药门花叶总黄酮提取工艺

2021-04-24 来源:易榕旅网
坠塑壅 中国食品添加剂 一响应面分析法优化四药门花叶总黄酮提取工艺 贺银菊 ,彭召旭 ,杨再波 一,郭治友 (1.黔南民族师范学院化学化工学院,都匀558000; 2.贵州省高校民族药用植物资源开发工程研究中心,都匀558000) 摘要:研究四药门花叶中总黄酮提取工艺优化,采用单因素试验和响应面法考察了乙醇的体积分数、液 料比、提取时间和提取温度对四药门花叶中总黄酮得率的影响。总黄酮提取最佳条件为:乙醇体积分数83%, 液料比31 mL/g,提取时间80 min,提取温度59℃,四药门花叶中总黄酮的得率为4,145%。 关键词:响应面法;四药门花叶;总黄酮;提取 中图分类号:TS202.1 文献标识码:A 文章编号:1006—2513(2018)06—0055—06 Optimization of extraction of total lfavonoids frOm Loropetalum subcordatum leaves by response surface methodology HE Yin-ju。·2 PENG Zhao-XII ,YANG Zai-bo 2。GUO Zhi-you (1.School of Chemistry and Chemical Engineering,Qiannan Normal College for Nationalities, Duyun 558000;2.Guizhou Province College Research Center of Ethnical Medicinal Plant Resources Ex—— ploitation Engineering,Duyun 558000) Abstract:The purpose of this paper is to study the optimal extraction technology of total flavonoids from Loropetalum subcordatum leaves.Effects of extraction solvent,solid-to-liquid ratio,extraction time and extraction temperature on the extraction rate of total flavonoids were studied by single factor and response surface methodology.The optimal extraction technology was as follow:ethanol consistence 83%(V,、,),solid-to-liquid ratio 31 mL/g,extraction time 80 min,extraction temperature 59℃,and the extraction rate of total lfavonoids was 4.145%. Key words:response surface methodology;loropetalum subcordatum leaves;total flavonoids;extraction 四药门花属金缕梅科四药门花属的常绿灌 木或小乔木,四药门花为稀有植物,数量少、分 一类广泛存在于植物体内的化合物[5-101,具有 多种生物活性:抗炎抑菌,抗氧化,降血糖,抗 布区狭窄,呈零星分布,目前已被IUCN列为稀 肿瘤,抗癌,抗辐射以及增强免疫能力等药理作 有植物,也是我国二级保护植物。分布于香港及 用[11-161,植物体含有多种黄酮类化合物。响应 广西龙州,但植株数量极为稀少,8O年代后期 在贵州荔波也发现其分布[1-4]。黄酮类化合物是 面分析法是利用合理的试验设计方法并通过实验 得到一定数据,采用多元二次回归方程来拟合因 2018-02-09 收稿日期: 201510670022)l贵州省科学技术联合基金项目(LH字【2015】7714)I贵州省教育厅自然 基金项目: 国家级大学生创新训练项目(科研青年项目(黔教科【2014】314号)l中央财政专项子项目(qnsy2015zczy05) 作者简介: 贺银菊(1986一),女,硕士,讲师,研究方向:天然产物的研究与开发,E—mail:heyinju2007@163.tom。 Chi中国食品添加剂 na FoodAdd 试验x.Jt--究 素与响应值之间的函数关系,通过对回归方程的 分析来寻求最优工艺参数。四药门花叶革质,互 生,椭圆形,全缘或上半部有少数小腺齿;托叶 披针形,被星状毛。查阅文献资料发现,目前几 乎未见关于四药门花叶活性化学成分的研究报 道,为更好地利用其价值,本文以四药门花叶为 研究对象,采用单因素试验考察了提取剂、液料 比、提取时间和提取温度对其叶片中总黄酮提取 率的影响,并运用Box-Benhnken的中心组合原 理进行响应面优化设计,筛选出四药门花叶总黄 酮的最佳工艺条件,以芦丁为对照品用紫外分光 光度法测定了四药门花叶中的总黄酮得率,以期 为珍稀植物四药门花的开发利用提供理论参考。 1材料与方法 1.1材料与试剂 材料:四药门花叶采于贵州省黔南州荔波县 茂兰镇。 试剂:芦丁标准品:合肥博美生物科技有限 责任公司。无水乙醇:重庆川东化工(集团)有 限公司,石油醚(30 ̄C~60℃):成都金山化学 试剂有限公司,无水乙醇、石油醚均为分析纯。 1.2仪器与设备 SHZ-DIII循环水真空泵(郑州英峪予华仪 器有限公司);BS1 105电子天平(北赛多利斯天 平有限公司);TU-1901型双光束紫外分光光度 计(上海诺顶仪器设备有限公司);粉碎机(浙 江金华武义屹立仪器公司);DZ-2A型真空干燥 箱(英欲予华仪器厂);电热恒温槽(上海卢奥 明科仪器有限公司)。 1.3实验方法 1.3.1标准曲线的绘制 称取干燥至恒重的芦丁对照品l0.00 mg于 50 mL容量瓶中,用乙醇溶液溶解、稀释至刻 度,摇匀、静置,得0.2000 mg/mL的芦丁对 照品溶液,保存备用。量取0.2000 mg/mL的 芦丁对照品溶液0.50 mL、1.00 mL、1.50 mL、 2.00 mL、2.50 mL,分别置于10 mL容量瓶中, 加入5%NaNO2溶液0.40 mL,静置10 min,加入 10%A1(NO3)3溶液0.40 m L,静置10 rain,再 加人4%NaOH溶液3.00 mL,用乙醇溶液定容 至刻度,摇匀、静置,即得lO.00 gg/mL、20.00 gg/mL、30.00 gg/mL、40.00 gg/mL、50.00 gg/mL 的标准溶液,以乙醇溶液为参比溶液,用紫外分 光光度计于498 am处测定吸光度。以芦丁浓度 (C)为横坐标,吸光度(A)为纵坐标绘制标准 曲线。 1.3.2样品溶液总黄酮测定 将四药门花叶自然晾干,粉碎后过80目 筛子备用。准确称取1.0000 g四药门花叶粉末 250 mL于圆底烧瓶中,加入20 mL石油醚加热 0.5 h除去脂溶性成分后过滤,残渣室温下挥发 干,按用乙醇溶剂浸泡、提取,之后按照表1的 响应面分析试验因素和水平进行实验,提取完成 后过滤,滤液用乙醇溶液定容到50 mL的容量瓶 中,即得待测溶液。用乙醇溶液将待测液稀释50 倍,取1 mL稀释后的溶液佘10 mL容量瓶中, 按照1.3.1的方法测定其总黄酮提取率。 总黄酮提取率=C×V×N/m×100% 式中,C为提取液中总黄酮的浓度,gg/mL; V为提取液的体积,mL;N为总稀释倍数;m为 所称取的四药门花叶粉末的质量,g。 1.3.3 四药门花叶总黄酮提取单因素试验 以乙醇体积分数(60%、70%、80%、90%、 100%)、液料比(10、20、30、40、50 mL/g)、 提取时间(0.5、l、1.5、2、2.5 h)和提取温 度(40、50、6O、70、80℃)为单因素试验条 件。基本条件定为:乙醇体积分数80%,液料比 40 mL/g,提取时间2 h,提取温度60℃。改变其 中一个条件以分别考察乙醇体积分数、液料比、 提取时间和提取温度对四药门花叶总黄酮提取的 影响,按照1.3.2的方法测定总黄酮得率。 1.3.4总黄酮提取响应面优化设计试验 表1响应面分析试验因素和水平 Table 1 Levels and factors of response surface methodology 墼堑 根据单因素试验的结果和Box—Benhnken的 着液料比的增大,总黄酮提取率升高,液料比 中心组合试验设计原理,设计响应面优化试验, 具体的试验因素及水平见表1。根据响应面优化 设计试验结果进行验证性试验,并计算总黄酮提 取率。 2结果与分析 2.1芦丁标准曲线的线性关系 根据1.3.1以芦丁浓度(c)为横坐标,吸 光度(A)为纵坐标用Origin8.0绘制标准曲 线。结果如图1所示,图l可知:该方法在 1O.oo~50.O0 ̄tg/mL范围内吸光度A与浓度呈 良好的线性关系,回归方程为:y=O.O1122x- 0.0498,R =0.99966。 4 4 3 料爵 匾掘 3 3 3 3 2 O 8 6 4 2 0 O.5 O.4 O.3 O.2 O.1 0.O 10 2O 3O 40 50 C( ̄g/mL) 图1芦丁标准标准曲线 Fig.1 Rutin standard curve 2.2单因素对四药门花叶总黄酮提取的影响 2.2.1乙醇体积分数对四药门花叶总黄酮提取的 影响 不同浓度的乙醇(体积比为60%、70%、 8O%、90%、100%)对总黄酮的提取率影响见图 2。由图可见,随着乙醇浓度的增大,总黄酮提 取率升高,乙醇浓度为80%时提取率最高,乙醇 浓度超过80%后,随着乙醇浓度的增大,总黄酮 率降低,因此选择75%、80%、85%作为响应面 设计的3个水平。 2.2.2液料比对四药门花叶总黄酮提取的影响 不同液料比(10、20、3O、40、50 mL/g) 对总黄酮提取率的影响见图3。由图可见,随 为30时提取率最高,液料比超过30后,随着液 料比的增大,总黄酮率降低,因此选择25、30、 35 mL/g作为响应面设计的3个水平。 6O 7O 8O 9O lOO 乙醇 图2 乙醇体积分数对四药门花叶总黄酮提取率的影响 Fig.2 E t of ethanol concentration on extraction rate fo lfavonoids from hte Loropetalum subcordatum leaves 4.1 4.0 3.9 鬟 骧 3.4 3_3 l0 20 3O 40 5O 液料比mL/g 图3液料比对四药门花叶总黄酮提取率的影响 Fig.3 Effect fo materiai to solvent ratio on extraction rateofflavonoidsfromtheLoropetalumsubcordatum laeves 2.2.3提取时间对四药门花叶总黄酮提取的影响 不同时间(0.5、1、1.5、2、2.5 h)对总黄 酮提取率的影响见图4。由图可见,随着提取 时间的增加,总黄酮提取率升高,提取时间为 1.5 h时提取率最高,提取时间超过1.5 h后,随 着提取时间的增加,总黄酮率降低,因此选择1、 1.5、2 h作为响应面设计的3个水平。 2 8 ( 口FoodA 4 2 中国食品添加剂 试验研究 3 6 4 l 4 0 装 釜 隘枢 3 3 3 9 8 7 3 5 取率(Y)的回归方程: 4 4 4 述斟餐 器槭 、 3 3 3 3 Y(%)=4.04+0.34A+0.m ∞ 054B一0.052C一 ∞ 踟 0.024D-0.039AB+0.067AC-0.061AD-0.055BC一 0.050BD+0.034CD-0.28A2-0.23B 一O.053C2-0.12 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 提取时间/ll 图4提取时间对四药门花叶总黄酮提取率的影响 Fig.4 Effect oftime on extraction rate offlavonoids from the Loropetalum subcordatum leaves 2.2.4提取温度对四药门花叶总黄酮提取的影响 不同温度(40、50、60、70、80℃)对总黄 酮提取率的影响见图5。由图可见,随着提取温 度的升高,总黄酮提取率也升高,提取温度为60 ℃提取率最高,提取温度超过60℃后,随着提取 温度的升高,总黄酮率降低,因此选择55、60、 65℃作为响应面设计的3个水平。 4U 5U 60 70 8O 提取温度/℃ 图5提取温度对四药门花叶总黄酮提取率的影响 Fig.5 Effectoftemperatureon extractionrateof lfavonoids from hte Loropetalum subcordatum leaves 2.3响应面试验优化 2.3.1响应面试验设计及结果 根据Box-Benhnken的中心组合试验设计原 理,设计4因素3水平的29组试验,优化试验数 据见表2。根据表2的试验数据用design-expert 8.0.6进行分析与拟合后,得四药门花叶总黄酮提 D (其中A、B、c、D为4个因素的编码)。 表2响应面设计试验结果 Table 2 Arrangement and results of response surface methodology 因素及其因素间的交互作用对总黄酮得率的 影响见表3,由表可见:模型的F=I1.84,P< 0.0001,表明试验的二次模型是极显著的,能够 正确反映各因素与响应值之间的变化关系。确定 系数R =0.9221,校正确定系数Radi2=O.8442,变 异系数CV=3.1l%较小,说明试验稳定、可靠。 A、A 、B 的P值均小于0.001,表明其对总黄 酮得率影响极显著,D 的P值均小于0.05表明 其对总黄酮得率影响显著。因素B、c、D及交 互项AB、AC、AD、BC、BD、CD的P值大于 0.05,表明其对总黄酮得率没有显著性影响。由 各因素A、B、c、D的F值(或者P值)大小可 以得出各因素对总黄酮得率影响大小顺序为A> B>C>D。 表3方差分析 Table 3 Vadan ̄analysis of response surface methodology Source Sumof squares df Mean square Fvalue Pvalue显著性 注:P<0.05,差异显著l P<0.001,差异极显著。 墼堑 四个因素的两两因素为考察对象,做出各因 素交互作用响应面,见图6。由图6可以看出各 因素相互作用对总黄酮得率影响,即响应面对各 因素的敏感程度,反映了在其他两个因素固定的 条件下,另外两两因素对总黄酮得率影响,响应 面坡面越陡峭,表明响应面受实验因素变化就越 大,反之响应面坡面越平缓,表明响应面受实验 因素变化就越小。在图6中,各因素两两交互响 应面坡面陡峭顺序为AC>AD>BC>BD> AB>CD,即乙醇体积分数和提取时间的交互 作用响应面最陡峭,说明乙醇体积分数和提取时 间的交互作用对总黄酮得率影响最大,而提取时 间和提取温度的交互作用响应面最平缓,说明提 取时间和提取温度的交互作用对总黄酮得率影响 最小。 2.3.2响应面试验优化及验证试验 通过design-expert 8.0.6软件,对回归模型 进行预测得到四药门花叶总黄酮提取最佳工艺 为:乙醇体积分数82.96%、液料比30.71 mL/g、 提取时间1.35 h、提取温度58.39℃,此时总黄酮 理论得率为4.157%。根据预测条件和实际操作设 计总黄酮提取条件为:乙醇体积分数83%、液料 比31 mL/g、提取时间80 min(1.33 h)、提取温 度59℃,进行3次平行试验,测得四药门花叶 的平均总黄酮得率为4.145%。预测结果和实测结 果拟合良好,参数准确可靠。 3结论 本文用紫外分光光度计在280~600 nm之 间进行扫描,样品液和芦丁标准液在498 nm处 有最大吸收,因此选择498 nm为测定波长。响 应面分析试验结果表明:二次模型是极显著的, 准确性较高。由回归方程和各因素交互作用响应 面可知各因素对总黄酮得率影响大小不同,其大 小顺序为A>B>c>D,即乙醇体积分数位 居第一,液料比居第二,提取时间位次之,提取 温度对总黄酮提取率影响最小。根据回归模型进 行预测和验证性实验,建立了四药门花叶中总黄 酮提取的最佳工艺:乙醇体积分数83%、液料比 31 mL/g、提取时间80 min、提取温度59℃,四 药门花叶中平均总黄酮提取率为4.145%。 C hin a F ood Additives 堕堡 =:竺=!二 一 一 僻 得 畦 j}皿= j 蕊 瓤 龆 (%) 摹 ~ 摹 一 讲 眭 瞬 l盐 器 粗 j 匿 椒 j (%) 一 一 嗽 褂 吐 疆 辄 露 瓤 趣 00 L/g)D 图6各因素两两交互作用的响应面 Fig.6 Response surface of the effect interaction between two factors 参考文献: I1 华 约门化扦插繁琐披小=….现代 艺,2013(12): .q+ltlf 野 } 珍稀濒危植物和国家 33 34 91施伟悔,杨凯. 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