星点设计-效应面优化法对四物汤醇沉工艺的研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇星点设计-效应面优化法对四物汤醇沉工艺的研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

[摘要] 目的：在四物汤水提液的醇沉工艺中引入星点设计-效应面优化法，优化实验设计、指标评价，进而获得较好的醇沉效果。方法：选择清膏浓度、含醇量和静置时间为考察因素，按照星点设计进行提取，用浸膏得率，以及梓醇、芍药苷和阿魏酸的含量作为评价指标，算得总评“归一值”，并进行二项式拟合，描绘三维效应面，从效应面上选取对总评“归一值”较佳的实验条件。结果：二项式拟合复相关系数较高，r2为0.898，以较佳条件提取，得总评“归一值”0.781 6，与理论预测值的偏差为-1.20%。结论：采用星点设计-效应面优化法能对四物汤水提液的醇沉工艺进行较好的优化，为中药方剂的醇沉工艺研究提供了一条新思路。

[关键词] 四物汤；醇沉工艺；总评“归一值”；星点设计；效应面

[中图分类号] R943.4[文献标识码]A [文章编号]1673-7210（2009）01（c）-017-03

The Study on the ethanol precipitation techniques of Four Herbs Decoction by central composite design/response surface methodology

WU Yong1, HE Fu-yuan2, CAO Yan3, SUN Zhi-liang1, ZHANG Ming-jun1, PENG Tao1

(1.Hunan Agricultural University Veterinary Faculty, Changsha410128, China; 2.School of Pharmacy, Hunan University of TCM, Changsha410007, China; 3.Yueyang Polytechnical College, Yueyang414000, China)

[Abstract] Objective: To determine the optimized ethanol precipitation techniques of Four Herbs Decoction by applying central composite design/response surface methodology to the experiment design and evaluation index. Methods: The ethanol precipitation technique of Four Herbs Decoction was optimized by central composite design after selecting experiment factors such as extracta concentration, alcohol content, standing time, and evaluation index such as the content of extracta, catalpol, peoniflorin, ferulic acid. Then a better ethanol precipitation technique was determined according to binomial fitting and 3D-response surface graphs. Results: The regression coefficient of the nonlinear estimation was 0.898. According to the optimum experimental conditions, an overall desirability of 0.781 6 was obtained. The bias between observed and predicted values of the overall desirability of the optimum formulation was -1.20%. Conclusion: The ethanol precipitation techniques of Four Herbs Decoction can be optimized more better by central composite design/response surface methodology.

[Key words] Four Herbs Decoction; Ethanol precipitation techniques; Overall desirability; Central composite design;Response surface

中药提取液所含成分复杂与众多，所得浸膏量比较多，不利于制剂，故在控制指标成分的前提下进行调成适当浓度的乙醇溶液除杂，同时使浸膏量减少便于制剂。四物汤是中医补血、养血的经典药方[1]，方由当归、川芎、芍药、熟地四味药组成，其有效成分有阿魏酸、芍药苷、梓醇等。在四物汤水提浓缩液的醇沉工艺中，清膏浓度比、含醇量和静置时间对醇沉效果影响较大，故选取这三个因素进行实验考察。在醇沉工艺最优因素筛选中，常需考察多个因素的多个水平，为减少实验次数并考察因素间的相互作用，需进行实验设计。采用固定其他因素改变某一因素的单因素考察法能收到一定效果，但条件优选凭经验，且无法考察各因素间的相互作用。因素水平数较少时可采用析因设计；较多时，需采用实验次数较少的实验设计优化法。国内常用均匀设计和正交设计进行优化，但此两种方法基于线性模型，因此实验精度不够，建立的数学模型预测性较差，不适于二次以上多项式模型。而选用集数学和统计学方法于一体的效应面优化法进行优化，实验设计采用星点设计[2-6]，则适用于非线性模型的实验设计的优化，相关系数能有很大的提高；且能指出某一因素的取值方向，求得极值，最佳条件下效应的预测值和实测值偏差较小。故采用星点设计-效应面优化法应用于四物汤水提浓缩液的醇沉工艺，为中药方剂醇沉工艺的研究提供一条新的途径。

1 材料与仪器

Waters高效液相色谱仪，Waters1500泵，Waters 2487双波长检测器，Breeze工作站（美国Waters公司）；ZK-82A型真空干燥箱（上海实验仪器总厂）；RE52-99型旋转蒸发器(上海亚荣生化仪器厂)；Adventure分析天平（美国Ohaus公司）；阿魏酸、芍药苷、梓醇对照品（购于中国药品生物制品检定所），甲醇、乙腈为色谱纯，蒸馏水为重蒸馏水，其他试剂均为分析纯。处方：熟地黄15 g、当归10 g、白芍10 g、川芎6 g，其中熟地、当归、白芍、川芎均购于湖南中医药大学附属一院中药房，并按照2005年版《中国药典》进行鉴定，符合标准。

2 醇沉工艺优选

2.1 实验方法

依处方比例称取药材，按提取优选工艺条件进行提取，合并水提液。浓缩后加无水乙醇调至所设计醇浓度，静置一段时间后，抽滤，醇液浓缩至50 ml备用。以浸膏得率、阿魏酸含量、芍药苷含量、梓醇含量为考察指标来优选醇沉工艺。

2.2 浸膏得率的测定

精密量取醇液10 ml，置已干燥至恒重的蒸发皿中，在水浴上蒸干后，置于105℃干燥3 h，移至干燥器中，冷却30 min，迅速精密称定质量，计算即得。

2.3 含量测定

2.3.1色谱条件Alltech Apollo C18色谱柱（250 mm×4.6 mm，5 μm），测定芍药苷、阿魏酸、梓醇的流动相分别为：乙腈-0.1%磷酸（16∶84）、乙腈-0.1%磷酸（22∶78）、乙腈-0.1%磷酸（2∶98）；检测波长分别为：230 nm、316 nm和210 nm；流速：1.0 ml/min；柱温：40℃。

2.3.2 对照品溶液的制备精密称取芍药苷对照品12.5 mg、梓醇对照品16.0 mg、阿魏酸对照品10.5 mg，置于10 ml容量瓶，加甲醇溶解并稀释至刻度，摇匀，再分别取芍药苷甲醇液、梓醇甲醇液1 ml于25 ml容量瓶中，阿魏酸甲醇液1 ml于50 ml容量瓶中，加甲醇摇匀定容至刻度，即得0.050 mg/ml的芍药苷对照品溶液、0.064 mg/ml的梓醇对照品溶液、0.021 mg/ml的阿魏酸对照品溶液。

2.3.3 供试品溶液的制备与测定取25 ml容量瓶，加入甲醇定容至刻度，精密称取干浸膏，置于其中，超声20 min，静置，取部分上清液离心，精密量取离心液1 ml于25 ml容量瓶中，用甲醇定容至刻度配成0.08 g/ml，用0.45 μm微孔薄膜滤过，取续滤液作为供试品溶液。精密吸取对照品与供试品溶液适量，注入高效液相色谱仪，测定峰面积，计算即得。

2.4 星点实验设计

根据初步实验结果，选择对醇沉工艺影响较大的因素[7]，即清膏浓度、含醇量、静置时间，根据星点设计，清膏浓度、含醇量、静置时间三个自变量的水平极值分别为，X1(清膏浓度比)：1∶0.5～1∶3.0（1∶0.5表示1 ml浓缩液相当于0.5 g处方药材量），X2(含醇量)：40%～70%，X3（静置时间）：8～24 h。水平的安排遵循任意两个物理量之间的差值与对应代码之间差值成等比的原则。如以X3为例，代码1所对应的物理量N的求算：

(N-8)/(24-8)=[-1-(-1.732)]/[1.732-(-1.732)]，

N=[-1-(-1.732)]/[1.732-(-1.732)]×(24-8)+8=10.6

三个因素的取值见表1，实验设计见表2。以浸膏收率、阿魏酸含量、芍药苷含量、梓醇含量为考察指标来优选醇沉工艺，因素水平安排见表3。

2.5 醇沉工艺数据处理

以所选因素清膏浓度、含醇量、静置时间进行醇沉工艺研究，以浸膏量、芍药苷、梓醇和阿魏酸的含量为指标，每个指标均标准化为0～1之间的“归一值”， 各指标“归一值”求算几何平均数，得总评“归一值”。公式如下:

OD=(d1d2…dk)1/k（K为指标数）

对取值越小越好的因素和取值越大越好的指标，分别采用Hassan 方法分别进行数学转换求“归一值”dmin和dmax，公式如下：

dmin=(Ymax -Yi)/(Ymax-Ymin)

dmax=（Yi-Ymin）/（Ymax-Ymin）

各指标归一值及总评归一值计算结果见表3。

以总评“归一值”对各因素进行多元线性回归，r2=0.143，拟合度较低，用二项式：Y=b0＋b1X1＋b2X2＋b3X3＋b4X12＋b5X22＋b6X32＋b7X1X2＋b8X1X3＋b9X2X3进行拟合，r2=0.898，拟合度较高，方程式如下：OD=-8.152＋0.719X1＋0.274X2＋0.108X3－0.407X12－0.003 06X22－0.004 69X32＋0.020 37X1X2－0.029 2X1X3＋0.001 691X2X3。本实验以此方程作为分析及预测的模型，固定三个自变量之一为中值，以总评“归一值”为因变量，相对于另两个自变量的效应面三维图见图1～3。

由图1～3判断，清膏浓度、含醇量、静置时间在所试验的中值附近对总评“归一值”较明显;根据效应面优选的3个因素其较佳工艺范围为，X1：1.5～2.0；X2：55%～61%；X3：17.6～20.8 h，运用Matlab 6.5软件计算得，当X1为1.68、X2为58%、X3为19.2 h时总评“归一值”OD最大，为0.772 3，故采用X1：1.68、X2：58%、X3：19.2 h进行醇沉验证，浸膏得率为12.1%、芍药苷189.28 mg、梓醇20.53 mg和阿魏酸12.98 mg，其总评“归一值”为0.781 6，预测值为0.772 3，偏差为(0.781 6－0.772 3)/0.772 3=1.20%，总评“归一值”预测及实测值偏差较小，表明本实验建立的数学模型可用来预测四物汤其醇沉工艺的总评指标，最佳醇沉工艺为提取液浓缩至1.68，调含醇量至58%，静置19.2 h。

在醇沉工艺中，通常需兼顾多个影响因素及多个参考指标，一般效应值在最佳实验条件区域附近变化比较灵敏，实验条件的微小变化均可造成效应值的大幅变化，用效应面表示弯曲面，适合于用非线性模型拟合，并且随着实验条件远离较优区，效应面弯曲度逐渐减小，愈远离，线性愈好，如果以均匀设计和正交设计法进行模型拟合时，线性相关系数愈大，因素水平的选择反而离最优区愈远(效应与因素之间关系呈线性的除外，但完全线性关系较少)，这与优化的目的背道而驰，而星点设计-效应面优化法则适用于非线性模型，提高数学模型的预测性，能更好地体现各因素、指标与效应值的关系，因此，采用星点设计-效应面优化法能优选条件，量化指标，以提高优化预测的准确性，为研究中药方剂的醇沉工艺研究提供了一条好途径。

[参考文献]

[1]邓中甲.方剂学[M].北京:中国中医药出版社,2003.168-169．

[2]刘艳杰,项荣武.星点设计效应面法在药学试验设计中的应用[J].中国现代应用药学,2007,24(6):455-457.

[3]宋英,樊敏伟.星点设计-效应面法优化穿心莲滴丸制备工艺研究[J].时珍国医国药,2008,19(7):1753-1754.

[4]吴伟,崔光华.星点设计-效应面优化法及其在药学中的应用[J].国外医学・药学分册,2000,27(5):292-297.

[5]简晓顺,程国华,赵鑫,等.星点设计法优化汉防己甲素壳聚糖微球的处方[J].中国药房,2008,19(16):1231-1233.

[6]Molpeceres J, Guzman M, Aberturas MR, et al. Application of central composite designs to the preparation of polycaprolactone nanoparticles by solvent displacement [J]. J Pharm Sci,1996,85(2):206.

[7]肖琼,沈平壤.中药醇沉工艺的关键影响因素[J].中成药,2005,27(2):143-144.

（收稿日期:2008-10-28）