劉媛潔等

摘要

[目的]優(yōu)化腳板薯皂苷的最佳提取工藝。[方法]探討提取溫度、提取時間、料液比和乙醇濃度對腳板薯皂苷提取率的單因素影響。在此基礎上，采用響應面分析方法，進一步研究各自變量及其交互作用對腳板薯皂苷提取率的影響，并對其工藝參數(shù)進行優(yōu)化。[結果]腳板薯皂苷提取的最佳工藝條件為提取溫度76 ℃、提取時間1.5 h、乙醇濃度90%、料液比1∶30（m/v），在此最優(yōu)工藝條件下，腳板薯皂苷提取率達0.291%。[結論]該研究可為腳板薯皂苷的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論指導。

關鍵詞腳板薯；響應面分析；皂苷；提取

中圖分類號S567文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）36-12885-03

Abstract[Objective] The Response Surface Methodology （RSM） was used to optimize the extraction process of total saponins from Dioscorea alata Lirm.sp. [Method] The impact of extraction temperature， extraction time， ethanol concentration and solidliquid ratio on the yield of diosgenin are investigated， based on which the response surface analysis is adopted to study the impact of each variable and their interaction on yield of diosgenin and optimize the extraction parameter. [Result] It is found that optimal parameters for diosgenin extraction form Dioscorea alata Lirm.sp were as follows： extraction temperature 76 ℃， extraction time 1.5 h ， ethanol concentration 90%， solidliquid ratio 1∶30（m/v）. [Conclusion] The research provides the theoretical guidance for the industrial production of diosgenin in Dioscorea alata Lirm.sp.

Key words Dioscorea alata Lirm.sp； Response Surface Analysis； Saponins； Extraction

腳板薯（Dioscorea alata Lirm.sp）屬薯蕷屬（Dioscorea），又稱參薯，是一年生或多年生纏繞性藤本植物[1-2]，其塊狀根莖發(fā)達，呈不規(guī)則扁塊形狀，型似腳板，故得名[3]。腳板薯塊莖顏色呈黃褐色或深褐色，其含有淀粉、蛋白質、薯蕷皂苷、維生素、粘質多糖等多種成分[4]，長期食用具健脾、養(yǎng)肺、固腎、益精的生理功效[5]。薯蕷皂苷是重要的醫(yī)藥原料，是合成多種甾體抗炎藥、性激素、避孕類藥物的前體[6-8]。筆者在此探討提取溫度、提取時間、料液比和乙醇濃度對腳板薯皂苷提取率的單因素影響，在此基礎上，采用響應面分析方法，進一步研究各自變量及其交互作用對腳板薯皂苷提取率的影響，優(yōu)化了腳板薯中皂苷的提取工藝，為腳板薯皂苷的工業(yè)化生產(chǎn)提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1

供試材料。新鮮腳板薯，采自江西宜春萬載，經(jīng)真空干燥后粉碎備用。

1.1.2

主要試劑。石油醚、無水乙醇、甲醇為分析純；去離子水為色譜純。

1.1.3

主要儀器。高速中藥粉碎機，溫嶺林大機械有限公司；艾柯AKRY-UP-1824 型超純水機，上海博訊實驗專用純水設備廠；NH-2 數(shù)顯恒溫水浴鍋，揚州盛凱化工有限公司；SHZ-D型循環(huán)水真空泵，南昌明瑞化工有限公司；旋轉蒸發(fā)器，上海禾氣玻璃儀器有限公司；高效液相色譜儀（HPLC），安捷倫科技有限公司。

1.2方法

1.2.1

樣品溶液的制備。

將腳板薯樣品烘干、粉碎，過篩后干燥保存。精密稱取腳板薯粉末 1.0 g，置于圓底燒瓶中，加石油醚15 ml，脫脂40 min后過濾，揮發(fā)去除溶劑。再加入80%的乙醇30 ml，經(jīng)80 ℃水浴回流1 h后過濾，收集濾液。濾渣用80%的乙醇30 ml再重復提取1次，濾渣用80%乙醇2 ml洗滌2次，合并濾液。將濾液揮發(fā)去除溶劑，用甲醇溶解殘渣，置于容量瓶中，再用適量甲醇沖洗3次，合并溶液。用甲醇定容，過0.45 μm的微孔濾膜過濾，得供試品溶液。

1.2.2

檢測方法。

采用高效液相色譜（HPLC）法[9]進行腳板薯薯蕷皂苷的分析。色譜條件為安捷倫液相1200色譜儀、ODS-3 C18（150 mm×4.6 mm，5 μm）色譜柱、柱溫25 ℃，流動相為純甲醇，流速為1.0 ml/min，UV檢測波長210 nm。薯蕷皂苷元標準品購自Sigma 公司。

1.2.3

影響提取工藝效果的因素試驗設計。

1.2.3.1

單因素試驗。分別以提取溫度、乙醇濃度、提取時間和料液比為響應因素，研究不同水平下各因素對腳板薯皂苷提取率的影響。

1.2.3.2

Box-Behnken 試驗設計。

在單因素試驗基礎上，利用 Box-Behnken 試驗設計原理，采用三因素三水平的響應面分析法，以提取溫度、提取時間、乙醇濃度為編碼自變量，以腳板薯皂苷提取率為響應值繪制響應面，分析優(yōu)化最佳提取條件。Box-Behnken 試驗因素與水平設計如表1所示。

表明腳板薯皂苷提取率的實測值與預測值之間的擬合優(yōu)度較好，因此該模型可以預測以腳板薯皂苷提取率為響應值的實際情況。各自變量試驗因素對響應值的影響分別為因素A2對腳板薯皂苷提取率的線性效應高度顯著（PA2<0.000 1）；因素A（提取溫度）、C（乙醇濃度）、B2、C2對皂苷提取率的線性效應顯著；因素B（提取時間）對皂苷提取率的線性效應不顯著，表明在前期單因素試驗中已將提取時間選在一個較合適的區(qū)間，所以提取時間的變化影響已不顯著；因素AC對腳板薯皂苷提取率的線性交互效應顯著；因素AB、BC對腳板薯皂苷提取率的線性交互效應不顯著。

由圖5分析可知，乙醇濃度（C）對皂苷提取率的影響最顯著，表現(xiàn)為曲線較陡；提取溫度和提取時間次之，各自變量對腳板薯皂苷提取率的影響為乙醇濃度>提取溫度>提取時間。根據(jù)對腳板薯皂苷提取率的二次多項方程求解，得到最佳提取工藝條件為提取溫度（A）76.30 ℃、提取時間（B）1.49 h、乙醇濃度（C）89.96%，在此最佳條件下，腳板薯皂苷提取率理論上可達0.299%。 為了實際工藝控制的方便，將最佳工藝條件修正為提取溫度76 ℃、提取時間1.5 h、乙醇濃度90%，在此條件下進行3組平行驗證試驗，實際測得皂苷提取率為0.291%，與預測值之間有良好的擬合性，證實了模型的有效性，該二元多項回歸方程為腳板薯皂苷的提取工藝提供了一個合適的模型。

3 結論與討論

該試驗在單因素試驗的基礎上，運用三因素三水平的響應面分析法，以腳板薯提取率為響應值進行回歸分析，建立了腳板薯中皂苷提取工藝的二次多項數(shù)學模型。通過對該模型方程的求解及對其3D圖的分析，獲得了腳板薯皂苷的最佳提取工藝條件為提取溫度76 ℃、提取時間1.5 h、乙醇濃度90%、料液比1∶30（m/v），在此最佳條件下，腳板薯皂苷提取率為0.291%。

參考文獻

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[4] 劉媛潔，余俏，張良.腳板薯的研究進展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2013，41（24）：9951-9953，9956.

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[6] MERKLI A，CHRISTEN P，KAPETANIDIS I.Production of diosgenin by hairy root cultures of Trigonella foenumgraecum L.[J].Plant Cell Reports，1997，16（9）：632-636.

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[8] ONCINA R，DELROJ A，GMEZ P，et al.Effect of ethylene on diosgenin a ccumulation in callus cul-tures of Trigonella foenumgraecum L.[J].Food Chemistry，2002，76：475-479.

[9] 徐皓.HPLC法測定紫參薯中薯蕷皂苷元的含量[J].食品科技，2013（6）：317-319.