壮药一匹绸中咖啡酸最优提取工艺的研究

李丹妮¹，朱家豪¹，黄定泉¹，蓝石松¹
 
( 1.广西民族大学化学化工学院，广西 南宁 530006；2.广西中医药大学药学院，
广西 南宁 530200）
摘要 目的：一匹绸中咖啡酸提取工艺优化。方法:通过微波-超声波提取，从反应时间、乙醇体积分数和微波-超声波功率等3个方面考察对咖啡酸提取效果影响，以提取率为参考指标。结果:一匹绸中咖啡酸最佳提取工艺条件是反应时间16.60 min、乙醇体积分数为83.07%以及微波-超声波功率250.00W，平均提取率为341.61 mg/g。结论:采用Design-Expert.V 8.0.6软件设计一匹绸咖啡酸的提取工艺，提高产率。
关键词：一匹绸；Design-Expert；咖啡酸
Optimization of  Determination Method of  Caffeic  Acid  Extraction in Zhuang Medicine Argyreia Aceta Lour
LI Dan-ni¹,  MO Jun-ming¹, TAN Xue-cai¹, HUANG Ding-quan¹, LAN Shi-song¹
(1.College of Chemistry and Chemical Engineering, Guangxi University for Nationalities，Guangxi Key Laboratory for Polysaccharide Materials and Modifications，Guangxi Nanning 530006，China ; 2. College of Pharmacy, Guangxi University for Chinese medicine，Guangxi Nanning 530200，China)
Abstract  objective:  To optimized the extraction method of Caffeic acid in Argyreia Aceta Lour . Methods:  The Argyreia Aceta Lour can be extracted through microwave-ultrasonic extraction, the reaction time, ethanol volume fraction and microwave- ultrasonic power from three aspects, such as impact on the effect of caffeic acid extraction, extraction rate as reference indicators, It is an optimal method . Results: The optimum extraction conditions in the caffeic acid of  Argyreia Aceta Lour were as follow：ultrasonic time was 16.60 min, ethanol volume fraction is 83.07% and microwave - ultrasonic power 250.00 W, the average extraction rate was 341.61 mg/g.Conclusion: The Design-Expert.V 8.0.6 can optimize the extraction process of the Caffeic acid, improve the extraction efficiency.
 
Keywords：Argyreia Aceta Lour ; Design-Expert；Caffeic acid
 
 
 
壮药一匹绸别名是：白面水鸡、白背丝绸、白牡丹等，属于旋花科植物类Argyreia aceta Lour的茎叶，具有消炎解毒、祛风祛湿、缓解咳嗽、止血散癖以及镇痛等疗效；用于治疗常见的病症，如风湿疼痛、慢性气管炎等，也可以治疗一些硬病，如肾炎水肿和肝硬化腹水等。一匹绸通常生长在崇左市、贵港市、防城港、以及武鸣县等广西各个区域，是我区中医常用的解毒药之一，内治咳嗽、肾炎水肿以及筋脉不舒等症状； 外用于治疗梅毒。其所含的有效成分咖啡酸，与临床治疗密切相关。微波.紫外.超声波三位一体合成萃取反应仪提取一匹稠中的咖啡酸，充分利用超声波具备的热效应、空化效应以及机械效应，经过增加介质分子的运动速率和增大其透射力来提炼中药的有用因素^[1-2]。微波提取是其高频的电磁波透射物质的介质，从而达到物质中的维管束以及腺胞体系的过程^[3-4]。通常，热提取是以热传导以及热辐射这种形式从外面向里面行进，然而微波提取是以偶极子的转动与离子间的传导这两个过程从里面和外面同步加热^[5-6]。同其他常用提取的手段相比，运用微波来提取的手段具备用时短、低温操作、能耗小且质量高等优异特征^[7]。本实验选取微波-超声波提取一匹绸中的咖啡酸，通过实验验证咖啡酸与报道的文献提取率^[8]相比有很大提高。
１　材料
1.1　仪器
U Wave-1000型微波紫外超声波三位一体合成萃取反应仪（上海新仪微波化学科技有限公司）；Agilent Cary60分光光度计（Agilent Technologies）、ＤＨＧ⁃９２40Ａ 电热鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）；粉碎机（浙江大鹏机械有限公司）、LD5-2A型低速离心机（上海珂淮仪器有限公司）
1.2　试剂　咖啡酸（上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；无水乙醇、甲醇等均为分析纯，纯水为实验室自制。
1.3　药材　壮药一匹绸产地：广西崇左，经广西中医药大学药学院中药鉴定教研室鉴定，以下所有一匹绸药材样品，均为旋花科植物白鹤藤的地上部分。
 
2. 方法与结果
2.1咖啡酸标准曲线的制备
分别称量咖啡酸标准品用甲醇将其定容到25mL的容量瓶中，稀释浓度分别为1mg/mL、2 mg/mL、3 mg/mL、4 mg/mL、5mg/mL的标准溶液。最后以X轴和Y轴分别表示质量浓度(mg/mL)和吸光度(Abs)，得到回归方程是 y= 0.949x- 0.0079 , R² = 0.9995。
 
图1  咖啡酸标准溶液浓度曲线图
2.2 单一因素的实验
2.2.1  反应时间
称量一匹绸五份，每份2.0g，微波-超声波功率300W、料液比为1:90、乙醇体积分数95%， 30℃，分别提取10min、15min、20min、25min和30min ，得出咖啡酸最佳提取工艺的反应时间是20min。
 
图 2  反应时间对咖啡酸提取率的影响
2.2.2 乙醇体积分数
称量一匹绸，每份2.0g，30℃，微波-超声波功率300W、、反应时间20min、料液比为1:90。依次用45%、55%、65%、75%、85%、95%的乙醇溶液提取一匹绸咖啡酸，最佳提取工艺的乙醇体积分数是85%。
 
图 3  乙醇体积分数对咖啡酸提取率的影响
2.2.3  料液比
称量一匹绸，每份2.0g，30℃，微波-超声波功率300W、85%乙醇、反应时间20min，将一匹绸药分别以料液比为1:20、1:30、1:40:、1:50、1：60、1:70、1:80、1:90来提取，本实验设定最大的微波-超声波功率300W、最佳的乙醇体积分数为85%和最优的反应时间20min，将8份一匹绸药品分别以料液比分别为1:20、1:30、1:40:、1:50、1：60、1:70、1:80、1:90来提取，最佳提取的料液比是 1:70。
 
图4   料液比对咖啡酸提取率的影响
2.2.4  微波-超声波功率
称量一匹绸，每份2.0g，30℃，、85%乙醇、反应时间20min、料液比1:70，分别用微波-超声波功率100、150、200、250、300w，得出最佳提取微波-超声波功率是200W。
 
图 5   微波-超声波功率对咖啡酸提取率的影响
2.2.5  提取次数
称量一匹绸，每份2.0g，30℃，、85%乙醇、反应时间20min、料液比1:70，微波-超声波功率200w，分别提取1次、2次、3次，，故最佳提取次数为2次。
 
图 6   提取次数对咖啡酸提取率的影响
2.3 正交实验
 采用“Design-Expert 8.0.6b 软件优化”一匹绸中咖啡酸的提取工艺。每一个考察对象设置3 组水平，分别以代码 “-1、0和 +1” 来表示。
表1 正交实验因素与水平

 
3. 结果与分析
3.1 一匹绸咖啡酸不同提取方法的二次回归正交旋转组合设计
根据以上实验，可得最佳提取工艺：反应时间20min、乙醇体积分数85%、料液比1:70 和微波-超声波功率200W。根据实验结果，以反应时间、微波-超声波功率与乙醇体积分数作为最主要的参考对象。在这三个最佳的参考对象前后各设计一组数据实验，通过 Design-Expert V8.0.6 软件进行二次回归正交旋转组合设计，选取 17种方法组合提取。
表 2     咖啡酸不同方法提取所得含量

 
表 3   方差分析结果
Source       Sum of        df       Mean     F      p-value  
Squares               Square    Value    Prob>F      
            Model         871.38        9      96.82      5.57    0.0169   significant
A-A           66.36        1      66.36      3.82    0.0916
             B-B           76.74        1      76.74      4.42    0.0737
             C-C           51.74        1      51.74      2.98    0.1280
              AB           0.38         1      0.38      0.022    0.8864
              AC           14.23        1      14.23      0.82    0.3955
              BC            5.81        1       5.81      0.33    0.5812
              A²            89.25        1      89.25      5.14    0.0578
              B²             2.23        1      2.23       0.13    0.7306
              C²            531.20       1     531.20     30.58    0.0009
            Residual         121.61       7     17.37
            Lack of  Fit      121.61       3     40.54
             Pure Error       0.000        4     0.000
             Cor  Total       993.00      16
          The   Model  F-value of 5.57 implies the model  is significant . There is only a 1.69%  chance that a “Model F-Value” this  large  could  occur  due  do  noise.
Values of "Prob > F" less than 0.0500 indicate model terms are significant.  In this case C² are significant model terms.  Values greater than 0.1000 indicate the model terms are not significant
3.2  不同提取方法对咖啡酸含量互作效应分析
图 7、图 8 和图9所示，不同的微波-超声波功率、反应时间和乙醇体积分数对咖啡酸提取率的交互效应。1. 在微波-超声波功率恒定时，随着反应时间的递增，咖啡酸的提取率略有些增加，但变化的幅度不明显；以乙醇的体积分数递增，咖啡酸的提取率出现先升后降的趋向。2. 在反应时间恒定时，随着微波-超声波功率的递增，咖啡酸的提取率出现先升后降的趋向，并且在15 min 左右有峰值出现；以乙醇体积分数的增加，咖啡酸的提取率先上升后下降，且变化趋势明显。3. 在乙醇体积分数恒定的条件下，随着反应时间的递增，咖啡酸的提取率出现“先升后降”的趋向，但变化的幅度不明显。以微波-超声波功率的递增，咖啡酸的提取率变化不大。
 
图 7 微波-超声波功率和反应时间对咖啡酸提取率的响应曲面
 
图 8  乙醇体积分数和反应时间对咖啡酸提取率的响应曲面
 
图9乙醇体积分数和微波-超声波功率对咖啡酸提取率的响应曲面
3.3 软件模拟的最优方案
由表4可知，由Design-Expert.V 8.0.6软件设计分析得到的最优方案，即本实验理论最佳的反应时间（A）为16.60 min、最优的微波-超声波功率（B）为250.00 W、最优的乙醇体积分数为83.07 %，咖啡酸的提取率Y=339.71 mg/g 。
表 4  软件分析结果
 
序号      A          B            C           咖啡酸含量(mg/g)    
1       16.60        250.00        83.07          339.71
2       16.65        250.00        83.06          339.709
3       16.54        250.00        83.02          339.709
4       16.56        250.00        83.21          339.708
5       16.79        250.00        82.90          339.701
6       16.40        250.00        82.96          339.701
7       16.40        250.00        83.37           339.695
8       16.70        250.00        82.57           339.682
9       16.02        250.00        82.02           339.506
 
3.5 验证实验
由软件分析得出的最佳工艺数据，验证是否稳定且高效。以最佳反应温度30°C、最佳反应时间16.60 min、最佳乙醇体积分数为83.07 %、最佳料液比1:70以及微波-超声波功率250.00W分别提取，检测吸光度，平均测定3次，由咖啡酸标准曲线方程：y= 0.949x- 0.0079 , R² = 0.9995。最终得到咖啡酸平均提取率为341.61mg/g，相当接近于预测值339.71mg/g，说明软件模拟出的方案可运用于实际中。
 
图10五个样品在最优提取条件下对咖啡酸的提取率
4 讨 论
本着“绿色环保、高效节能”的理念，采用热效应、空化效应以及机械力效应结合微波以偶极子转动与离子间的传导原理，通过微波-超声波对一匹绸中咖啡酸进行提取。采用Design-Expert V8.0.6 软件设计分析得出最优提取工艺：反应时间16.60 min、乙醇体积分数为83.07%以及微波-超声波功率250.00W，并对其加以验证。检验结果：一匹绸中咖啡酸平均的提取率是341.61 mg/g，接近于理论值339.71 mg/g，表明了试验方法是可行的，具有节能、省时和高效的特点，这为一匹绸进一步新药研发提供科学依据。
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