均匀设计应用于阿胶三宝膏水提过程的研究

韩 坤 王嘉浩 浦静雯 陈保华 姚 譞 赵志强

（1.上海化工研究院有限公司 2. 国家中药制药工程技术研究中心 3.上海氘坤生物科技有限公司）

0 前言

作为中药复方中的有效成分之一，多糖是由10个以上的单糖通过糖苷键连接形成的含醛基或酮基的天然高分子聚合物[1]。相关药理研究[2]表明，中药复方中复合多糖具有调节免疫、抗肿瘤、抗病毒、降血糖、抗氧化、抗辐射、抗疲劳、抑菌等多种生物学作用。在本次研究中，黄芪与红枣中的有效成分对复方质量和内在疗效具有至关重要的作用。目前复方总多糖的 提取方法主要为水煎煮法、回流提取法及超声助提法[3]，超声助提法具有设备简单、操作方便、提取时间短、提取率高、无需加热、成本低廉等优势。因此本研究采用超声助提技术，以阿胶三宝膏为药物模型，在常压水提条件下，考察液料质量比、浸泡时间、超声功率和超声时间4 个工艺因素对黄芪和红枣中的总多糖提取率的影响。

1 试验部分

首先搭建小试装置开展工艺因素影响试验，通过数据处理获得优化参数后，在自主开发的中药膏方（浓缩汤剂）现代化制备一体装置中开展中试验证。另外，与传统单因素试验、多因素正交试验相比，本次试验采用的均匀设计实验[4]试验点分布均匀且整齐可比，可大大减少试验次数，快速获得最优值。

1.1 试验用药

黄芪，上海柏利堂保健食品有限公司，原药材由上海市中药研究所叶愈青老师（主任药师）鉴定为蒙古黄芪的干燥根；红枣，上海柏利堂保健食品有限公司；D-无水葡萄糖标准品，中国药品生物制品检定所；苯酚，永华化学科技（江苏）有限公司，分析纯；浓硫酸，永华化学科技（江苏）有限公司，分析纯；蒸馏水，自制，二次蒸馏。

1.2 试验仪器

DDSJ-308A 实验室电导率仪，上海仪电科学仪器股份有限公司； 2410 紫外分光光度计，岛津（上海）实验器材有限公司；FA2004N 电子天平，上海精密科学仪器有限公司。

1.3 试验装置

小试试验装置如图1 所示。中药膏方（浓缩汤剂）制备一体化装置可见图2，其主要设备包括提取罐、浓缩罐、冷凝器、超声棒、自动化包装机、蒸汽发生器、自吸泵和水环真空泵等。

2 试验方案

2.1 均匀设计

试验设计时需考察4 个因素：液料质量比x1，浸泡时间x2，超声功率x3和超声时间x4。优化提取阶段总多糖提取工艺，需以总糖得率为评价指标，1 次提取时间为45 min。选取因素数为4，列号为1，2，3 和5 的U8*（85）均匀设计表[5]开展试验设计，相应偏差D=0.270 9，具体安排可见表1。

图1 膏方小试提取试验装置

图2 中药膏方一体化制备装置图

表1 U8＊（85）均匀设计表

2.2 提取过程

采用电子天平称取黄芪和红枣各50.0 g，黄芪与红枣不碎断，并放入五口烧瓶中。根据试验对应的液料质量比，加入蒸馏水，在室温下（25 ℃）浸泡相应时间；开启超声装置并调至对应功率，超声功率占空比固定为50%；开启常压冷凝回流装置，开启电陶炉并将加热功率预先调至1 500 W，待药液沸腾后将加热功率调至400 W。试验设定为1 次提取，提取时间固定为45 min，提取结束后经140 目滤布过滤得到提取液，用于后续分析。

2.3 总糖含量分析方法

根据葡萄糖溶液制作标准曲线来测定总糖含量。

（1）葡萄糖溶液制备

取葡萄糖对照品适量，精密称定，加水后制备成0.1 mg/mL 的标准溶液。

（2）标准曲线制备

分别取配置的葡萄糖标准溶液0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7mL 置于具塞试管中，依次加入0.9，0.8，0.7，0.6，0.5，0.4，0.3 mL 蒸馏水，再分别加入5%的苯酚溶液1 mL，浓硫酸5 mL，放置10 min，在40 ℃水浴中保温15 min 后取出，迅速冷却至室温。以相应的试剂为空白组，在490 nm 波长处测各浓度样品的吸光度值。以葡萄糖质量含量C（mg/mL）为横坐标，吸光度值A为纵坐标，绘制标准曲线，实验数据采用最小二乘拟合得到回归方程A=14.562C+0.006 6，r=0.999 7。结果表明，葡萄糖质量含量为0.008 4～0.058 8 mg/mL时二者线性关系良好，标准曲线可见图3。

图3 葡萄糖标准曲线

（3）供试品溶液测定

精密量取供试品溶液1 mL，置于具塞试管中，按照标准曲线制备项中的方法，从再分别加入5%苯酚溶液1 mL 开始，测定其吸光度，从标准曲线上读取供试品溶液中含葡萄糖的质量，即可得到提取液中总多糖含量。

3 结果与分析

3.1 试验结果

试验结果可见表2。

表2 U8＊（85）均匀设计优化阿胶三宝膏总多糖提取工艺

从表2 中可以看出，2 号试验总多糖得率最大为40.38%，该试验对应的工艺条件为较优提取条件。

3.2 统计建模

采用DPS 数据处理软件，将U8*（85）均匀设计表考察范围内的8 组数据进行二次多项式逐步回归分析，得到回归方程：

Y=31.589 840 08+0.000 024 398 466 641×x3×x3+0.0136 567 438 78×x1×x2-0.003 423 839 641×x1×x3-0.000 065 651 528 66×x2×x3

相关系数R=0.977 793，显著水平P=0.022 4，剩余标准偏差S=1.059 1，Durbin-Watson 统计量d=2.198 0。对模型进行显著性检验，Df=（4，3），F=16.326 4，查f分布（α=0.05）得F=9.12 ＜16.326 4，相关性显著。

二次多项式逐步回归分析的法处理数据结果可见表3。

表3 二次多项式逐步回归分析法处理数据结果

最高指标时各个因素组合情况及试验验证结果可见表4。

表4 模型预报值与试验验证结果

3.3 结果分析

由表3 中P值的大小可以得到以下结论。

（1）各研究因子对总多糖得率的影响大小为：x1*x2＞x3*x3＞x2*x3＞x1*x3，其中x4的影响不显著。液料质量比x1和浸泡时间x2对提取液电导率值的影响较为显著，从而明显影响到药材饮片的蒸煮提取及有效成分溶出过程。

（2）通常中药材浸泡时间需要根据饮片种类及质地确定，此次优化的最佳浸泡时间为390 min，配合优化后液料质量比为5 ∶1，可使黄芪和红枣中干涸细胞液浸泡充分，使细胞重新膨胀，可溶性物质逐渐溶解、释放并转移至提取介质中，从而最大限度提取有效成分。

（3）超声功率为300 W 及超声时间为5 min 时可有效加快中药材有效成分的提取速率。

（4）模型预报多糖得率最高指标为47.583 2%，此时4 个因素的优化组合为：x1=5，x2=390 min，x3=300 W，x4=5 min。采用上述预报值进行验证试验，试验结果为48.73%，模型预测值与试验值的相对误差为2.35%，验证结果与预报结果一致，模型稳定，说明优化结果能有效预测提取工艺效果，对实际操作具有一定指导意义。

4 中试生产验证

根据小试结果优化获得最优参数，固定煎煮时间为45 min，进行1 次煎煮中试试验。所需黄芪质量为2.5 kg，红枣质量为2.5 kg，纯净水为25 L。中试提取段有效成分提取结果可见表5。由表5 可知，中试生产总多糖得率为46.87%，与小试试验预报值和试验值相比，误差分别为-1.5%和-3.82%，误差均在±5%内，中试验证通过。

表5 中试生产提取段有效成分数据表

5 结论

本研究以阿胶三宝膏为药物模型开展黄芪和红枣总多糖提取试验，以总糖得率为评价指标，考察液料质量比、浸泡时间、超声功率和超声时间对提取工艺的影响。采用DPS 系统软件开展二次多项式逐步回归并拟合试验参数，对复方总多糖提取工艺进行优化并得到预报模型，并分别在小试和中试装置上对预测值进行了验证，得到了以下结论。

（1）优化后液料质量比为5 ∶1（g ∶g），浸泡时间为390 min，超声功率为300 W，超声时间为5 min，复方总多糖提取率可达48.73%，模型预测值与试验值误差为2.35%。

（2）将小试优化工艺用于膏方一体化制备装置，开展中试试验，总多糖得率达到46.87%，与小试试验预报值和试验值相比，误差分别为-1.5%和-3.82%，误差均在±5%内，说明拟合公式在一定范围内具有较好的放大预测能力。