正交試驗設計在決明子有效成分的提取中的應用

第20頁正交試驗設計在決明子有效成分的提取中的應用XXX摘要決明子的主要功能化學成分有蒽醌類、吡酮類和多糖等，具有調(diào)節(jié)免疫、殺菌、抗癌、明目、降血脂、降血壓、保肝、通便等作用，這是一種極好的養(yǎng)生保健食材，用決明子泡茶，經(jīng)常飲用的話，可使血壓正常，大便通暢，老眼不花；而事情總會有兩面性，決明子雖好，但決明子性微寒，容易拉肚子、腹瀉、胃痛的人，不宜飲用此茶。本文采用乙醇提取決明子中的三種有效成分：多糖、蒽醌、黃酮。對乙醇濃度、浸提溫度、浸提時間、固液比進行了單因素梯度實驗，確定了其條件范圍，通過進一步正交實驗得到?jīng)Q明子有效成分的乙醇提取工藝的最優(yōu)因素組合，乙醇濃度50%，浸提溫度60℃，浸提時間2.5h，固液比1∶20關(guān)鍵詞:決明子,多糖,蒽醌,黃酮,醇提

OrthogonalDesignonCassiaactiveingredientApplicationofExtractingAbstractThemainfunctionofCassiachemicalcompositionofanthraquinone,topiramateketonesandpolysaccharide,possessimmunomodulatory,sterilization,anti-cancer,eyesight,bloodfat,loweringbloodpressure,liver,constipation,etc.,andthisisanexcellentthehealthcareingredients,withcassiatea,oftendrinkit,bloodpressurenormal,stool,oldeyesarenotflowers;whilethingsalwayshavetwosides,cassiaisgood,butCassiaslightlycold,easytodiarrhea,diarrhea,stomachpainpeopleshouldnotdrinkthistea.Inthispaper,ethanolextractofCassiainthethreeactiveingredients:polysaccharides,anthraquinone,flavonoids.Ontheethanolconcentration,extractiontemperature,extractiontime,ratioofsinglefactorgradientexperimentscarriedouttodeterminethescopeofitsconditionsbyfurtherorthogonalexperimentCassiaethanolextractionprocessoftheactiveingredientoptimalcombinationoffactors,Ethanolconcentration50%,extractiontemperature60℃KeyWords:Cassia,Polysaccharides,Anthraquinone,Flavonoids,Alcohol

目錄1引言 12正交試驗設計 22.1正交試驗設計的基本原理 22.2正交試驗設計的基本方法 22.3多指標實驗設計的分析方法 32.4正交試驗設計的方差分析方法 33實驗材料及方法 53.1實驗材料 53.2決明子的預處理 53.3浸提工藝參數(shù)的確定 53.4分析測定 54實驗結(jié)果分析 74.14個單因素結(jié)果對照 74.2對以上數(shù)據(jù)做直觀分析，確定正交試驗方案 84.3正交試驗方差分析 134.3.1對多糖提取率的分析 134.3.2對蒽醌提取率的分析 154.3.3對黃酮提取率的分析 165討論 186決明子研究開發(fā)前景 19參考文獻 201引言決明子屬豆科植物，主要是鈍葉決明或小決明的干燥成熟種子，乃傳統(tǒng)中藥，有清肝明目、清熱益火、利水通便之功效，主治風熱赤眼、青盲、雀目、頭痛、眩暈、肝炎、肝腹水以及習慣性便秘等。藥理研究證明其有很好的降血壓、降血脂和抑菌、瀉下作用，近年研究表明其具有增強機體免疫力及抗衰老等多方面作用[1]。由于其良好的保健作用被揭示，近年來頗受注目[2]。民間單方?jīng)Q明子煎、煮、服或置鍋中炒微有香味。放涼，作為沖泡飲料服用，有保健作用[3]，是一種藥食同源的中藥，早在《神農(nóng)本草經(jīng)》中就列為上品[4]。同時，決明子種子膠是良好的懸浮劑，也可作橄欖油、液體石蠟和松節(jié)油的乳化劑。決明半乳糖可作食品、藥品和化妝品的增稠劑及印染色素的載體[5]。所以，決明子無論在藥用、保健，還是化工方面都具有廣泛的研究、利用和開發(fā)前景。決明子含有大黃素類、大黃酸、大黃酚、大黃素葡萄糖苷、大黃素蒽、大黃素甲醚、決明子素[6]，及新月孢子菌玫瑰色素、決明松、決明內(nèi)酯、維生素A，還有糖類、蛋白質(zhì)、脂肪、β-胡蘿卜素和人體必需的微量元素Fe、Zn、Mn、Cu、Mg、Ca、Na等。這些成分對生命的生理活動具有重要作用。其中主要成分的作用有：大黃酸對人體有平端、利膽、保肝、降壓功效，并有一定抗菌消炎作用。大黃素葡萄糖苷、大黃素蒽酮、大黃素甲醚是主要的降脂成分，因其具有導瀉作用，能減少腸道對膽固醇的吸收及增加排泄，通過反饋調(diào)節(jié)低密度脂蛋白代謝，從而降低血清膽固醇水平，延緩和抑制動脈粥樣硬化斑塊形成，具有降低血清膽固醇和強心作用。決明子素含有α-羥基，可與金屬元素結(jié)合成絡合物，對生物金屬離子吸收有影響，決明子中還含有β-胡蘿卜素，在人體肝臟酶的作用下轉(zhuǎn)為維生素A。

2正交試驗設計2.1正交試驗設計的基本原理正交表是利用“均衡搭配”和“整齊可比”這兩條基本原理，從大量的全面實驗方案（點）中，為挑選出少量具有代表性的試驗點，所制成的排列整齊的規(guī)格化表格。國際上通用的田口型正交表和我國自行設計的正交表，目前在國內(nèi)都廣泛流行和使用，兩者的區(qū)別在于對因素交互作用的安排及處理。所謂交互作用，是指各因素各水平的搭配之間，不同的聯(lián)合作用對實驗結(jié)果的影響。我國自行設計的正交表，在實驗設計時，不搞表頭設計，采用“因素順次上列，水平對號入座”的方法，在結(jié)果分析時，不需繁瑣的數(shù)學運算。正交性原理是設計正交表的科學依據(jù)，它主要表現(xiàn)在“均衡搭配”和“整齊可比”兩個方面。均衡搭配是指用正交表所安排的實驗方案，能均衡的分散在水平搭配的各種組合方案之中，因而其實驗組合條件具有代表性，容易選出最優(yōu)方案；為了對某一因素比較其各水平的作用，從中找出優(yōu)秀水平時，其余因素各水平出現(xiàn)的次數(shù)應該相同，以便最大限度的排除其他因素的干擾，是這一因素的水平之間具有可比性。2.2正交試驗設計的基本方法1、明確實驗目的，確定考核指標；2、挑因素，選水平。所謂“因素”，是指直接影響實驗結(jié)果而需要進行考核的不同原因?！八健笔侵父饕蛩卦趯嶒炛幸容^的具體狀況和取值。合理的確定“水平量”，可以減少試驗工作量；3、選擇合適的正交表；選擇正交表時首先要求表中水平個數(shù)與被考察的水平個數(shù)完全一致；其次，要求正交表的縱列數(shù)等于或大于被考察因素的個數(shù)；4、用正交表安排實驗；5、正交試驗設計的常規(guī)分析法；常規(guī)分析法簡便易行，計算量小，便于推廣。其具體步驟如下：（1）看一看；（2）算一算；計算每一因素同一水平所導致結(jié)果之和，計算每個因素各水平導致結(jié)果之和的極差。（3）畫水平影響趨勢圖。2.3多指標實驗設計的分析方法在實際問題中，用來衡量試驗效果的指標往往不止一個，而是多個，這類實驗叫做多指標實驗。進行多指標試驗設計的分析方法有綜合評分法和綜合平衡法。綜合評分法，是將多指標化為一個評分指標來進行直觀分析的方法。此綜合評分指標反映了多指標的要求；綜合平衡法是先分別將各個指標按單指標進行計算分析，再將各指標的分析結(jié)果進行綜合平衡，以得到“最優(yōu)”試驗方案。2.4正交試驗設計的方差分析方法前面介紹的直觀分析法，其優(yōu)點是簡單、直觀、計算量較小。但是，直觀分析不能給出誤差大小的估計。因此，也就不能知道結(jié)果的精度。方差分析可以彌補直觀分析的不足之處。在一批實驗數(shù)據(jù)中，數(shù)據(jù)的算術(shù)均值代表了數(shù)據(jù)的平均水平，反映了數(shù)據(jù)的集中性。而數(shù)據(jù)的方差反映了數(shù)據(jù)的波動性，即數(shù)據(jù)的分散性，方差大小表明數(shù)據(jù)變化的顯著程度，而數(shù)據(jù)變化的顯著程度，又反映了因素對指標影響的大小。

3實驗材料及方法3.1實驗材料決明子3.2決明子的預處理60℃烘烤，1小時取出，1403.3浸提工藝參數(shù)的確定原料預處理→加熱提取→過濾→加酶水解→離心→真空濃縮→測定(包裝處理)以浸提時間2.5h,3h,3.5h,浸提溫度50℃,60℃,70℃,固液比1∶20,1∶3.4分析測定多糖的蒽酮硫酸法測定:提取液1mL于50mL容量瓶用蒸餾水定容至刻度線,搖勻,靜置5min,各容量瓶中取1ml溶液于各比色管,分別加入4.00mL蒽酮試劑,迅速浸于冰水浴中冷卻,各管加完后一起浸于沸水浴中,管口加蓋玻璃球,以防蒸發(fā)。自水浴重新煮沸起準確煮沸10min,取出用自來水冷卻。室溫放置10min左右,于620nm比色;以葡萄糖作標準曲線,得回歸方程C=136.68A-0.31(r=1.0042)。蒽醌的測定:精密稱取105℃干燥2h研細的1,8-二羥基蒽醌25mg,置50mL容量瓶中,用乙醚溶解并稀釋至刻度,精密吸取標準液0.2,0.6,1.0,1.5,2.0mL,水浴上除去乙醚,加5%NaOH-2%NH4OH混合堿溶解并定容至50mL,以混合堿液為空白對照,于534nm波長處測吸收度,繪制標準曲線,得回歸方程C=23.52A黃酮的測定:精確吸取0.1mg/ml的蘆丁標液0,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0mL于六只帶塞試管中,各加30%乙醇至5mL,加5%NaNO2溶液0.3mL,搖勻,放置6min,加10%Al(NO3)3溶液0.3mL搖勻放置6min,加1mol/lNaOH溶液4mL,加水0.4mL,搖勻,放置15min,于510nm處測定消光值，黃酮的測定用蘆丁作標準曲線，得回歸方程C=48.46A-0.49（r=0.9996）。

4實驗結(jié)果分析4.14個單因素結(jié)果對照表1乙醇濃度對決明子有效成分提取率的影響乙醇濃度40%50%60%70%80%多糖10.1210.0959.7608.7318.235蒽醌0.00660.00730.00760.00880.0096黃酮0.10700.10330.09770.08920.0852結(jié)果表明：乙醇濃度為50%時所得決明子有效成分提取效果較好表2固液比對決明子有效成分提取率的影響固液比1:101:201:301:401:501:60多糖5.8158.7758.8259.1210.0410.20蒽醌0.00510.00710.00770.00690.00890.0087黃酮0.16810.13270.09820.07350.06050.0513結(jié)果表明:在考慮成本,提取率情況下,固液比為1∶20時所得決明子有效成分提取效果較好。表3浸提時間對決明子有效成分提取率的影響浸提時間0.5h1.0h2.0h3.0h4.0h5.0h多糖7.0957.8458.368.6658.7259.28蒽醌0.01400.01310.01750.01770.01870.0235黃酮0.06890.06900.07570.08600.09380.1105結(jié)果表明:浸提時間為2-3h時所得決明子有效成分效果好表4浸提溫度對決明子有效成分提取率的影響浸提溫度4050607080多糖6.1656.646.657.0057.66蒽醌0.01680.01730.01750.02040.0231黃酮0.07090.07180.07570.07850.0793結(jié)果表明:浸提溫度為60℃4.2對以上數(shù)據(jù)做直觀分析，確定正交試驗方案表5因素及水平因素水平乙醇濃度（A）浸提溫度(B)浸提時間(C)固液比(D)140%503.0h1:30250%602.5h1:40360%703.5h1:20表6決明子有效成分提取方案及數(shù)據(jù)表列號試驗號ABCD多糖蒽醌黃酮1112314.20.0230.09212119.80.0170.079313326.50.0160.072421126.00.0150.0685223312.10.0220.181623218.20.0220.081731318.10.0140.071832225.90.0190.0859331311.30.0190.257

表7.1多糖提取率的極差分析ABCDK130.528.327.126.1K226.327.828.318.4K325.32626.737.6k′110.1679.4339.0338.700k′28.7679.2679.4336.133k′38.4338.6678.90012.533R1.7330.7670.5336.400

表7.2蒽醌提取率的極差分析ABCDK10.0560.0520.0510.053K20.0590.0580.0640.05K30.0520.0570.0520.064k′10.0190.0170.0170.018k′20.0200.0190.0210.017k′30.0170.0190.0170.021R0.0030.0020.0040.004

表7.3黃酮提取率的極差分析ABCDK10.2410.2290.4040.231K20.330.3450.2560.225K30.4130.410.3240.528k′10.0800.0760.1350.077k′20.1100.1150.0850.075k′30.1380.1370.1080.176R0.0570.0600.0490.101經(jīng)過直觀分析法分析，可以得出最優(yōu)的設計方案，也可看出各因素對有效成分提取率影響大小分別為:多糖：D>A>B>C;最優(yōu)方案為,即固液比為1:20，乙醇濃度為40%，浸提溫度為50℃，浸提時間為2.5h。蒽醌：D/C>A>B;最優(yōu)方案為，即固液比為1:20，浸提時間為2.5h，乙醇濃度為50%，浸提溫度為60℃（浸提溫度為70℃）黃酮：D>B>A>C;最優(yōu)方案為,即固液比為1:20，浸提溫度為70℃,乙醇濃度為60%,浸提時間為3.0h。4.3正交試驗方差分析4.3.1對多糖提取率的分析對多糖提取率-10，再計算方差表8.1多糖方差分析列號試驗號ABCDE1（誤差）E2（誤差）E3（誤差）多糖多糖-101112321314.24.2212111329.8-0.2313323216.5-3.5421121236-45223331212.12.1623212318.2-1.8731313218.1-1.9832222335.9-4.19331311211.31.3

表8.2根據(jù)表8.1所得多糖方差分析數(shù)據(jù)列號試驗號ABCDE1（誤差）E2（誤差）E3（誤差）Ⅰ0.5-1.7-2.9-3.9-2.97.6-7.2Ⅱ-3.7-2.2-1.7-11.6-1.7-9.43.2Ⅲ-4.7-4-3.37.6-3.3-6.1-3.9Ⅰ20.255.298.4115.218.4157.7651.84Ⅱ213.6918.492.89134.562.8988.3610.24Ⅲ222.091610.8957.7610.8937.2115.21S5.0760.9760.46262.2420.46254.17618.829其中T=Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ=-7.9所以：自由度=因素的水平數(shù)-1表8.3多糖方差分析表因素方差S自由度fS/fF值顯著性A5.07622.5380.207277B0.97620.4880.039855C0.46220.2310.018866D62.242231.1212.541631*E73.467612.2445由表10看出影響因素由大到小為D>A>B>C,再選最優(yōu)方案,即固液比為1:20，乙醇濃度為40%，浸提溫度為50℃，浸提時間為2.5h。4.3.2對蒽醌提取率的分析對蒽醌提取率-0.020，再計算方差表9.1蒽醌方差分析列號試驗號ABCDE1（誤差）E2（誤差）E3（誤差）蒽醌蒽醌-0.020111232130.0230.003212111320.017-0.003313323210.016-0.004421121230.015-0.005522333120.0220.002623212310.0220.002731313210.014-0.006832222330.019-0.001933131120.019-0.001表9.2根據(jù)表9.1所得蒽醌方差分析數(shù)據(jù)列號試驗號ABCDE1（誤差）E2（誤差）E3（誤差）Ⅰ-0.004-0.008-0.009-0.007-0.0090.004-0.008Ⅱ-0.001-0.0020.004-0.010.004-0.015-0.002Ⅲ-0.008-0.003-0.0080.004-0.008-0.002-0.003Ⅰ20.0000160.0000640.0000810.0000490.0000810.0000160.000064Ⅱ20.0000010.0000040.0000160.00010.0000160.0002250.000004Ⅲ20.0000640.0000090.0000640.0000160.0000640.0000040.000009S0.0000080.0000070.0000350.0000360.0000350.0000630.000007其中T=-0.013表9.3蒽醌方差分析表因素方差S自由度fS/fF值顯著性A0.00000820.0000040.228571B0.00000720.0000040.2C0.00003520.0000181D0.00003620.0000191.028571E0.00010560.000018由表13得出影響因素由大到小為D>C>A>B;最優(yōu)方案為，即固液比為1:20，浸提時間為2.5h，乙醇濃度為50%，浸提溫度為60℃。4.3.3對黃酮提取率的分析對黃酮提取率-0.100，再計算方差表10.1黃酮方差分析列號試驗號ABCDE1（誤差）E2（誤差）E3（誤差）黃酮黃酮-0.100111232130.09-0.01212111320.079-0.021313323210.072-0.028421121230.068-0.032522333120.1810.081623212310.081-0.019731313210.071-0.029832222330.085-0.015933131120.2570.157表10.2根據(jù)表10.1所得黃酮方差分析數(shù)據(jù)列號試驗號ABCDE1（誤差）E2（誤差）E3（誤差）Ⅰ-0.059-0.0710.1040.0410.1040.228-0.076Ⅱ0.030.045-0.044-0.075-0.044-0.0890.217Ⅲ0.1130.110.0240.2280.024-0.055-0.057Ⅰ20.0034810.0050410.0108160.0016810.0108160.0519840.005776Ⅱ20.00090.0020250.0019360.0056250.0019360.0079210.047089Ⅲ20.0127690.01210.0005760.0519840.0005760.0030250.003249S0.0049330.0056050.0036590.0155820.0036590.02019