基于响应面法优化桔梗皂苷微波提取工艺 (1).pdf

Journal of Medicine and Pharmacy of Chinese MinoritiesNovember 2023，Vol.29 No.11药物分析基于响应面法优化桔梗皂苷微波提取工艺张志高雪梅王士杰李海涛应达时*（吉林农业科技学院，吉林 吉林 132101）摘要：采用响应面法优化桔梗皂苷的提取工艺。：采用微波辅助提取法提取桔梗皂苷，以皂苷提取率为评价指标，通过乙醇浓度、微波功率、微波时间、料液比、提取次数等单因素结合响应面法进一步优化提取工艺条件。：最佳工艺为乙醇浓度67%、微波功率400 W、微波时间4 min、料液比1:10、提取2次。该条件下桔梗皂苷提取率预测值为2.335%，实测平均值为2.41%，与预测值相差0.075%。：该方法模型预测性良好，提取条件稳定，提取简便合理、可靠。关键词 桔梗；皂苷；微波提取；响应面法；提取率中图分类号：R284.2文献标识码：B文章编号：1006-6810（2023）11-0038-04Optimizationof microwave extraction process of Platycodon grandiflorum saponins based on response surface methodologyZHANG Zhi,GAO Xue-mei,WANG Shi-jie,LI Hai-tao,YING Da-shi*（Jilin Agricultural Science and Technology University,Jilin 132101,China）AbstractObjective:The extraction process of Platycodon grandiflorum saponins using response surface methodology wasoptimized.Methods:The microwave-assisted extraction method was used to extract saponins from Platycodon grandiflorus,withthe saponin extraction rate as the evaluation index,and the extraction process conditions were further optimized by theresponse surface method through the single factors of ethanol concentration,microwave power,microwave time,material-liquidratio,and the number of times.Results:The optimal process was 67%ethanol concentration,400 W microwave power,4minmicrowave time,1:10 material-liquid ratio,and 2 times extraction.The predicted extraction rate of Platycodon grandiflorumsaponins under this condition was 2.335%,and the measured average value was 2.41%,which was 0.075%different from thepredicted value.Conclusion:The model of this method has good predictability,the extraction conditions are stable,and theextraction is simple,reasonable and reliable.KeywordsPlatycodon grandiflorum;Saponin;Microwave extraction;Response surface method;Extraction rate 基 金 项 目:吉 林 省 教 育 厅“十 三 五”科 学 技 术 项 目（JJKH20200396KJ）；国家重点研发计划项目（2021YFD1600900）。作者简介：张志（1981），男，讲师，硕士。研究方向：药物新剂型与新技术。E-mail：zz004 。*通讯作者:应达时（1969），男，主任医师，教授，博士，硕士研究生导师。研究方向：中医药临床与研究。E-mail：。桔梗为桔梗科植物桔梗 Platycodon grandiflorum（Jacq.）A.DC.的干燥根，是我国传统的四十种大宗中药材之一，最早载于 神农本草经。其性平，味苦、辛，归肺经，具有宣肺利咽、祛痰排脓功效1。桔梗中含有大量皂苷、黄酮、多糖等多种活性成分，皂苷是主要活性成分之一。有学者对皂苷的生物活性进行研究，发现具有较好的抗氧化、祛痰、降糖等作用2。故其除医药用途外在食品加工和化妆品的制作等领域亦有广泛应用3。中药有效成分的提取方法很多，定量指标各有不同4，5。本文以桔梗皂苷 D 提取率为指标，采用响应面法6优化桔梗皂苷的提取工艺，为桔梗活性成分的提取提供科学依据和数据参考。1材料与仪器1.1材料桔梗药材，吉林省仙草医药药材有限公司，由本校中药学院李赫男副教授鉴定为桔梗科植物桔梗 Platy-codon grandiflorum（Jacq.）A.DC.的干燥根。1.2试剂与仪器桔梗皂苷 D 标准品，成都曼思特生物科技有限公司；香草醛，甲醇，天津市光复科技发展有限公司；正丁醇，天津市福晨化学试剂厂；硫酸，沈阳市东兴试剂厂。1.3仪器LG-08A 型中草药粉碎机，瑞安市百信药机器械厂；XH-100A 型微波超声波合成仪，北京祥鹄科技发展有限公司；UV-2700 型紫外可见分光光度计，日本岛津公司；N-1200B 型旋转蒸发仪，东京理化器械株式会社。2方法与结果2.1桔梗中总皂苷的提取方法及含量测定2.1.1供试品溶液的制备取新鲜桔梗置于恒温干燥箱烘干，用粉碎机粉碎后过 40 目筛备用。精密称取桔梗粉末2 g，按一定料液比、一定浓度乙醇加入锥形瓶摇匀，在设置38DOI:10.16041/15-1175.2023.11.008中国民族医药杂志2023 年11 月 第 29 卷 第 11 期的功率下微波提取一段时间，静置后提取液减压抽滤，合并滤液与洗涤液，用相同浓度乙醇定容到 50 mL 容量瓶中，精密移取 1 mL 到 10 mL 容量瓶定容，作为供试品溶液备用。2.1.2对照品溶液的制备精密称取的桔梗皂苷 D 标准品5.74 mg，加入适量甲醇将其溶解，再用甲醇溶液将其定容于 10 mL 容量瓶中，稀释至刻度，摇匀得 0.574 mg mL-1的标准储备液备用。2.1.3总皂苷标准曲线的绘制取具塞试管分别加入以上标准储备液 0.1、0.2、0.4、0.6、0.8 mL，于 70 水浴挥发至干，加入 10%香草醛试液 0.5 mL，60%硫酸 5 mL 摇匀，水浴锅设置 60 加热 15 min，冰水浴中冷却 3 min，加入冰醋酸 5 mL，摇匀，转移到 10 mL 容量瓶中定容。在 472 nm 处测吸光度，以浓度为横坐标、吸光度为纵坐标绘制曲线图，回归方程为 y=0.009x+0.0669，R2=0.9989，表明在浓度 5.7445.92 g/mL 范围内线性关系良好，见图 1。图 1 皂苷的标准曲线2.1.4总皂苷含量的测定待测液中总皂苷的浓度根据测得的桔梗皂苷标准曲线进行计算，再按下列公式计算桔梗中总皂苷的提取率：皂苷的总提取率=c*Vm*106*100%注：C 为待测液总皂苷的浓度；V 为待测液的体积；m为称取的桔梗质量（g）。2.2单因素试验2.2.1提取溶剂浓度的选择精密称取桔梗粉末 5 份，各2 g，加入 100 mL 锥形瓶内，分别加入 40%、50%、60%、70%、80%乙醇溶液，各 12 mL，设置微波功率 300 W，微波提取 5 min，提取 3 次，测得桔梗总皂苷提取率见图 2。图 2 提取溶剂浓度对提取率的影响由图 2 可知，随着乙醇浓度的增大，桔梗中总皂苷的提取率增大；当乙醇浓度达到 70%时，总皂苷的提取率最大；浓度继续增大，其提取率有所下降。2.2.2料液比的选择精密称取桔梗粉末 5 份，各 2 g，加入 100 mL 锥形瓶内，按照料液比 1:4、1:6、1:8、1:10、1:12（g：mL），分别加入 8、12、16、20、24 mL 的 70%乙醇浓度，设置微波功率 300 W，微波提取 5 min，提取 3 次，测得桔梗总皂苷提取率见图 3。图 3 料液比对提取率的影响由图 3 可知，在 1：41:10 的范围内提取率随料液比倍数增大而增大。料液比在 1:10 时，提取率最高，增大料液比提取率略有下降。2.2.3提取次数的选择精密称取桔梗粉末 3 份，各 2 g，加入 100 mL 锥形瓶内，分别加入 12 mL 的 70%乙醇溶液，设置微波功率 300 W，微波提取 5 min，分别提取 1 次、2 次、3 次，测得桔梗总皂苷提取率见图 4。图 4 提取次数（次）由图 4 可知，提取次数对提取率影响较小，随着提取次数增加，提取率应增加，但从结果来看，提取 2 次提取率相对较高，提取 3 次提取率有所降低，提取次数过多也会增加提取的周期，增加提取成本。2.2.4微波功率的选择精密称取桔梗粉末 5 份，各 2 g，加入 100 mL 锥形瓶内，分别加入 12 mL 的 70%乙醇溶液，分别设置微波功率为 200 W、300 W、400 W、500 W、600 W，微波提取 5 min，提取 3 次，测得桔梗总皂苷提取率见图 5。图 5 微波功率（W）由图 5 可知，微波功率对提取率影响较大，提取率随微波的功率先增大后减少，在微波功率为 400 W 时提取率达到最大值。39Journal of Medicine and Pharmacy of Chinese MinoritiesNovember 2023，Vol.29 No.112.2.5微波时间的选择精密称取桔梗粉末 5 份，各 2 g，加入 100 mL 锥形瓶内，分别加入 12 mL 的 70%乙醇溶液，设置微波功率为 300 W，在微波提取时间 3、4、5、6、7min 的条件下提取 3 次，测得桔梗总皂苷提取率见图 6。图 6 微波时间（min）由图 6 可知，当微波时间达到 4 min 时，总皂苷的提取率最高；但继续延长微波提取时间，其提取率开始缓慢下降。2.3响应面法实验结果与分析根据单因素结果，选取对提取率影响较大乙醇浓度（A）、微波功率（B）、微波时间（C）三个因素进行 Box-Benhken 响应面优化，以总皂苷提取率为因变量，因素水平设计表见表 1，结果见表 2。表 1 响应面因素水平表表 2 响应面试验分析结果对表 2中数据进行回归分析，得到二次多项式回归方程：总皂苷提取率=-4.6507+0.12732A+8.127510-3B+0.5365C+1.510-5AB+1.2510-3AC-4.2510-4BC-1.0310-3A2-9.310-6B2-0.0555C2。对该模型进行方差统计分析，见表 3。表 3 响应面拟合回归方程的方差分析结果注：R2=0.9207，Adj R2=0.8187，Pred R2=0.0424；显著性：*代表差异显著，P0.05；*代表差异极显著，PCB，即乙醇浓度微波时间微波功率。模型的决定系数 R2为 0.9207，说明模型拟合度较高，并且 R2adj=0.8187，能够解释实验 81.87%的响应值变化，表明该模型具备较高预测精准度，可分析和预测最优提取工艺配方。采用 Design-Expert 10.0.1 软件对结果进行响应面分析，结果见图 7-9。图 9 微波功率与微波时间相互影响试验号ABC提取率%1234567891011121314151617001-10-100-11110000-1010011-10-1-101000-100-1-1-110-100010000112.192.252.212.252.192.052.152.082.122.292.362.322.062.312.352.182.17水平因素A 乙醇浓度（%）B 微波功率（W）C 微波时间（min）-101607080400500600456方差来源平方和自由度均方FP显著性模型ABCABACBCA2B2C2残差失拟项净误差总误差0.140.0281.12510-48.010-49.010-46.2510-47.22510-30.0450.0360.0130.0128.87510-33.3210-30.159111111111734160.0160.0281.12510-48.010-49.010-46.2510-47.22510-30.0450.0360.0131.7410-32.95810-38.310-49.0315.850.0650.460.520.364.1525.6420.97.443.560.00420.00530.80670.51980.49560.56810.08110.00150.00260.02940.1256*图 7 乙醇浓度与微波功率相互影响 图 8 乙醇浓度与微波时间相互影响40中国民族医药杂志2023 年11 月 第 29 卷 第 11 期4Chen P,Wu T,Peng Q,et al.Application value betweendynamic electrocardiogram and MSCT myocardial perfusionimaging in the diagnosis of myocardial ischemia in coronaryheart disease J.Ann Palliat Med,2021,10（10）：1072010725.5Watanabe T,Hiooka K,Furukawa 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W、微波时间 4 min、料液比 1:10 g/mL、提取 2 次，平行 3 次实验，3 次实验所得结果平均值为 2.41%，与模拟预测值接近，说明该模型优选的最佳提取工艺真实可靠，具有可行性。3结论本试验以紫外分光光度法为检测手段，考察了桔梗总皂苷的微波提取工艺，以香草醛-冰醋酸法进行显色。根据单因素实验确定了乙醇浓度、微波功率、微波时间三个因素进行三因素三水平响应面优化，最后用 Design-Expert10.0.1 软件进行分析。最佳的提取工艺为乙醇浓度 67%、微波功率 400 W、微波时间 4 min、料液比 1:10、提取 2 次，在此情况下总皂苷提取率可达 2.41%。最佳工艺经验证稳定可靠。该试验不仅能够实现该药材在工业化生产中有效成分提取率的优化，还能够为当下其他以皂苷为主要活性物质的提取工艺优化提供参考，对桔梗总皂苷的进一步研究和广泛应用奠定了基础。参考文献1蒋征奎，李晓，王学方.桔梗茎叶总皂苷的提取工艺J.中国现代中药 2019，21（3）：347352+374.2刘群，李伟，郑毅男，等.桔梗中三萜皂苷类成分及药理活性研究进展J.吉林农业大学学报，2013，35（2）：221228.3陆海洋，彭华胜，桂双英，等.桔梗质量评价的沿革与变迁J.中国中药杂志，2017，42（9）：16371640.4蔡攀峰，李瑞丽，张聆，等.苗药 Jab jex liux（加九留）提取工艺及异嗪皮啶含量测定J.中国民族医药杂志，2020，26（5）：4345.5周煜恒，徐惠龙，曾静，等.畲药三叶青黄酮类成分的快速溶剂萃取工艺研究J.中国民族医药杂志 2021，27（7）：6368.6高雪梅，祁岳，张志.响应面法优化酸藤子叶总黄酮的超声提取工艺J.黑龙江畜牧兽医，2018，（17）：167170+240.（上接 17 页）41