正交试验设计在决明子有效成分的提取中的应用

第20页正交试验设计在决明子有效成分的提取中的应用XXX摘要决明子的主要功能化学成分有蒽醌类、吡酮类和多糖等，具有调节免疫、杀菌、抗癌、明目、降血脂、降血压、保肝、通便等作用，这是一种极好的养生保健食材，用决明子泡茶，经常饮用的话，可使血压正常，大便通畅，老眼不花；而事情总会有两面性，决明子虽好，但决明子性微寒，容易拉肚子、腹泻、胃痛的人，不宜饮用此茶。本文采用乙醇提取决明子中的三种有效成分：多糖、蒽醌、黄酮。对乙醇浓度、浸提温度、浸提时间、固液比进行了单因素梯度实验，确定了其条件范围，通过进一步正交实验得到决明子有效成分的乙醇提取工艺的最优因素组合，乙醇浓度50%，浸提温度60℃，浸提时间2.5h，固液比1∶20关键词:决明子,多糖,蒽醌,黄酮,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

目录1引言 12正交试验设计 22.1正交试验设计的基本原理 22.2正交试验设计的基本方法 22.3多指标实验设计的分析方法 32.4正交试验设计的方差分析方法 33实验材料及方法 53.1实验材料 53.2决明子的预处理 53.3浸提工艺参数的确定 53.4分析测定 54实验结果分析 74.14个单因素结果对照 74.2对以上数据做直观分析，确定正交试验方案 84.3正交试验方差分析 134.3.1对多糖提取率的分析 134.3.2对蒽醌提取率的分析 154.3.3对黄酮提取率的分析 165讨论 186决明子研究开发前景 19参考文献 201引言决明子属豆科植物，主要是钝叶决明或小决明的干燥成熟种子，乃传统中药，有清肝明目、清热益火、利水通便之功效，主治风热赤眼、青盲、雀目、头痛、眩晕、肝炎、肝腹水以及习惯性便秘等。药理研究证明其有很好的降血压、降血脂和抑菌、泻下作用，近年研究表明其具有增强机体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，近年来颇受注目[2]。民间单方决明子煎、煮、服或置锅中炒微有香味。放凉，作为冲泡饮料服用，有保健作用[3]，是一种药食同源的中药，早在《神农本草经》中就列为上品[4]。同时，决明子种子胶是良好的悬浮剂，也可作橄榄油、液体石蜡和松节油的乳化剂。决明半乳糖可作食品、药品和化妆品的增稠剂及印染色素的载体[5]。所以，决明子无论在药用、保健，还是化工方面都具有广泛的研究、利用和开发前景。决明子含有大黄素类、大黄酸、大黄酚、大黄素葡萄糖苷、大黄素蒽、大黄素甲醚、决明子素[6]，及新月孢子菌玫瑰色素、决明松、决明内酯、维生素A，还有糖类、蛋白质、脂肪、β-胡萝卜素和人体必需的微量元素Fe、Zn、Mn、Cu、Mg、Ca、Na等。这些成分对生命的生理活动具有重要作用。其中主要成分的作用有：大黄酸对人体有平端、利胆、保肝、降压功效，并有一定抗菌消炎作用。大黄素葡萄糖苷、大黄素蒽酮、大黄素甲醚是主要的降脂成分，因其具有导泻作用，能减少肠道对胆固醇的吸收及增加排泄，通过反馈调节低密度脂蛋白代谢，从而降低血清胆固醇水平，延缓和抑制动脉粥样硬化斑块形成，具有降低血清胆固醇和强心作用。决明子素含有α-羟基，可与金属元素结合成络合物，对生物金属离子吸收有影响，决明子中还含有β-胡萝卜素，在人体肝脏酶的作用下转为维生素A。

2正交试验设计2.1正交试验设计的基本原理正交表是利用“均衡搭配”和“整齐可比”这两条基本原理，从大量的全面实验方案（点）中，为挑选出少量具有代表性的试验点，所制成的排列整齐的规格化表格。国际上通用的田口型正交表和我国自行设计的正交表，目前在国内都广泛流行和使用，两者的区别在于对因素交互作用的安排及处理。所谓交互作用，是指各因素各水平的搭配之间，不同的联合作用对实验结果的影响。我国自行设计的正交表，在实验设计时，不搞表头设计，采用“因素顺次上列，水平对号入座”的方法，在结果分析时，不需繁琐的数学运算。正交性原理是设计正交表的科学依据，它主要表现在“均衡搭配”和“整齐可比”两个方面。均衡搭配是指用正交表所安排的实验方案，能均衡的分散在水平搭配的各种组合方案之中，因而其实验组合条件具有代表性，容易选出最优方案；为了对某一因素比较其各水平的作用，从中找出优秀水平时，其余因素各水平出现的次数应该相同，以便最大限度的排除其他因素的干扰，是这一因素的水平之间具有可比性。2.2正交试验设计的基本方法1、明确实验目的，确定考核指标；2、挑因素，选水平。所谓“因素”，是指直接影响实验结果而需要进行考核的不同原因。“水平”是指各因素在实验中要比较的具体状况和取值。合理的确定“水平量”，可以减少试验工作量；3、选择合适的正交表；选择正交表时首先要求表中水平个数与被考察的水平个数完全一致；其次，要求正交表的纵列数等于或大于被考察因素的个数；4、用正交表安排实验；5、正交试验设计的常规分析法；常规分析法简便易行，计算量小，便于推广。其具体步骤如下：（1）看一看；（2）算一算；计算每一因素同一水平所导致结果之和，计算每个因素各水平导致结果之和的极差。（3）画水平影响趋势图。2.3多指标实验设计的分析方法在实际问题中，用来衡量试验效果的指标往往不止一个，而是多个，这类实验叫做多指标实验。进行多指标试验设计的分析方法有综合评分法和综合平衡法。综合评分法，是将多指标化为一个评分指标来进行直观分析的方法。此综合评分指标反映了多指标的要求；综合平衡法是先分别将各个指标按单指标进行计算分析，再将各指标的分析结果进行综合平衡，以得到“最优”试验方案。2.4正交试验设计的方差分析方法前面介绍的直观分析法，其优点是简单、直观、计算量较小。但是，直观分析不能给出误差大小的估计。因此，也就不能知道结果的精度。方差分析可以弥补直观分析的不足之处。在一批实验数据中，数据的算术均值代表了数据的平均水平，反映了数据的集中性。而数据的方差反映了数据的波动性，即数据的分散性，方差大小表明数据变化的显著程度，而数据变化的显著程度，又反映了因素对指标影响的大小。

3实验材料及方法3.1实验材料决明子3.2决明子的预处理60℃烘烤，1小时取出，1403.3浸提工艺参数的确定原料预处理→加热提取→过滤→加酶水解→离心→真空浓缩→测定(包装处理)以浸提时间2.5h,3h,3.5h,浸提温度50℃,60℃,70℃,固液比1∶20,1∶3.4分析测定多糖的蒽酮硫酸法测定:提取液1mL于50mL容量瓶用蒸馏水定容至刻度线,摇匀,静置5min,各容量瓶中取1ml溶液于各比色管,分别加入4.00mL蒽酮试剂,迅速浸于冰水浴中冷却,各管加完后一起浸于沸水浴中,管口加盖玻璃球,以防蒸发。自水浴重新煮沸起准确煮沸10min,取出用自来水冷却。室温放置10min左右,于620nm比色;以葡萄糖作标准曲线,得回归方程C=136.68A-0.31(r=1.0042)。蒽醌的测定:精密称取105℃干燥2h研细的1,8-二羟基蒽醌25mg,置50mL容量瓶中,用乙醚溶解并稀释至刻度,精密吸取标准液0.2,0.6,1.0,1.5,2.0mL,水浴上除去乙醚,加5%NaOH-2%NH4OH混合碱溶解并定容至50mL,以混合碱液为空白对照,于534nm波长处测吸收度,绘制标准曲线,得回归方程C=23.52A黄酮的测定:精确吸取0.1mg/ml的芦丁标液0,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0mL于六只带塞试管中,各加30%乙醇至5mL,加5%NaNO2溶液0.3mL,摇匀,放置6min,加10%Al(NO3)3溶液0.3mL摇匀放置6min,加1mol/lNaOH溶液4mL,加水0.4mL,摇匀,放置15min,于510nm处测定消光值，黄酮的测定用芦丁作标准曲线，得回归方程C=48.46A-0.49（r=0.9996）。

4实验结果分析4.14个单因素结果对照表1乙醇浓度对决明子有效成分提取率的影响乙醇浓度40%50%60%70%80%多糖10.1210.0959.7608.7318.235蒽醌0.00660.00730.00760.00880.0096黄酮0.10700.10330.09770.08920.0852结果表明：乙醇浓度为50%时所得决明子有效成分提取效果较好表2固液比对决明子有效成分提取率的影响固液比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黄酮0.16810.13270.09820.07350.06050.0513结果表明:在考虑成本,提取率情况下,固液比为1∶20时所得决明子有效成分提取效果较好。表3浸提时间对决明子有效成分提取率的影响浸提时间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黄酮0.06890.06900.07570.08600.09380.1105结果表明:浸提时间为2-3h时所得决明子有效成分效果好表4浸提温度对决明子有效成分提取率的影响浸提温度4050607080多糖6.1656.646.657.0057.66蒽醌0.01680.01730.01750.02040.0231黄酮0.07090.07180.07570.07850.0793结果表明:浸提温度为60℃4.2对以上数据做直观分析，确定正交试验方案表5因素及水平因素水平乙醇浓度（A）浸提温度(B)浸提时间(C)固液比(D)140%503.0h1:30250%602.5h1:40360%703.5h1:20表6决明子有效成分提取方案及数据表列号试验号ABCD多糖蒽醌黄酮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多糖提取率的极差分析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蒽醌提取率的极差分析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黄酮提取率的极差分析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经过直观分析法分析，可以得出最优的设计方案，也可看出各因素对有效成分提取率影响大小分别为:多糖：D>A>B>C;最优方案为,即固液比为1:20，乙醇浓度为40%，浸提温度为50℃，浸提时间为2.5h。蒽醌：D/C>A>B;最优方案为，即固液比为1:20，浸提时间为2.5h，乙醇浓度为50%，浸提温度为60℃（浸提温度为70℃）黄酮：D>B>A>C;最优方案为,即固液比为1:20，浸提温度为70℃,乙醇浓度为60%,浸提时间为3.0h。4.3正交试验方差分析4.3.1对多糖提取率的分析对多糖提取率-10，再计算方差表8.1多糖方差分析列号试验号ABCDE1（误差）E2（误差）E3（误差）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根据表8.1所得多糖方差分析数据列号试验号ABCDE1（误差）E2（误差）E3（误差）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=因素的水平数-1表8.3多糖方差分析表因素方差S自由度fS/fF值显著性A5.07622.5380.207277B0.97620.4880.039855C0.46220.2310.018866D62.242231.1212.541631*E73.467612.2445由表10看出影响因素由大到小为D>A>B>C,再选最优方案,即固液比为1:20，乙醇浓度为40%，浸提温度为50℃，浸提时间为2.5h。4.3.2对蒽醌提取率的分析对蒽醌提取率-0.020，再计算方差表9.1蒽醌方差分析列号试验号ABCDE1（误差）E2（误差）E3（误差）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根据表9.1所得蒽醌方差分析数据列号试验号ABCDE1（误差）E2（误差）E3（误差）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值显著性A0.00000820.0000040.228571B0.00000720.0000040.2C0.00003520.0000181D0.00003620.0000191.028571E0.00010560.000018由表13得出影响因素由大到小为D>C>A>B;最优方案为，即固液比为1:20，浸提时间为2.5h，乙醇浓度为50%，浸提温度为60℃。4.3.3对黄酮提取率的分析对黄酮提取率-0.100，再计算方差表10.1黄酮方差分析列号试验号ABCDE1（误差）E2（误差）E3（误差）黄酮黄酮-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根据表10.1所得黄酮方差分析数据列号试验号ABCDE1（误差）E2（误差）E3（误差）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