景炳年，魏 磊，周 雍，范 毅，劉雨晴，王學方，陳 飛，張華南，馬艷妮，王 偉

(河南省生物技術開發(fā)中心/河南省植物天然產(chǎn)物開發(fā)工程技術研究中心，河南鄭州450002)

山銀花為忍冬科植物灰氈毛忍冬(Lonicera macranthoides Hand.－Mazz.)、紅 腺 忍 冬(Lonicera hypoglauca Miq.)、華南忍冬(Lonicera confuse DC.)或黃 褐 毛 忍 冬(Lonicera fulvotomentosa Hsu et S.C.Cheng)的干燥花蕾或帶初開的花［1］，為常用大宗藥材，藥食兼用品種［2］。山銀花因其較好的清熱解毒、涼散風熱之功效，一直被作為多種中成藥的主要原料［3－4］。現(xiàn)代藥理學研究表明，山銀花具有抗炎［5－7］、抗菌［8－9］、抗病毒［10－13］、抗氧化［14－16］、抗動脈粥樣硬化等作用［17］，近年來，山銀花還被廣泛應用于食品、飲料、保健品、化妝品和獸醫(yī)用等方面［18］。因此，山銀花具有非常巨大的市場開發(fā)潛力。

山銀花富含揮發(fā)油、有機酸、皂苷類等多種活性成分，其中三萜皂苷類化合物是綠原酸之外的具有抗炎作用的有效成分［19］。山銀花中三萜皂苷類成分主要為灰氈毛忍冬皂苷甲、灰氈毛忍冬皂苷乙、川續(xù)斷皂苷乙和川續(xù)斷皂苷Ⅵ等［20］。相關研究表明，山銀花總皂苷對多種原因所致的肝毒性、肝損傷具有明顯的保護作用［21－27］。此外，山銀花總皂苷還具有抗炎［28］、抗食物過敏［29－31］的作用。

尋找一種高效、實用的提取工藝是山銀花總皂苷作為有效部位進一步開發(fā)研究的重要環(huán)節(jié)。黃佳等［32］和繆艷燕等［33］分別以正交試驗建立了乙醇回流提取山銀花中灰氈毛忍冬皂苷乙和川續(xù)斷皂苷乙和煎煮法提取黃褐毛忍冬中α－常春藤皂苷的最佳提取工藝，張衛(wèi)軍等［34］利用正交設計法考察了微波輔助法提取黃褐毛忍冬總皂苷的工藝，這些研究多限于對α－常春藤皂苷等特定成分的提取，或以正交試驗方法確定總皂苷最佳提取條件，但目前未見利用響應面法優(yōu)化山銀花總三萜超聲提取工藝，并研究其抑菌和抗氧化活性的報道。本研究擬在前期單因素試驗基礎上，采用響應曲面方法(Response Surface Methodoloy，RSM)進一步綜合分析比較影響超聲波提取山銀花總三萜的關鍵因素，確定最佳工藝參數(shù);并對所提取的總三萜進行抑菌作用和抗氧化活性研究，以期為該植物資源的充分、合理開發(fā)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

山銀花 購自河南鄭州中草藥批發(fā)市場，產(chǎn)地湖南，經(jīng)河南中醫(yī)藥大學生藥學專家董誠明教授鑒定為灰氈毛忍冬(Lonicera macranthoides Hand.－Mazz.)的 干 燥 花 蕾;齊 墩 果 酸 標 準 品(批 號121213，純度≥98%)成都普菲德生物技術有限公司;大腸桿菌(Escherichia coli)ATCC 25922、金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)ATCC 29213、化膿性鏈球菌(Streptococcus pyogenes)ATCC 19615、鼠傷寒沙門氏菌(Salmonella typhimurium)ATCC 13311、肺炎鏈球菌(Streptococcus pneumoniae)ATCC 49619、銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)ATCC 27853、肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)ATCC 700603 以上7株試驗菌株凍干菌種購自南京便診生物科技有限公司;糞腸球菌(Enterococcus faecalis)、嗜麥芽窄食單胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)、都柏林沙門氏菌(Salmonella dublin)以上3株試驗菌株凍干菌種為河南省科學院天然產(chǎn)物重點試驗室保存菌種;胰蛋白胨 上海寶錄生物科技有限公司;牛肉浸膏 北京雙旋微生物培養(yǎng)基制品廠;微量MIC測定板 美國Corning公司;無水乙醇、香草醛、冰醋酸、高氯酸 均為分析純，購自北京化工廠。

DHG－9055A型電熱鼓風干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司;ME－204型電子天平 美國Mettler公司;114搖擺式四兩裝高速中藥粉碎機 瑞安市永歷制藥機械有限公司;KQ－500E型超聲波清洗儀(功率500 W，頻率40 k Hz)昆山市超聲儀器有限公司;EYELA N－1100型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海愛郎儀器有限公司;SHB－III型水循環(huán)式真空泵 鄭州長城科工貿(mào)有限公司;TU－1810型紫外分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司;YJ－VS－2型超凈工作臺 無錫一凈凈化設備有限公司;SYQ－DSX－280B型手提式壓力蒸汽滅菌鍋 上海申安醫(yī)療器械廠;wi93008型麥氏比濁儀 北京東西儀科技有限公司;DHP－9082型電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海紅華儀器有限公司;XMTD－7000型恒溫水浴鍋 北京市永光明醫(yī)療儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 山銀花粗粉的制備 將山銀花置于50℃恒溫干燥箱內(nèi)烘干24 h后，使用高速中藥粉碎機粉碎，過40目篩得到山銀花粗粉。

1.2.2 山銀花總三萜的提取工藝 精密稱取山銀花粗粉1.0 g，置于100 mL錐形瓶中，加溶劑超聲輔助(40 kHz頻率固定)提取，重復三次，濾液合并后濃縮，定容至50 mL容量瓶中，搖勻。精密吸取0.2 mL提取液置于10 mL容量瓶中，進行測定并計算山銀花總三萜得率。平行3次，取平均值［35］。

1.2.3 單因素實驗

1.2.3.1 不同乙醇濃度對總三萜得率的影響 在料液比1∶20(g/mL)、超聲溫度50℃、超聲時間60 min的條件下，乙醇濃度分別為20%、40%、60%、80%、100%時，以總三萜得率為考核指標，考察乙醇濃度對山銀花總三萜得率的影響。

1.2.3.2 不同料液比對總三萜得率的影響 在乙醇濃度60%、超聲溫度50℃、超聲時間50 min的條件下，料液比分別為1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30(g/mL)時，以總三萜得率為考核指標，考察料液比對山銀花總三萜得率的影響。

1.2.3.3 不同超聲溫度對總三萜得率的影響 在乙醇濃度60%、料液比1∶25(g/mL)、超聲時間50 min的條件下，超聲溫度分別為30、40、50、60、70℃時，以總三萜得率為考核指標，考察提取溫度對山銀花總三萜得率的影響。

1.2.3.4 不同超聲時間對總三萜得率的影響 在乙醇濃度60%、料液比1∶25(g/mL)、超聲溫度60℃的條件下，超聲時間分別為20、40、60、80、100 min時，以總三萜得率為考核指標，考察超聲時間對山銀花總三萜得率的影響。

1.2.4 響應面試驗 在上述單因素實驗的基礎上，根據(jù)Box－Behnken試驗設計原理，采用統(tǒng)計分析軟件Design－Expert 8.0.6，以乙醇濃度(A)、料液比(B)、超聲溫度(C)和超聲時間(D)作為因素，以總三萜得率(Y)為考察值，進行4因素3水平的Box－Behnken的中心組合設計，試驗因素設計水平見表1。

表1 響應曲面試驗因素水平表Table 1 Factors and levels table of response surface experiment

1.2.5 山銀花總三萜含量及得率的測定

1.2.5.1 齊敦果酸標準曲線的制定 本試驗采用香草醛－冰醋酸－高氯酸分光光度法測定總三萜含量，具體方法參照參考文獻［36］。以齊墩果酸計，在550 nm波長處測定吸光值。繪制齊敦果酸標準溶液吸光度與其質(zhì)量濃度標準曲線，擬合得線性回歸方程為Y=2.8175x－0.0073，R2=0.9992。說明齊墩果酸標準品在0～0.02 mg/mL內(nèi)線性關系良好。

1.2.5.2 含量及得率測定 精密吸取各設定條件下提取的山銀花提取液0.2 mL置于10 mL容量瓶中，按照1.2.3.1中的方法進行測定。根據(jù)標準曲線回歸方程，由吸光度求出提取液中的總三萜質(zhì)量濃度，并按照下式計算各處理的總三萜得率:

式中:c為從線性回歸方程中求出山銀花總三萜的質(zhì)量濃度，mg/mL;v為提取液體積，mL;n為稀釋倍數(shù);m為原料質(zhì)量，g。

1.2.6 山銀花總三萜提取物的抑菌活性測定

1.2.6.1 菌株復蘇及菌懸液的制備 用無菌接種環(huán)分別刮取少量的活化的菌種于裝有100 mL無菌液體培養(yǎng)基中，37℃下恒溫搖床培養(yǎng)24 h，用液體培養(yǎng)基稀釋制成濃度為106～108CFU/mL的菌懸液，備用。

1.2.6.2 最小抑菌濃度(MIC)的測定 采用倍比稀釋法［37］測定山銀花總三萜的最小抑菌濃度(Minimum Inhibitory Concentration，MIC)。將山銀花總三萜提取物用5%DMSO(v/v)+1%吐溫－80(v/v)溶液配制成初始質(zhì)量濃度為200 mg/mL的溶液，用0.22μm濾膜過濾，為樣品原液，再用液體培養(yǎng)基依次倍比稀釋8個濃度，即濃度依次為100、50、25、12.5、6.25、3.13、1.56、0.78 mg/mL。將母液及稀釋成不同濃度的藥液依次加入微量MIC測定板中，每孔0.1 mL;再分別加入已稀釋好的各種菌液，每孔0.1 mL。每種分別設置陽性對照(加入0.1 mL菌液和0.1 mL液體培養(yǎng)基)和陰性對照(只加液體培養(yǎng)基)，制備好的微量MIC測定板于37℃恒溫箱中培養(yǎng)24 h觀察結果，完全沒有細菌生長時的最低濃度即為最小抑菌濃度(MIC)。

1.2.6.3 最小殺菌濃度(MBC)的測定 取定量上述無細菌生長的各孔取樣分別涂布于相應的無菌瓊脂平板上，于37℃條件下培養(yǎng)24 h，觀察結果，以平板上無細菌生長的最低藥物濃度為MBC。

1.2.7 山銀花總三萜提取物的抗氧化活性測定

1.2.7.1 DPPH自由基清除率測定 參照Blois［38］的方法測定，略有變動。取質(zhì)量濃度分別為3、6、12、24、48、96 mg/mL樣品溶液100μL，加入0.2 mmol/L DPPH溶液100μL，充分混勻，避光靜置30 min后，以甲醇為空白對照，抗壞血酸(VC)為陽性對照，于517 nm波長處測吸光度。每一樣品平行測3次，取平均值。清除率公式表示為:

DPPH清除率(%)=(1－D1/D2)×100

式中:D1為樣品或者陽性對照吸光度;D2為空白對照吸光度。

1.2.7.2 ABTS自由基清除率測定 參照Re等［39］的方法測定。在反應體系中，樣品溶液質(zhì)量濃度亦分別為3、6、12、24、48、96 mg/mL，體積100μL，以甲醇為空白對照，抗壞血酸為陽性對照。每一樣品平行測3次取平均值，計算公式同1.2.7.1。

1.3 數(shù)據(jù)處理

單因素實驗數(shù)據(jù)運用Origin 7.5軟件繪制趨勢曲線圖;采用Design－Expert 8.0.6軟件進行響應曲面試驗設計、數(shù)據(jù)分析和二次模型的建立，通過對回歸方程的解析以及響應曲面的分析獲得最佳變量水平，通過F值考察(P＜0.05)模型及因素的顯著性。所有試驗重復3次，數(shù)據(jù)結果用均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 不同乙醇濃度對山銀花總三萜得率的影響 乙醇濃度對山銀花總三萜得率的影響比較大，總三萜得率隨乙醇濃度的增大呈先升后降的趨勢，乙醇濃度為60%，總三萜得率最高，說明山銀花總三萜在60%左右乙醇中溶解度最大，當乙醇濃度在60%以上時，導致某些總三萜物質(zhì)的溶解度下降，而山銀花中一些醇溶性雜質(zhì)、色素及親脂性強的成分溶出量增加［40］，從而影響山銀花總三萜得率。因此，選擇60%乙醇為最佳提取濃度。

圖1 乙醇濃度對總三萜得率的影響Fig.1 Effects of ethanol concentrations on total triterpenoids yield

2.1.2 不同料液比對山銀花總三萜得率的影響 由圖2可知，料液比達到1∶10～1∶25(g/mL)區(qū)間時，總三萜得率呈上升趨勢，當液料比達到1∶25(g/mL)時，得率達到最高。超過1∶25(g/mL)后，山銀花總三萜得率下降較為明顯，這可能是由于溶劑用量增大，導致超聲波與山銀花粗粉作用減弱［41］，總三萜得率降低，因此，料液比以1∶25為宜。

圖2 料液比對總三萜得率的影響Fig.2 Effects of ratios of solid to liquid on total triterpenoids yield

2.1.3 不同超聲溫度對山銀花總三萜得率的影響 由圖3可知，隨著超聲溫度的升高，總三萜得率不斷增大，這可能是因為溫度升高導致分子的運動速度和滲透擴散能力加快，加快了三萜類物質(zhì)的溶出率，60℃時總三萜得率最高，超過此溫度后總三萜得率下降，可能是由于溫度過高會使山銀花中部分三萜類化合物裂解，同時溫度的加大也會增加雜質(zhì)的溶出［42］，影響總三萜測定，所以選超聲溫度在60℃為宜。

圖3 超聲溫度對總三萜得率的影響Fig.3 Effects of ultrasonication temperatures on total triterpenoids yield

2.1.4 不同超聲時間對山銀花總三萜得率的影響 從圖4可以看出，40 min左右的提取時間可以達到最大的得率，此后逐漸降低。說明在提取40 min左右時，山銀花粗粉與提取溶劑充分接觸，細胞基本破碎完成，傳質(zhì)達到了飽和，總三萜已充分溶出;繼續(xù)延長超聲時間，可能會影響山銀花中部分三萜類化合物的穩(wěn)定性，同時雜質(zhì)溶出也會增加，反而降低了提取效果，故選40 min為宜。

2.2 響應曲面法優(yōu)化山銀花總三萜的提取工藝

圖4 超聲時間對總三萜得率的影響Fig.4 Effects of ultrasonication time on total triterpenoids yield

2.2.1 響應面試驗設計與結果 根據(jù)Box－Behnken中心組合設計原理，結合單因素實驗結果，選取響應面試驗因素A(乙醇濃度)、B(料液比)、C(超聲溫度)和D(超聲時間)作為自變量，總三萜得率作為響應值即因變量，采用四因素三水平響應面分析法優(yōu)化山銀花總三萜超聲輔助提取工藝參數(shù)，響應面試驗設計和試驗結果見表2。

表2 響應面試驗設計方案和試驗結果Table 2 Matrix and experiments results of response surface methodology

表3 二次回歸模型的方差分析結果Table 3 Analysis of variance for each term of developed quadratic regression model

2.2.2 模型的建立及其顯著性檢驗 采用Design－Expert 8.0.6軟件對表2數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合、得到山銀花總三萜得率(Y)對乙醇濃度(A)、料液比(B)、超聲溫度(C)和超聲時間(D)的二次多項回歸模型為:Y=3.3402+0.27583A+0.15692B+0.10133C+0.19058D+0.1465AB+1.25E－003AC+0.08725AD+0.07325BC+0.111BD－0.0575CD－0.53323A2－0.62585B2－0.13047C2－0.0761D2。

對該模型方程方差分析和顯著性檢驗可知(見表3)，該回歸模型(P＜0.0001)，說明該模型是極顯著的;失擬項P=0.1799＞0.05，表明失擬不顯著，即該模型對本試驗擬合程度良好;模型的決定系數(shù)R2=0.9434，說明總三萜得率的變化有94.34%來自于所選試驗因素，因此該回歸方程可以很好地描述各試驗因素與總三萜得率之間的關系;校正決定系數(shù)，說明該模型能解釋88.67%響應值的變化。

回歸方程各項方差表明，一次項A、B、D極顯著(P＜0.01)，C顯著(P＜0.05);二次項A2、B2極顯著(P＜0.01)，C2、D2不顯著(P＞0.05);交互項均不顯著，說明不同提取條件與山銀花總三萜得率之間不是簡單的線性關系。試驗因素系數(shù)的F值越大則表明該因素對響應值的影響越大，因此影響山銀花總三萜得率由大到小的因素為A＞D＞B＞C，即乙醇濃度＞超聲時間＞料液比＞超聲溫度。

2.2.3 響應面交互作用分析 為確定乙醇濃度(A)、料液比(B)、超聲溫度(C)和超聲時間(D)及其交互作用對炒山銀花總三萜得率的影響，根據(jù)回歸方程繪出響應面圖，如圖5所示。

由圖5可知，響應面均為開口向下的凸形曲線，乙醇濃度(A)、料液比(B)、超聲溫度(C)、超聲時間(D)4個實驗因子與總三萜得率基本呈拋物線關系，說明在試驗范圍內(nèi)響應值存在極高值，即山銀花總三萜提取最優(yōu)條件存在于所設計的因素水平范圍之內(nèi)。

通過Design－Expert 8.0.6軟件求解方程，對回歸方程進行分析處理，獲得超聲輔助提取山銀花中總三萜化合物的最優(yōu)提取工藝為:乙醇濃度60.00%、料液比1∶26.75(g/mL)、超聲溫度62.70℃、超聲時間60.00 min，此條件下，山銀花總三萜得率的理論預測值為3.36%。為了驗證響應面法所得結果的可靠性，考慮到實際操作的可行性，將最佳提取工藝參數(shù)修正為:乙醇濃度60%、料液比1∶26(g/mL)、超聲溫度63℃、超聲時間60 min，在優(yōu)化條件下重復試驗3次，實際測得的山銀花總三萜平均得率為3.37%±0.02%，與預測值基本吻合，進一步驗證了該理論模型的可行性，也說明由該模型優(yōu)化得出的最佳工藝對于超聲輔助提取山銀花總三萜化合物的工藝具有實際應用價值。

2.3 抑菌試驗結果

采用倍比稀釋法研究了山銀花總三萜化合物對所選10種常見致病菌的抑制活性，結果見表4。

圖5 各兩因素交互作用對山銀花總三萜得率影響的響應面圖Fig.5 Response surface of two factors interaction effects on the extraction of TTL

表4 山銀花總三萜對10種常見致病菌MIC/MBC的測定結果(mg/mL)Table 4 MIC/MBC of 10 pathogenic bacteria by TTL(mg/mL)

結果表明，山銀花總三萜提取物對試驗所選的10種常見致病菌均有較好的抑制作用，尤其是對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、化膿性鏈球菌和肺炎鏈球菌抑制作用最強，最小抑菌濃度(MIC)和最小殺菌濃度(MBC)均在12.5 mg/mL以下。此外，由抑菌活性結果可知，山銀花總三萜提取物對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌均具有明顯的抑制作用，且對革蘭氏陽性菌的抑制能力強于對革蘭氏陰性菌的抑制能力。山銀花提取物抑菌活性的相關研究也證實［8－9］，山銀花具有較強的廣譜抗菌作用，對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、肺炎球菌、銅綠假單胞菌、甲型溶血性鏈球菌、乙型溶血性鏈球菌、白喉桿菌、綠膿桿菌等大多數(shù)細菌均有顯著的抑菌和殺菌作用，這與本研究的結果相一致。因此，山銀花總三萜具有被研究開發(fā)成廣譜抗菌劑的潛在應用價值。

2.4 抗氧化試驗結果

DPPH和ABTS自由基清除試驗結果顯示，在濃度為0.5～4 mg/mL范圍內(nèi)，對DPPH和ABTS自由基清除率隨山銀花總三萜含量增加而增強，呈現(xiàn)出良好的劑量效應關系。山銀花總三萜對DPPH和ABTS自由基的清除率高于齊墩果酸，但均低于VC陽性對照。

圖6 山銀花總三萜DPPH·清除作用Fig.6 The scavenging effects of TTL on DPPH free radical

圖7 山銀花總三萜ABTS·清除作用Fig.7 The scavenging effects of TTL on ABTSfree radical

3 結論

在單因素實驗基礎上，采用響應面優(yōu)化超聲波輔助提取山銀花總三萜的試驗參數(shù)并建立其提取工藝二次多項式理論模型，模型擬合度良好。最終確定最佳提取工藝條件為:乙醇濃度60%、料液比1∶26(g/mL)、超聲溫度63℃、超聲時間60 min，在此優(yōu)化條件下，山銀花總三萜平均得率為3.37%±0.02%，與模型預測結果相接近，說明此優(yōu)化工藝參數(shù)可靠。

山銀花總三萜提取物具有廣譜的抑菌活性，對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌均有較好的抑制作用，尤其是對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、化膿性鏈球菌和肺炎鏈球菌抑制作用最強，最小抑菌濃度(MIC)和最小殺菌濃度(MBC)均在12.5 mg/mL以下。山銀花總三萜具有被研究開發(fā)成廣譜抗菌劑的潛在應用價值。此外，山銀花總三萜對DPPH和ABTS自由基均有較好的清除作用，且清除效果與總三萜濃度均呈現(xiàn)一定的正相關關系，但清除率均低于陽性對照VC。

本試驗只對山銀花總三萜的抑菌抗氧化活性做了一些初步的分析，為山銀花資源的開發(fā)利用提供了一定的數(shù)據(jù)支撐。但山銀花總三萜成分復雜，其發(fā)揮抑菌抗氧化作用的三萜化合物種類及山銀花總三萜體內(nèi)抗菌抗氧化活性評價有待進一步研究。