响应面法优化超声波辅助提取泽泻挥发油工艺

材料与方法

1.1 材料与试剂

泽泻样品采自福建建瓯GAP产地，石油醚（沸程6090）、乙醚、乙酸乙酯、正己烷、无水硫酸钠（均为分析级）。

1.2 仪器

HCP50A中药粉碎机（永康市金穗机械制造厂）；SHB111型水式循环真空泵（郑州长城科工贸有限公司）；RE2000型旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）；ME204E万分之一电子天平（梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司）。KQ500E型台式超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）。

1.3 试验方法

精密称取10.00 g泽泻块茎过40目的粉末置于250 ml锥形瓶中，按照试验设计方案加入一定体积的溶剂，超声波辅助提取一定时间后加入适量无水硫酸钠，抽滤，浓缩、称质量后计算得率，计算方法为：

挥发油得率=M1M0×100%，式中，M1为挥发油的质量；M0为原料的质量。

1.4 单因素试验

采用超声波萃取法提取泽泻挥发油，设计单因素试验分别考察萃取溶剂（石油醚、乙醚、正己烷、乙酸乙酯）、超声时间（10、20、30、40、50、60 min）、料液比（1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14 g/ml）、超声温度（30、40、50、60、70 ℃）对泽泻挥发油得率的影响。

1.5 BoxBehnken试验设计

根据BoxBehnken试验设计原理及单因素试验的结果，选取对试验结果有显著影响的3个因素，设计三因素三水平的响应面试验方案，试验因素水平编码设计如表1所示。数据采用DesignExpert 8.0.6统计软件分析。

2 结果与分析

2.1 提取溶剂的选择

从图1可以看出，乙醚作为溶剂时得率最高，达4.714%，其次是乙酸乙酯，为4.580%，正己烷作为溶剂时得率最低。但考虑到乙醚的沸点低，在超声波萃取的过程中温度会升高，溶剂更容易挥发，不利于工业生产，且成本较高。综合考虑选择乙酸乙酯作为萃取溶剂。

2.2 单因素试验结果

2.2.1 提取时间对挥发油得率的影响。

由图2可知，10～40 min提取率大幅度增加，在 40 min以后基本趋于稳定，且40、50和60 min之间无明显差异，这有可能是超声时间过长，溶剂温度升高，从而导致提取溶剂大量挥发。另外结合节省能耗，因此选择40 min作为超声波提取时间。

从图3可以看出，不同料液比得率不同。当料液比为1∶4时提取率最低，这有可能是料液比越低，泽泻粉末吸附的溶剂占的比例越大，被抽滤出来的溶剂中带出的提取物就越少，从而影响泽泻挥发油

得率。料液比1∶4～1∶8得率明显增加，随后慢慢随料液比增大而得率缓慢增加。从经济学角度来考虑，因此选择1∶8作为超声波提取料液比。

2.2.3 提取温度对挥发油得率的影响。从图4可以看出，随着超声波萃取温度的提高，泽泻挥发油的得率先升后降，当超声温度为50 ℃时，泽泻挥发油得率最大，随后下降。主要原因可能是超声温度过高造成溶剂大量挥发，从而使挥发油得率降低；因此选择50 ℃作为超声波萃取的温度。

2.3 响应面试验结果

在单因素试验基础上，综合考虑各因素对泽泻挥发油得率的影响，以BoxBehnken试验设计原理，选择超声时间、超声温度、料液比进行三因素三水平的响应面分析方法，以确定泽泻挥发油得率最佳提取工艺，将所得试验数据（表2）采用DesignExpert 8.0.6软件进行多元回归拟合，从而得到泽泻挥发油得率对超声波提取时间（A）、料液比（B）、超声提取温度（C）的二次多项回归方程：Y=6.29+0.17A+0.17B+0.14C-0.047AB+0.039AC+0.006 5BC-0.18A2-0.25B2-0.26C2。经检验，模型F值为54.97，P<0.000 1，表明响应面回归模型达到了极显著水平。失拟项P=0.080 6>0.05，表示失拟不显著，模型的确定系数R2=98.57%，说明该模型能够解释98.57%响应值的变化，

因此该模型

拟合程度较好，可用此模型对泽泻挥发油提取工艺进行分析和预测。由回归模型和方差分析可知，方程一次项A、B、C和二次项A2、B2、C2对泽泻挥发油得率达到了极显著水平（P<0.01），因素AC、AB、BC对泽泻挥发油得率的线性交互效应不显著。

由F值和图5分析可知，料液比（B）对挥发油得率的影响最显著，表现为曲线较陡；超声时间（A）和超声温度（C）次之，各自变量对泽泻挥发油得率的影响为料液比>超声时间

注：a. 料液比和提取时间；b. 提取温度和提取时间；c. 提取温度和料液比。

图5 各自变量交互影响挥发油得率的曲面图

>超声温度。根据对泽泻挥发油得率的二次多项方程求解，

得到最佳提取工艺为提取时间（A）为41.33 min，料液比（B）为1∶8.27，超声温度（C）为51.33 ℃，挥发油理论得率为6.334%。考虑试验的可操作性，将最佳提取工艺条件中的超声温度修正为51.4 ℃，依据响应面分析获取修正的最优工艺条件进行3次验证试验，结果泽泻挥发油得率平均为6.315%，实测平均值与理论值非常接近，说明试验值与理论值有较好的拟合性，证实了模型的有效性，该二元多项回归方程为泽泻挥发油提取工艺提供了一个合适的模型。

3 结论与讨论

该试验选用超声辅助法提取泽泻挥发油，首先对提取有机溶剂进行考察，得出乙酸乙酯提取得率最高，然后在单因素试验的基础上，运用三因素三水平的响应面分析法，以泽泻挥发油提取得率为响应面值进行回归分析，建立了泽泻块茎中挥发油提取工艺的二次多项数学模型，通过对该模型求解及其3D图的分析，获得了泽泻挥发油提取工艺的最佳工艺为取温度为41.33 min，料液比为1∶8.27，超声温度为51.4 ℃，在此条件下泽泻块茎挥发油得率最大值为6.315%。

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