超聲提取款冬花多糖的響應(yīng)面法工藝優(yōu)化_圖文

1、第 26卷第 6期 2009年 6月 精 細(xì) 化 工FINE C H E M ICAL SVo. l 26, No. 6 J une 2009中藥現(xiàn)代化技術(shù)超聲提取款冬花多糖的響應(yīng)面法工藝優(yōu)化 *趙 鵬 1, 李穩(wěn)宏 1*, 朱驟海 1, 李 冬 1, 高 蓉 1, 鄭愛(ài)玲 2(1. 西北大學(xué) 化工學(xué)院 , 陜西 西安 710069; 2. 陜西省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所 , 陜西 西安 710054摘要 :用響應(yīng)面法考察了超聲法提取款冬花多糖的最佳工藝。以多糖提取 率為評(píng)價(jià)指標(biāo) , 考察了 提取溫度、 超聲 時(shí)間、 m (水 /m (款冬花 比值、 提取次數(shù)對(duì)多糖 提取率的影響。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn) 和

2、響應(yīng)面法 確定的最佳 工藝條 件為 :超聲 時(shí)間 36m in , 提 取溫度 68e , m (水 /m (款冬 花 =27, 提取 次數(shù) 3次 , 在該 條件 下 , 多糖 提取 率為 1197%。超聲法與傳統(tǒng)工藝比較 , 提取時(shí)間縮短了 71%。關(guān)鍵詞 :款冬花 ; 超聲提取 ; 多糖 ; 工藝條件 ; 響應(yīng)面分析 ; 中藥現(xiàn)代化技術(shù)中圖分類號(hào) :T S272文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 文章編號(hào) :1003-5214(2009 06-0546-04Opti m izati on for U ltrasonicW ave Extraction of Pol ysacchari de fro m Tu

3、ssil ago F arfara by R esponse Surface M ethodZHAO Peng 1, LIW en -hong 1*, ZHU Zhou -ha i 1, LI Dong 1, GAO Rong 1, ZHENG A -i li n g 2(1. Co llege of Che m istry Engineer i ng, N or t hwest Un i ver sit y, X i c an 710069, Shaanx i , China ; 2. Shaanx i P roducts Qualit y Sup ervision and Insp ect

4、ion Insitute , X i c an 710054, Shaanx i , ChinaAbstract :Po l y sacchari d e w as separated fr o m Tussilago farfara w ith ultrasonic w ave . The sing le -factor ex traction tests and response surface analysis w ere app lied to deter m i n e the opti m um techno l o g ica l cond ition . The opti m

5、u m ex traction cond itions w ere as fo llo w s :36m in , 68e , m ass rati o o f w ater and Tu ssilago farfara w as 27, 3ti m es . The extract rate of po lysacchari d e is 1197%based on the above m entioned conditions . Co m paring w ith the trad itional m ethods , the ex traction ti m e of ultrason

6、ic w ave m et h od w as reduced to 71%.Key w ords :Tussilago far fara ; u ltrason ic wave ex traction ; po lysaccharide ; pr ocess ; response surface analysis ; m odernization techno logy o f trad itional Chinese m edic i n es中藥款冬花為菊科植物款冬 (Tussilago farfara 的干燥花蕾 , 始載于 5神農(nóng)本草經(jīng) 6, 為常用中藥材 之一 , 具有潤(rùn)肺止咳、

7、化痰平喘之功效 , 主產(chǎn)于我國(guó) 山西、 陜西和甘肅等地 1?，F(xiàn)代社會(huì)白血病的發(fā)病 率日趨升高 , 骨髓移植、 放化療是其主要治療手段。 骨髓移植價(jià)格昂貴 , 普通患者難以接受 , 臨床大多數(shù) 患者在接受放療和化療手術(shù)后 , 藥物輔助治療對(duì)改 善患者生活質(zhì)量和提高生存率具有重要意義。現(xiàn)代 藥理研究表明 , 款冬花粗多糖對(duì)體外培養(yǎng)人白血病 K562細(xì)胞有顯著的凋亡誘導(dǎo)作用 , 因而有可能開(kāi)發(fā) 出一種抗 白血病的新藥 2。但目前國(guó)內(nèi)外 對(duì)款冬 花多糖的提取純化工藝研究尚鮮見(jiàn)報(bào)道。傳統(tǒng)的多糖提取方法多為熱水浸提法 , 考慮到 超聲法具有提取時(shí)間短、 效率高 的特點(diǎn) 3, 并結(jié)合 合作者所在單位陜西新藥

8、技術(shù)開(kāi)發(fā)中心具有款冬花 種植基地這一優(yōu)勢(shì) , 本文采用響應(yīng)面法對(duì)款冬花多 糖的超聲提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化 , 為其進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利 用提供了參考。*收稿日期 :2008-12-12; 定用日期 :2009-03-02作者簡(jiǎn)介 :趙 鵬 (1977-, 男 , 山西臨猗人 , 講師 , 博士研究生 , 師從李穩(wěn)宏教授 , 研究方向?yàn)樘烊凰幱没钚猿煞址蛛x純化。1 實(shí)驗(yàn)部分111 儀器和試劑款冬花由陜西新藥技術(shù)開(kāi)發(fā)中心提供 ; 乙醇、 乙 醚、 丙酮、 葡萄糖、 苯酚、 濃硫酸等試劑均為 AR 。SN -2000直插式超聲波發(fā)生器 , 廣州辛諾科超 聲設(shè)備 公司 ; UV -265型 紫 外分 光 光 度計(jì)

9、 , 日本 Shi m adzu 公司。 112 原理款冬花多糖的提取過(guò)程就是使目標(biāo)成分從細(xì)胞 內(nèi)釋放、 擴(kuò)散到溶劑中的過(guò)程。由傳質(zhì)理論可知 , 傳 質(zhì)阻力主要集中在邊 界層 , 在超聲波形成的 /空化 效應(yīng) 0作用下 , 使邊界層變薄 , 甚至產(chǎn)生空洞 , 強(qiáng)化 了款冬花多 糖分 子向固 液界面 的擴(kuò)散。 /空化效 應(yīng) 0使款冬花顆粒在振蕩、 高速碰撞和剝離下 , 變成 更微小質(zhì)團(tuán) , 提高了多糖 溶出速率 , 縮短了提取時(shí) 間 , 提高了提取效率 46。113 方法將款冬花花蕾 80e 干燥 , 粉碎 , 過(guò)篩 , 用體積分 數(shù) 95%的乙醇脫脂 , 加入一定量水超聲浸提脫脂后 的藥材粉末

10、 , 提取數(shù)次 , 合并濾液并濃縮后 , 除蛋白 , 醇沉 , 抽濾 , 濾餅依次用無(wú)水乙醇、 丙酮、 乙醚淋洗 后 , 真空干燥 , 即得款冬花粗多糖。 114 款冬花多糖含量和提取率的測(cè)定采用苯酚 -硫酸法7測(cè)定并計(jì) 算款冬花粗多糖的質(zhì)量 , 按下式計(jì)算款冬花粗多糖的提取率 :多糖提取率 /%=款冬花多糖質(zhì)量干款冬花質(zhì)量1002 結(jié)果與討論211 單因素實(shí)驗(yàn)以款冬花多糖提取率為衡量指標(biāo) , 對(duì)以下影響 因素進(jìn)行了考察。 21111 超聲時(shí)間固定 m (水 /m (款冬花 =20, 提取 3次 , 提取 溫度 60e , 考察不同超聲時(shí)間對(duì)多 糖提取率的影 響 , 結(jié)果見(jiàn)圖 1?？梢钥闯?,

11、 35m i n 左右提取率達(dá)到 最高 , 因此 , 選擇超聲時(shí)間為 35m i n 左右。 21112 水 、 款冬花質(zhì)量比固定超聲時(shí)間為 35m i n , 提取 3次 , 提取溫度 60e , 考察不同 m (水 /m (款冬花 對(duì)多糖提取率 的影響 , 結(jié)果見(jiàn)圖 2?？梢钥闯?, 當(dāng) m (水 /m (款冬 花 =25時(shí) , 多糖提取率最高 , 確定 m (水 /m (款冬 花 =25為最佳比例。 21113 提取溫度 固定 m (水 /m (款冬花 =25, 超聲時(shí)間為 35m i n , 提取 3次 , 考察不同提取溫度對(duì)多糖提取率的 影響 , 結(jié)果見(jiàn)圖 3。結(jié)果表明 , 提取溫度

12、 6070e 時(shí) , 提取率最高。 21114 提取次數(shù)固定 m (水 /m (款冬花 =25, 超聲時(shí)間為 35m i n , 提取溫度 65e , 考察不同的提取次數(shù)對(duì)多糖提取率的影響 , 結(jié)果見(jiàn)圖 4。#547#第 6期 趙 鵬 , 等 :超聲提取款冬花多糖的響應(yīng)面法工藝優(yōu)化 圖 4 提取次數(shù)對(duì)款冬花多糖提取率的影響 F i g . 4 E ff ec ts o f ex tracti on ti m e on ex tracti on rati o圖 4表明 , 提取 3次即可基本提取完全 , 故提取 次數(shù)定為 3次。212 響應(yīng)面分析21211 Box -B ehnken 設(shè)計(jì)方案根

13、據(jù) Box -Behnken 的中心組合實(shí) 驗(yàn)設(shè)計(jì)原理 , 在單因素考察基礎(chǔ)上 , 選取對(duì)多糖提取率影響較大 的因素 :超聲時(shí)間、 提取溫度、 m (水 /m (款冬花 做 如下優(yōu)化實(shí)驗(yàn) , 實(shí)驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表 1, 響應(yīng)面 分析方案見(jiàn)表 2。表 1 實(shí)驗(yàn)因素水平表T able 1 F actors and levels o f the designed exper i m ent因素水平-101X 1 提取時(shí)間 /m i n 303540X 2 m (水 /m (款冬花 202530X 3 提取溫度 /e606570表 2 Box -Behnken 設(shè)計(jì) 方案及響應(yīng)值 T able 2

14、Box -Behnken desi gn and data o f the response實(shí)驗(yàn)號(hào)X 1X 2X 3提取率 /%2101212. 2 方差分析和回歸方程回歸方程各項(xiàng)的方差分析見(jiàn)表 3。表 3 方差分析表 T able 3 A nalysis o f variance方差來(lái)源 平方和 自由度X 1X 261400E -003161400E-0032146011604X 1X3171255E-0032010007*殘差 01018721596E-003失擬誤差 01014341525E-0033193011094純誤差 41600E -003411150E-003總和 018116

15、注 :*Pr F 值小于 010001為高度顯著 ; *Pr F 值小于 0105為顯著?？梢钥闯?, 用上述回歸方程描述各因素與響應(yīng)值之間的關(guān)系時(shí) , 因變量和全體自變量之間的線性 關(guān)系顯著 (r =0180/0181=019876, 模型的顯著水 平遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 0105, 此時(shí) Quadratic 回歸方差模型是高 度顯著的。從回歸方程各項(xiàng)的方差分析結(jié)果還可以 看出 , 方程的失擬項(xiàng)較小 , 表明該方程對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬 合良好 , 實(shí)驗(yàn)誤差小 , 因此 , 可用該回歸方程代替實(shí) 驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。從表 3還可 以看出 , 對(duì)提取率影響的大小順序依次為提取溫度、 m (水 /m (

16、款冬花 和時(shí)間 , 其中提取溫度對(duì)款冬花 多糖提取率的影響最為顯著。由 Box -Behnken 實(shí)驗(yàn)擬合出的回歸方程為 :Y =1197+01068X 1+0112X 2+0115X 3-0104X 1X 2-01055X 1X 3+01042X 2X 3-01099X 12-0126X 22-0114X 3221213 等高線圖和響應(yīng)面圖分析 RS M 方法的圖形是特定 的響應(yīng)面 Y 對(duì)應(yīng)的因 素 X 1、 X 2、 X 3構(gòu)成的一個(gè)三維空間在二維平面上的 等高圖 , 可以直觀地反映各因素對(duì)響應(yīng)值的影響 , 從 實(shí)驗(yàn)所得的響應(yīng)面分析圖上可以找到它們?cè)诜磻?yīng)過(guò) 程中的相互作用?；貧w優(yōu)化響應(yīng)面曲

17、面圖分別見(jiàn)圖 57。#548#精 細(xì) 化 工 F I N E C H E M I CALS第 26卷比較以上三圖可知 , 提取溫度對(duì)多糖提取率的 影響最為顯著 , 表現(xiàn)為曲線較陡 ; 而 m (水 /m (款冬 花 和提取時(shí)間次之 , 表現(xiàn)為曲線較為平滑 , 且隨其 數(shù)值的增加或減少 , 響應(yīng)值變化較小?；貧w模型預(yù) 測(cè)的款冬花多糖提取的最佳工藝條件為 :提取時(shí)間 i n , 1e /m ( = 26130, 在 此 條 件 下 , 多 糖 提 取 率 理 論 上 可 達(dá) 21032%。21214驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為檢驗(yàn) RS M 法的可靠性 , 采用上述最優(yōu)提取條 件進(jìn)行款冬花多糖的提取實(shí)驗(yàn) , 考慮到

18、實(shí)際操作的 便利 , 將最 佳工 藝 條件 修正 為 :超 聲 提取 時(shí) 間 36 m i n , 溫度 68e , m (水 /m (款冬花 =27, 提取次數(shù) 為 3次 ; 在此條件下進(jìn)行 3次平行實(shí)驗(yàn)。為對(duì)比超 聲提取和傳統(tǒng)水提法的優(yōu)劣 , 采用同一種原料通過(guò) 傳統(tǒng)水提法亦進(jìn)行了 3次平行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果見(jiàn)表 4。表 4實(shí)驗(yàn)結(jié)果T ab l e 4R esults of t he exper i m ent由表 4可知 , 以擬合條件重復(fù)實(shí)驗(yàn) 3次 , 款冬花 提取率平均值為 11970%, 與預(yù)測(cè)值基本相符 , 重復(fù) 性也很好 , 說(shuō)明優(yōu)化結(jié)果可靠 ; 從表 4還可看出超聲 提取法與傳統(tǒng)水提法相比 , 提取時(shí)間縮 短了 71%, 款冬花多糖的提取率也有了一定程度的提高。3結(jié)論使用超聲提取法從款冬花中提取分離出了多糖 類化合物 ; 通過(guò)響應(yīng)面分析得到了超聲提取的優(yōu)化 條件 :提取時(shí)間 36m in , 溫度 68e , m (水 /m (款冬 花 =27, 提取 次數(shù) 3次 , 款 冬花多糖 提取率 可達(dá) 11970%, 此工藝與