响应面法优化超声波辅助提取银杏叶黄酮类化合物
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第29卷第5期 2013年l0月 湖北理工学院学报 JOURNAL OF HUBEI POLYTECHNIC UNIVERSITY V0】.29 No.5 0ct. 2013
doi:10.3969/j.issn.2095-4565.2013.05.012
响应面法优化超声波辅助提取银杏叶黄酮类化合物
吴 伟,宋志鹏,张 云,喻 昕
(湖北理工学院医学院,湖北黄石435003)
摘要:利用响应面分析法优化超声波辅助提取银杏叶黄酮类化合物的工艺,以液料比、提取温度、 超声时间、乙醇浓度为响应因子,以黄酮类化合物的含量为响应值,利用Box—Behnken中心组合设计 原理和响应面分析法,研究各自变量交互作用对得率的影响,模拟得到二次多项式回归方程的预测模 型,确定最佳提取条件为:液料比17.21:1;乙醇浓度:63.13%;超声时间:35.05 min;提取温度: 36.22 cI=。在此条件下,黄酮提取率为6.64%,与预测的6.86%相比,误差为2.2%,说明通过响应面 优化后的实验结果有一定的实验指导意义。 关键词:银杏叶;黄酮类化合物;超声波;响应面;优化 中图分类号:Q946.91 文献标识码:A 文章编号:2095—4565(2013)05—0043—05
Extraction Technology of Flavonoids Compound of Ginkgo Leaves
by Optimizing Ultrasound through Response Surface Analysis
Wu Wei,Song Zhipeng,Zhang Yun,Yu Xin
(School of Medicine,Hubei Polytechnic University,Huangshi Hubei 435003)
Abstract:Response Surface Method(RSM)was applied to optimize uhrasound to extract flavonoids con— pound of Ginkgo leaves,taking flavonoids extraction rate aS the evaluation index,temperature,time and etha・ nol concentration were chosen as the factors.Using central composite design principles of Box—Behnken and response surface method,the interaction effect of variables on yield was studied,the prediction model of two polynomial regression equation was obtained through simulation,and the optimum extraction conditions were determined that liquid—solid ratio was 17.21:1,ethanol concentration 63.13%,extraction temperature was 36.22 oC,and ultrasonic time 35.05 mins.Under these conditions,the average flavonoids extraction rate was 6.64%,and the relative error was 2.2%compared to the predicted value 6.86%,which showed that the ex- perimental results were of guiding significance. Key words:Ginkgo biloba;flavonoid compounds;ultrasound;response surface analysis;optimization
黄酮类化合物是一类存在于自然界的化合 物,主要是由C6一C3一C6组成。依据C3部分
的形成方式(氧化、成环、取代)的差异,可将黄 酮分为黄酮醇、查尔酮、橙酮、黄酮类、异黄酮、 花青素以及各类二氢衍生物。对于人类来说黄 酮类化合物不仅赋予了植物美好的颜色和口 感,而且这些化合物本身对人类健康具有多种 保健和医药功能,它可以清除自由基,抗氧化, 消炎,抗病毒,抗癌,发挥植物雌激素活性,保护 心血管系统和肝脏,抑制酒精嗜好症,防止骨质 疏松等¨I4 。随着分离纯化技术的发展,发现
的黄酮类化合物种类越来越多。 银杏,又称白果、公孙树等,是我国特有的 老树种之一,是银杏科银杏属唯一的生存物
收稿日期:2013—07—01 基金项目:湖北理工学院大学生科技创新项目(项目编号:12cx41)。 作者简介:吴伟(1979一),男,湖北成宁人,讲师,博士,研究方向:生物技术制药。
湖北理工学院学报 2013焦
种,所以银杏被称为植物界的“活化石”L5】。
我国是银杏树资源最多的国家,其拥有量占世 界总量的70%以上,位居世界第1位。近年
来,国内外学者致力于从银杏叶中分离出高纯 度黄酮的研究。特别是德国、日本、美国和法
国等国家的科学家对银杏叶中的化学成分及 其分离方法、药理实验和临床应用进行了大量
的研究,得到的药理数据证明银杏黄酮糖苷和 萜内酯在临床治疗中起着重要的作用。而我
国对银杏资源的开发利用起步较晚,利用率同 国外的文献报道相比相对较低。 响应面优化法,即响应曲面法(Response
Surface Methodology,RSM),是一种实验条件寻 优的方法,适宜于解决非线性数据处理的相关 问题。它囊括了实验设计、建模、检验模型的
合适性、寻求最佳组合条件等众多实验和统计
技术。通过对过程的回归拟合和响应曲面、等 高线的绘制,可方便地求出相应于各因素水平 的响应值,在此基础上,可以找出预测的响应 最优值以及相应的实验条件 J。本研究旨 在利用响应面分析法探讨超声波辅助提取银
杏叶黄酮类化合物的最佳工艺,为进一步开发 银杏叶黄酮提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 设备、试剂与材料
银杏叶:山东育林银杏公司提供;芦丁标 准品:上海一基生物试剂有限公司提供;硝酸
铝、氢氧化钠、亚硝酸钠、无水乙醇等均为分析 纯,由国药集团化学试剂有限公司提供。 KQ一100B型超声波清洗器:昆山市仪器有
限公司;UA一1600PC紫外可见分光光度计:上海 美谱达仪器有限公司;SHB—II循环水式多用真 空泵:郑州长城科工贸有限公司;BS224S电子天
平:北京赛多利斯仪器系统有限公司;RE52CS旋 转蒸发仪:上海亚荣生化仪器厂。
1.2实验方法
1.2.1 标准曲线的绘制
本实验采用亚硝酸钠一硝酸铝一氢氧化 钠显色法测定银杏叶总黄酮的含量,以芦丁为 标准物,在波长510 nm处测定吸光度 J。芦
丁标准曲线回归方程为:A=9.4000c一0.0157 (R =0.9977),其中c为芦丁的质量浓度
(mg/mL),A为吸光度值。
1.2.2银杏叶黄酮提取方法
将银杏叶样品粉碎,过4O目筛后称取适量 粉末放人250 mL圆底烧瓶中,加人一定比例的
乙醇,超声提取一定时间。抽滤后剩下的滤渣按
上述条件重复提取一次后过滤,合并2次得到的 滤液并离心,用旋转蒸发仪浓缩上清液,并且回
收乙醇。将浓缩液转移入50 mL容量瓶,用30% 乙醇稀释到刻度,紫外分光光度法测定其黄酮类
化合物的吸光度,利用标准曲线计算其含量。 银杏叶黄酮得率(%)=提取物中黄酮的
质量/银杏叶质量×100%。 1.2.3 银杏叶黄酮提取的单因素研究
分别考察液料比、乙醇浓度、超声时间、提
取温度4种因素,采用黄酮的得率作为评价指 标,在确定其他几个参数不变的情况下改变其
中一个参数进行单因素实验。液料比分别为
9:1、12:1、15:1、1 8:1和21:1;乙醇浓度分别
为40%、50%、60%、70%和80%;超声时间 分别为20 min、25 min、30 min、35 min和40
min;提取温度分别为25℃、3O℃、35℃、
40℃和45℃。综合上述单因素实验结果,进 行响应面优化分析优化出最佳提取工艺参数。
1.2.4 响应面优化分析实验 综合单因素实验所得结果,确定液料比、 乙醇浓度、超声时间和提取温度的最佳条件,
以上述4因素设计响应面实验,响应面影响因
素及水平如表1所示。
表1 响应面影响因素水平表
注:A为液料比;B为乙醇浓度;C为超声
时间;D为提取温度。
黄酮得率(%)为相应值,优选出微波辅 助提取银杏叶黄酮的最佳工艺参数。利用De—
sign Expe ̄8.0软件对Box—Behnken实验结果
进行多元回归拟合求解二次多项式模型,并对 第5期 吴伟,宋志鹏,张云,等:响应面法优化超声波辅助提取银杏叶黄酮类化合物 45
实验数据进行方差分析,评价模型的显著性。
2结果与讨论
2.1 单因素实验结果
2.1.1 液料比 称取1.O0 g银杏叶粉5份,按第1组9:l、 第2组12:1、第3组15:1、第4组18:1、第5
组21:1的比例加人60%乙醇溶液,35℃条件 下,超声提取2次,每次30 min,考察不同液料
比条件下银杏黄酮得率的变化,进行3次实验
得出平均值,结果如图1所示。
液料比(mL/g) 图1 液料比对黄酮得率的影响
由图1可知,随着液料比的增加,黄酮提
取率随之增加,在液料比为l5:1时黄酮得率 达到最大值,液料比继续增大,黄酮得率呈现
缓慢降低的趋势。最大值出现在料液比在 12:1和1 8:1的范围内,以15:1最好。
2.1.2 乙醇浓度 称取1.O0 g银杏叶粉5份,按15:l的比例,
第1组40%、第2组50%、第3组60%、第4组 70%、第5组80%的乙醇溶液,35℃条件下,超
声提取2次,每次30 min,考察不同乙醇浓度条 件下银杏黄酮得率的变化,结果如图2所示。 由图2可知,当乙醇浓度达到60%左右
时,黄酮得率达到最大值,继续提高乙醇浓度,
得率呈现缓慢降低的趋势,因此,可以初步判
断,黄酮得率最大值出现在乙醇浓度50%一 70%的范围内,以60%最好。
2.1.3 超声时间
称取1.O0 g银杏叶粉5份,按15:1的比
例加入60%的乙醇溶液,35 cI二条件下,超声提
取2次,每次第1组25 min,第2组30 min,第 3组35 min,第4组40 min,第5组45 rain,考
察不同超声时间条件下银杏黄酮得率的变化,
结果如图3所示。
超声时间(rain) 图3 超声时间对黄酮得率的影响
由图3可知,黄酮得率最大值出现在超声
时间30~40 min的范围内,以超声35 min得
到的黄酮提取率最高,超声超过35 min后得
率呈现下降的趋势。 2.1.4提取温度 称取1.O0 g银杏叶粉5份,按15-1的比 例加入60%的乙醇溶液,第1组25℃、第2