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响应面法优化超声提取灯心草中去氢厄弗酚的工艺



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·中药及天然药物·
响应面法优化超声提取灯心草中去氢厄弗酚的工艺
付 茜,王勤辉,孙 璐,江美芳,黄建梅*(北京中医药大学中药学院,北京 100102)
摘要:目的 以甲醇为提取溶剂,用超声法从灯心草中提取去氢厄弗酚。方法 以单因素实验为基础,分别考察超声提取时间、
超声提取功率、甲醇体积分数对去氢厄弗酚提取率的影响,确定各因素的适宜水平。在此基础上,利用Box-behnken中心组合设
计法设计响应面分析甲醇体积分数、超声时间和超声功率3个因素对去氢厄弗酚提取率的影响,建立二次回归方程,分析最佳提
取工艺。结果 灯心草中去氢厄弗酚超声提取的最佳工艺为:甲醇体积分数为80.4%,超声时间为40min,超声功率为40%P
(P=400W),在此条件下,去氢厄弗酚提取量达到1.003 0mg·g-1。结论 Box-behnken设计结合响应面分析法操作简单,可
以更好地对灯心草中去氢厄弗酚的超声提取工艺进行优化。
关键词:灯心草;去氢厄弗酚;响应面分析;超声提取
doi:10.3969/j.issn.1004-2407.2015.04.001
中图分类号:R284   文献标志码:A   文章编号:1004-2407(2015)04-0331-04
Optimization of ultrasonic-assisted extraction method of dehydroeffusol fromJuncus ef-
fusus by response surface methodology
FU Qian,WANG Qinhui,SUN Lu,JIANG Meifang,HUANG Jianmei*(School of Medicine,Beijing University of Chinese Medicine,
Beijing 100102,China)
Abstract:Objective To investigate the ultrasonic-assisted extraction method of dehydroeffusol fromJuncus effusus.Methods The
effects of methanol concentration,extraction time,and extraction power were investigated.A 17-run response surface design in-
volving three factors at three levels was generated by the design-expert software and the experimental data obtained were subjected
to quadratic regression analysis,and to create a mathematical model describing the dehydroeffusol extraction.Results The optimal
ultrasonic-assisted extraction conditions were as folows:methanol volume fraction 80.4%and ultrasound power 40%P(P=400W)for
40min.Under these optimized conditions,the yield of dehydroeffusol was 1.003 0mg·g-1.Conclusion The Box-behnken design
and response surface analysis can optimize the ultrasonic-assisted extraction conditions of dehydroeffusol fromJuncus effusus easily.
Key words:Juncus effusus;dehydroeffusol;response surface methodology;ultrasonic assisted extraction
基金项目:国家自然科学基金资助项目(81173541)
作者简介:付茜,女,硕士研究生
*通信作者:黄建梅,女,教授,博士生导师
  灯心草(Juncus effusus L.)为灯心草科灯心草
属多年生草本植物,入药部位为干燥茎髓,临床主要
用于治疗因心火所致的心烦失眠、尿少涩痛、口舌生
疮[1-2]。我国灯心草资源十分丰富,国内外对其成分
研究也较为透彻,菲类、黄酮类、三萜类和甘油酯类为
其主要化学成分[3-9]。课题组前期研究发现:不同产
地灯心草中化学成分相似度很高,且菲类成分为其最
主要成分[10];同时利用成分敲除技术实验证实:菲类
成分是灯心草中的抗焦虑活性物质[11],其中去氢厄
弗酚含量最高,为清心除烦的物质基础之一[12-13]。而
目前对灯心草中菲类化合物的提取工艺尚未报道,有
必要对其提取工艺进行研究。本文先进行单因素实
验考察,后采用响应面中心组合方法设计3因素3水
平实验,优化灯心草中去氢厄弗酚的超声提取条件,
为灯心草中菲类成分的高效提取提供理论依据,也为
灯心草的临床前研究奠定基础。
1 仪器与试药
1.1 仪器 岛津LC-20A型高效液相色谱仪(SPD-
20A检测器,日本岛津公司);安捷伦 HC-C18色谱柱
(250mm×4.6mm,5μm);KQ3200DE型数控超声
提取器(昆山市超声仪器公司);BL-100多功能高速
小型粉碎机(浙江永康五金公司);CPA225D型Sar-
torius精密电子天平(德国赛多利斯公司)。
1.2 试药 去氢厄弗酚对照品(实验室自制,质量分
数为98.0% );液相用甲醇为色谱纯(Fisher公司),
水为娃哈哈纯净水;超声提取用甲醇为分析纯(北京
化工厂);灯心草髓部采购于江西抚州。
2 方法
2.1 去氢厄弗酚的测定方法
2.1.1 色谱条件 采用课题组前期段琼等[14]的色谱
条件:Agilent HC-C18色谱柱(250mm×4.6mm,5μm);
流动相为甲醇-水(65∶35);流速为1.0mL·min-1;柱
温23℃;检测波长为270nm;进样量为10μL。
2.1.2 对照品溶液的制备 精密称取去氢厄弗酚对
照品25.00mg,加适量甲醇使其溶解,转移至250mL
量瓶中,用甲醇定容得100mg·L-1的对照品溶液。
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2.1.3 样品溶液的制备 取干燥灯心草髓部,粉碎
后过60目筛。精确称取0.20g粉末,精密加入20
mL体积分数80%甲醇溶液,超声提取(超声功率为
60%P)30min,静置放冷至室温,用体积分数80%甲
醇溶液补足损失的质量,摇匀,用0.45μm滤膜过滤,
即得样品溶液。
2.1.4 线性关系考察 分别精密量取配制好的去氢
厄弗酚对照品溶液0.1,0.25,0.5,1.5,2.5和10.0
mL,置于10mL量瓶中,定容稀释至刻度,得1.0,
2.5,5.0,15.0,25.0和100.0μg·mL
-1的6份待测
溶液。按照上述色谱条件,分别进样测定,以去氢厄
弗酚对照品量为横坐标、峰面积为纵坐标进行回归,
得到标准曲线:Y=84 773X+18 483(r=0.999 9),表
明去氢厄弗酚的质量浓度在1.00~100.00μg·mL
-1
范围内,线性关系良好。
2.2 单因素实验优化去氢厄弗酚的提取条件 采用
2.1项下的方法,固定其他影响因素不变,以去氢厄弗
酚的提取率为指标,对甲醇体积分数、超声提取时间、
超声提取功率3个因素在一定范围内分别进行考察。
2.3 响应面法优化灯心草中去氢厄弗酚的提取工艺
 本实验利用Design-expert V8.0.6.1软件,以中心
组合设计原理来设计响应面实验。先以单因素实验
结果为依据,在一定范围内选取甲醇体积分数、超声
时间和超声功率3个因素作为实验因素进行考察,再
以去氢厄弗酚提取率为响应值,由程序设计响应面实
验,实验水平和因素见表1。
表1 响应面-中心组合因素水平表
Tab.1Factors and levels of Box-behnken
因素
水平
-1  0  1
A,甲醇体积分数/% 50  70  90
B,超声时间/min  10  25  40
C,超声功率/%P (P=400W) 40  60  80
3 结果
3.1 单因素实验
3.1.1 甲醇体积分数对去氢厄弗酚提取率的影响 
每次准确称取灯心草0.20g,分别选择甲醇体积分数
50%,60%,70%,80%和90%进行实验,发现灯心草
中去氢厄弗酚的提取量随着甲醇体积分数的增加而
相应增加,但当甲醇体积分数达到70%时,去氢厄弗
酚的量达到最大,且趋于稳定。当甲醇体积分数达到
90%时,去氢厄弗酚的量略微下降,可能是与去氢厄弗酚
的极性大小有关。故选定甲醇的体积分数为70%左右。
3.1.2 超声提取时间对去氢厄弗酚提取率的影响 
每次准确称取灯心草0.20g,分别选择超声时间10,
20,30,40和50min进行实验,结果随着超声提取时
间的增加,去氢厄弗酚的提取量会增加,当达到
30min时,其含量最高,之后,随着超声时间的增加,
去氢厄弗酚提取量会稍有减少。可能是由于超声时
间过长,造成了目标成分的破坏。故选定超声提取时
间在30min左右。
3.1.3 超声提取功率对去氢厄弗酚提取率的影响 
每次准确称取灯心草0.20g,分别选择超声提取功率
40%P,50%P,60%P,70%P和80%P(P=400W)
进行实验,结果去氢厄弗酚的量随着超声功率的增大
而稍有增加,到60%P时,提取量达到最大。之后,随
着超声功率的增加,去氢厄弗酚的提取量会减少,可能
是由于超声功率过大,造成了目标成分去氢厄弗酚的
破坏。故选择超声功率在60%P左右比较适合。
3.2 响应面法优化去氢厄弗酚的超声提取条件 响应
面-中心组合实验设计的实验具体方案和结果见表2。
表2 响应面-中心组合设计方案与结果
Tab.2Experimental designs and results of Box-behnken
实验
序号
甲醇体积
分数/%
超声时间
/min
超声功率/%
P(P=400W)
提取量
/mg·g-1
1  70  10  40  0.914 2
2  70  25  60  0.898 5
3  70  25  60  0.911 9
4  70  40  80  0.935 2
5  70  10  80  0.924 5
6  50  25  40  0.592 1
7  50  10  60  0.502 5
8  50  40  60  0.583 6
9  70  40  40  0.956 0
10  90  10  60  0.948 0
11  70  25  60  0.917 8
12  70  25  60  0.910 7
13  70  25  60  0.920 2
14  90  25  80  0.960 0
15  90  40  60  0.956 3
16  90  25  40  0.954 0
17  50  25  80  0.566 2
  运用响应面法分析上述所得的实验结果,可计算
得到以去氢厄弗酚提取量为响应值的回归方程:
Y=0.91+0.20A+0.018B-3.84×10-3 C-0.018
AB+7.86×10-3 AC-7.79×10-3 BC-0.12 A2+
1.50×10-4 B2+0.021C2
式中:Y 表示去氢厄弗酚提取量(mg·g-1),A
表示甲醇体积分数,B 表示超声时间,C 表示超声
功率。
回归统计得到分析结果,见表3。由表3可知,以
去氢厄弗酚的提取量为响应指标时,模型P<0.000 1,
模型相关系数r=0.997 4,表明该二次方程模型高度
显著,实验设计可靠。失拟项值为0.146 4,即方程模
型失拟不显著,说明一些未知因素对提取实验的影响
很小。同时,可以得知各个因素对去氢厄弗酚提取率
由大到小的影响依次为:甲醇体积分数、超声时间、超
声功率,其中对提取率影响最显著的是甲醇体积分
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数。方差分析的结果表明,方程的总模型、甲醇体积
分数(A)及二次项对去氢厄弗酚提取率的影响极其
显著;超声时间(B)及甲醇体积分数与超声时间的相
互作用(AB)对去氢厄弗酚提取率影响达到显著水
平,而交互项AC和BC对去氢厄弗酚提取率的影响
不显著。各因素间交互作用的响应面图见图1。
表3 响应面法对去氢厄弗酚提取量的方差分析结果
Tab.3Analysis results of mean square deviation for extracting dehydroeffusol
项目 平方和 自由度 均方差 F值 P值 显著性
模型 0.43  9  0.048  346.75 <0.000 1 高度显著
A  0.31  1  0.310  2 253.50 <0.000 1 高度显著
B  2.515E-003  1  2.515E-003  18.31  0.003 7 显著
C  1.180E-004  1  1.180E-004  0.86  0.384 8
AB  1.321E-003  1  1.321E-003  9.62  0.017 3 显著
AC  2.469E-004  1  2.469E-004  1.80  0.221 8
BC  2.425E-004  1  2.425E-004  1.77  0.225 6
A2  0.11  1  0.11  828.64 <0.000 1 高度显著
B2  9.456E-008  1  9.456E-008  6.887E-004  0.979 8
C2  1.773E-003  1  1.773E-003  12.91  0.008 8 显著
失拟项 6.773E-004  3  2.258E-004  3.18  0.146 4 不显著
 注:P<0.05为显著,P<0.01为高度显著
  
图1 两因素交互作用对去氢厄弗酚提取量影响的响应面图
A.甲醇体积分数与超声时间;B.甲醇体积分数与超声功率;
C.超声时间与超声功率
Fig.1Response surface for the effect of extraction rate
A.methanol concentration and ultrasonic time;B.methanol
concentration and ultrasonic power;C.ultrasonic time and ul-
trasonic power
  综合以上响应面数据分析,Design-expert程序
可以预测出对灯心草髓部去氢厄弗酚提取的最优化
工艺为:甲醇提取的体积分数为80.4%,超声40
min,超声功率为40%P(P=400W),在此最佳条件
下,去氢厄弗酚的提取量可达到1.006 2mg·g-1。
3.3 验证实验 根据响应面优化后的预测条件,即
在甲醇的体积分数为80.4%,超声40min,超声功率
为40%P(P=400W)条件下,得到平行实验3次的
结果,其平均值为1.003 0mg·g-1,而软件模型对
去氢 厄 弗 酚 提 取 量 的 预 测 最 佳 值 为 1.006 2
mg·g-1,两者误差仅为0.32%,两者十分吻合,说明
建立的模型可行。同时,去氢厄弗酚的提取率与单因
素实验结果比较,得率较高。
4 讨论
去氢厄弗酚是灯心草清心除烦的物质基础之一,
有必要对其进行快速、有效地提取,本实验研究了超
声提取灯心草中去氢厄弗酚的工艺,响应面法优化条
件结果表明,甲醇体积分数、超声时间对去氢厄弗酚
提取率有显著影响,同时可以发现,甲醇体积分数起
了决定性的作用,可以考虑固定甲醇的体积分数,使
其他影响因素可以在一定范围内变化,从而有效地提
取去氢厄弗酚,为灯心草的工业化大生产提供依据。
超声提取具有提取率高、适用性广、耗能少等特
点[15]。本文的研究结果也证实,Box-behnken响应
面法能快速有效地获得更加优化的提取条件,提供准
确的实验数据,方便简单。该法尤其适合于探索性的
实验研究,能更为准确地指明实验方向[16],可为中药
活性成分的产业化发展提供理论依据,有较好的应用
前景。
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(收稿日期:2015-03-10)
微量法在蚯蚓粗提物蛋白质量浓度和蚓激酶活性测定中的应用
范世光,顾鹏毅,赵蔓嘉,汪佳慧,张潇木,刘国栋,梁再赋,孙晋民*(中国医科大学实验技术中心一部暨国家中医药管
理局中药生物工程实验室Ⅲ级,沈阳 110001)
摘要:目的 探讨微孔板酶联比色测定法在蚯蚓粗提物蛋白质量浓度、蚓激酶活性测定中的应用。方法 蛋白质量浓度采用改
良Lowry法,蚓激酶活性采用TAME法,分别使用常量体积和微量体积,用紫外-可见分光光度计和酶标检测仪进行测量,用
SPSS软件进行直线拟合,做出标准曲线,比较测量结果。结果 标准曲线截距RSD<5%,用标准曲线检测BSA的结果显示,
2种质量浓度、2种方法的回收率分别为99.6%,94.6%,101.2%和96.5%,RSD分别为3.30%,5.05%,3.36%和2.59%,经
t检验3种检测结果差异无统计学意义,可以认为2种检测方法测得的数据一致。结论 可以采用微量法进行蚯蚓粗提物蛋白
质量浓度、蚓激酶活性的测定。
关键词:蛋白质量浓度;蚓激酶活性;微量法;常量法
doi:10.3969/j.issn.1004-2407.2015.04.002
中图分类号:R284   文献标志码:A   文章编号:1004-2407(2015)04-0334-04
Application of trace method in the determination of earthworm crude protein con-
centration and earthworm kinase activity
FAN Shiguang,GU Pengyi,ZHAO Manjia,WANG Jiahui,ZHANG Xiaomu,LIU Guodong,LIANG Zaifu,SUN Jinmin*
(The Center of Laboratory Technology and Experimental Medicine,China Medical University,State Administration of Traditional
Chinese Medicine Biological Engineering Research Laboratory Grade Ⅲ,Shenyang 110001,China)
Abstract:Objective To investigate and compare the application of microplate enzyme-linked colorimetric assay in protein concentra-
tion determination,and the kinase activity in earthworm crude extracts.Methods The protein concentration was determined by u-
sing the improved Lowry method,and the kinase activity was determined by using the TAME method.The constant volume and
micro volume were tested respectively,in UV-VIS spectrophotometer or enzyme measurement standard detector.SPSS software
433 西北药学杂志 2015年7月 第30卷 第4期