响应面优化蝙蝠葛根生物碱的提取工艺
(1. 河池学院化学与生物工程学院，广西宜州546300；2.广西民族大学化学化工学院，广西南宁530008)
摘要
为确定从蝙蝠葛根中提取生物碱的最佳工艺，以蝙蝠葛根为材料、乙醇溶液为提取剂，利用超声波辅助提取蝙蝠葛根生物碱。在超声功率175w的条件下，通过单因素试验考察乙醇浓度、超声温度、超声时间、料液比对超声提取蝙蝠葛生物碱提取量的影响。应用Box-Benhnken中心组合方法进行4因素3水平设计，以蝙蝠葛根生物碱提取量为响应值，采用响应面法优化蝙蝠葛根生物碱的提取工艺。结果表明超声波辅助提取蝙蝠葛根中生物碱的最佳工艺为料液比1:40、乙醇浓度70%、超声温度40 ℃、超声时间2 h，在此工艺条件下，蝙蝠葛根生物碱的提取量为9.067mg/g。说明该工艺条件切实可行，可用于控制和预测蝙蝠葛根中生物碱的提取。
引言 蝙蝠葛（Menispermum dauricum DC）为防己科蝙蝠葛属植物，在我国主要分布于北部地区，以及中国东部的东北部地区。蝙蝠葛被作为中药材的入药部位主要是蝙蝠葛的根，具有清热解毒，祛痘止痛的功效，可用于治疗喉咙痛，内热，腹泻，风湿和酸痛等[1]。随着人们对蝙蝠葛的开发利用及研究，发现蝙蝠葛的根内含有多种化学成分，其中生物碱是主要的药用成分[2]。蝙蝠葛生物碱具有丰富的药理作用，包括抑菌、抗心律失常、抗肿瘤及治疗心肌缺血等功效[3-6]。所以，提取蝙蝠葛生物碱是人们利用蝙蝠葛的重要环节之一。 目前国内主要采用回流法、渗漉法、酶浸提取法和酸水温浸法提取蝙蝠葛总生物碱[7-10]，不过以往使用的方法提取率较低、耗费能源及时间且操作复杂。超声波联合提取工艺具备节能、稳定及高效的优势，相较于以往使用的提取手段，具有较高的提取效率，较短的提取时间，收到了人们的广泛欢迎[11]。响应面法是一种综合试验设计和数学建模的优化方法，通过对具有代表性的局部各点进行试验，回归拟合全局范围内因素与结果间的函数关系，并且取得各因素最优水平值。同时，响应面法具有试验次数少、试验周期短、精密度高、求得回归方程精度高、预测性能好，能研究几种因素间交互作用等优点。此次实验通过联合超声波技术处理蝙蝠葛根，对超声时长、温度、乙醇浓度及料液比对超声提取蝙蝠葛根生物碱提取量的影响进行考察，通过响应面法将提取工艺进一步优化，为加快对蝙蝠葛生物碱的进一步研究和开发利用提供参考依据。 正文部分 1 实验部分 1.1 主要仪器与试剂 1.2 材料 1.3 单因素试验设计 1.3.1 乙醇浓度对蝙蝠葛根生物碱提取的影响 1.3.2 料液比对蝙蝠葛根生物碱提取量的影响 1.3.3 超声波温度对蝙蝠葛根生物碱提取量的影响 1.3.4 超声波时间对蝙蝠葛根生物碱提取的影响 1.4 响应面试验设计 依照单因素试验所得的结果，通过Design-Expert8.0软件，根据 Box-Benhnken 的中心组合试验的相关工艺原理，设定超声波功率为175 W，以乙醇的体积占比(A)、料液比(B)、超声时长(C)及温度(D)这四种因素设计响应面，具体因素水平及过程设计见下表1所示。 1.6 生物碱含量的测定 2 结果与讨论 2.1 单因素试验结果与分析 2.1.1 乙醇浓度对蝙蝠葛根生物碱提取量的影响 由图2可知，乙醇的体积百分比在30%～60%之间时，在乙醇浓度上升的情况下，蝙蝠葛生物碱的含量升高；在乙醇体积比为60%时，其提取量达到最大值，即7.89 mg/g；当乙醇浓度超过60%后，生物碱提取量呈下降趋势。出于节约药品试剂的实际考量，故认为提取剂乙醇溶液的浓度选用50％、60％和70％为考察水平比较合适。 2.1.2 料液比对蝙蝠葛根生物碱提取量的影响 由图3可知，在料料液比为1:20～1:40水平中，随着料液比的增加，蝙蝠葛根生物碱提取量呈上升趋势，即从3.87mg/g上升到8.41mg/g；而在料液比由1:40到1:45时，蝙蝠葛生物碱提取量呈现下降趋势，即从8.41mg/g下降到8.176mg/g，说明当料液比是1:40时为最佳。因此，综合考虑，选择料液比为1:35、1:40和1:45为考察水平比较合适。 2.1.3 超声波温度对蝙蝠葛根生物碱提取量的影响 由图4可知，在超声波工作温度范围在30℃～60℃之间时，蝙蝠葛根生物碱提取量呈现出上升的趋势，即从 4.58～7.13mg/g，其中由40℃到50℃时，蝙蝠葛根生物碱提取量增加非常明显，即从4.59～7.05 mg/g。 2.1.4 超声波时间对蝙蝠葛根生物碱提取量的影响 2.2 响应面法试验结果与分析 2.2.1 模型建立及显著性检 2.2.2 双因素交互作用的响应面分析 2.2.3 提取工艺优化及验证 3 结论 结论 本研究通过响应面分析的手段，对超声联合对蝙蝠葛根生物碱的提取工艺进行优化，在超声波功率为175 W的条件下，优化得到最佳提取工艺为：料液比为1:40，乙醇浓度为70%，提取温度为40 ℃，提取时间为2 h。此提取工艺条件下，蝙蝠葛根生物碱的提取量为9.067 mg/g，与预测值差仅为0.042，证实了模型的有效性，表明优化超声辅助提取蝙蝠葛中生物碱的提取工艺具有很好的参考价值和实用价值。1.5 标准曲线的制作
引用本文：岑忠用，苏江，高丽霞，等. 响应面优化蝙蝠葛根生物碱的提取工艺[J].化学试剂, 2021, 43(7):986-991.
