星点设计-效应面法优选黄芩提取工艺的研究

　　2.2  黄芩中黄芩苷回流提取工艺优化

　　2.2.1  试验设计及结果 

　　预试验结果显示,黄芩回流提取的影响因素有：乙醇浓度、提取时间及溶剂用量。数据结果在模型拟合中,回归在处理非连续变量时比较困难,根据实际情况,把提取次数(非连续变量)暂定为1次。根据星点设计的原理,每因素设五水平,用代码值-α、-1、0、1、α来表示(三因素星点设计的α＝1.732)。代码值所代表的实际操作物理量见表1,试验安排与结果见表2。表1  因素水平表（略）表2  星点试验设计与结果（略）注：黄芩的投料量为10 g,15～20号为重复试验,试验结果用平均值表示

　　2.2.2  模型拟合 

　　以黄芩苷提取率为因变量对各因素进行多元线性回归和二项式拟合,用statistica软件,拟合模型如下。
   
　　多元线性回归：Y＝b0＋b1X1＋b2X2＋b3X3

    二项式拟合：Y＝b0＋b1X1＋b2X2＋b3X3＋b4X12＋b5X22＋b6X32＋b7X1X2＋b8X2X3＋b9X1X3

    据结果分析,多元线性回归r＝0.909,F(3,11)＝17.66,P＜0.00016＜0.01。虽然模型通过检验,但拟合度不佳,预测性较差,因此线性模型不合适,采用二项式拟合(见表3)。模型复相关系数r＝0.977 04,剔除最不可信的b7、b9项,再重新拟合(见表4)。表3  二次多项式非线性估计结果（略）表4  简化后二次多项式非线性估计结果（略）
 
    二项式数学模型：Y＝-12.964 2＋0.180 78X1＋8.505 4X2＋1.924 6X3－0.001 8X12－4.289 6X22－0.480 2X32＋2.046 5X2X3 。

    复相关系数系数r＝0.975 9,与线性拟合相比有较大提高,简化的方程r值降幅很小,说明此方程有较高的可信度。

　　2.2.3  工艺参数优化和预测 

　　把因变量与另两因素拟合为三维曲面图,因只能表达含2个因素变量的函数,故固定3个变量中的1个为中值,再以拟合的目标函数为数学模型,绘制因变量曲面图(图略),在图上选取提取含量较佳工艺范围：X1为45%～55%；X2为90 min～120 min；X3为4～6倍,考虑到工业生产中的实际情况,选取最优工艺为：4倍量40%乙醇回流提取120 min。

    根据以上条件试验(投料量10 g,45%乙醇4倍量,回流提取120 min),提取率预测值为7.77%,真实值为7.6%。偏差率＝(7.74%－7.77%)/7.77%×100%＝-3.86%。表明所建立的数学模型具有良好的预测性,所选工艺条件重现性好。

　　3  讨论

　　郝氏等[1]研究表明,乙醇回流提取黄芩的最佳条件是40%乙醇、10倍量溶剂、回流提取1 h；唐氏等[2]的研究最优条件是50%乙醇；熊氏等[3]用乙醇回流提取最佳条件是60%乙醇、10倍量溶剂回流提取3次、每次1 h。可见,在不同的研究结果之间存在着差异。可能是除黄芩提取的多个因素之间共同作用之外,各因素间还存在相互作用影响试验结果。由于试验设计及试验结果的处理方法不同,结论的准确性有所不同。
   
　　本试验采用了星点设计,其充分考虑到各因素间的相互作用,且设计方法简单,试验次数少,在中心点进行重复性试验以提高试验精度。同时采用非线性数学模型拟合,复相关系数较高,可信度较好,预测值更接近真实值。与正交及均匀设计相比,星点设计所得的结果更加直观,便于分析,同时提高了精确度。

【参考文献】
  　　[1] 郝治湘,邬洪源,周 萍,等.黄芩苷提取工艺的研究[J].齐齐哈尔大学学报,2004,20(4)：21－23.

　　[2] 唐海燕,牛雪平,卢慧斌,等.黄芩中黄芩甙的提取工艺研究[J].内蒙古大学学报,2004,35(3)：355－357.

　　[3] 熊淑华,熊爱珍,方 晓,等.正交试验设计法优选黄芩的提取工艺[J].中国医药导报,2008,5(2)：46－47.