全 文 ：白豆蔻挥发油的提取工艺优化及过程动力学研究
程轩轩，林晓仕
(广东药学院中药学院，广东 广州 510006)
摘要 目的:确定白豆蔻挥发油的最佳提取工艺，并对药材挥发油的提取过程进行深入探讨。方法:采用正交
试验法对白豆蔻挥发油的提取工艺条件进行优选。在此基础上，采用适当的动力学模型对提取过程实验数据进行
拟合，得出白豆蔻挥发油提取过程的动力学数学模型。结果:最佳提取工艺条件为:药材粉碎过 20 目筛，用 6 倍量
水提取 4 h;优化条件下的动力学模型方程为:V = 1. 76 ×(1 － e －0. 03675t) ，r = 0. 9992 和 ln (Vs － V)= － 0. 03386t +
0. 5257，r = 0. 9975。结论:在所选的条件范围内，药材粉碎度对挥发油的提取影响具有统计学意义，而加水量和提
取时间对提取效果则无显著影响。所得提取过程的数学模型较好表达了挥发油提取量和提取时间的关系，可用于
指导白豆蔻挥发油提取过程的工程放大和生产过程的优化控制。
关键词 白豆蔻;挥发油;正交设计;动力学模型
中图分类号:R284. 2 文献标识码:A 文章编号:1001-4454(2011)07-1147-03
收稿日期:2011-04-08
作者简介:程轩轩(1978-) ，女，讲师，博士，主要从事中药有效成分及药理活性研究;Tel:020-39352327，E-mail:xuanxuanch@ gmail. com。
白豆蔻又名豆蔻，始载于《开宝本草》。本品为
姜科植物白豆蔻 Amomum kravanh Pierre ex Gagnep.
或爪哇白豆蔻 Amomum compactum Soland ex Maton.
的干燥成熟果实。按照产地不同分为“原豆蔻”和
“印尼白蔻”。其味辛、性温，具有化湿行气、温中止
呕、开胃消食之功效。主要用于治疗湿阻气滞、脾胃
不和、脘腹胀满、湿温初起、胸闷不饥、胃寒呕吐、食
积不消等〔1〕。白豆蔻含有大量挥发油，是其主要药
效成分。现代药理实验证实白豆蔻挥发油具有促进
胃液分泌，增加胃黏膜血流量和血清胃泌素含量，提
高胃黏膜组织超氧化物歧化酶活性和降低黏膜组织
丙二醛含量等作用〔2〕，是芳香健胃的佳品。但目前
挥发油提取主要是通过实验室小试，确定最佳方案，
与实际生产条件相去甚远，加之对提取过程的机理
和动态特征缺乏深入研究，对工程放大和优化生产
并无直接指导意义。为此，本实验在确定白豆蔻挥
发油最佳提取工艺条件的基础上，根据物质传递理
论，建立白豆蔻挥发油提取过程的数学模型，对其提
取过程的动力学进行了研究。
1 仪器与材料
白豆蔻购自广州市海珠区老百姓大药房，经笔
者鉴定为姜科植物白豆蔻 Amomum kravanh Pierre ex
Gagnep. 的干燥成熟果实。阴干，粉碎后，分别过
20、40、60 目筛，备用。
挥发油测定器(符合 2010 年版中国药典一部附
录 XD挥发油测定器的相关标准) ;KDM 型调温电
热套;FA2204 型电子天平;FT100 型植物粉碎机等。
2 方法与结果
2. 1 提取方法 精密称取白豆蔻药粉 40 g，置于
圆底烧瓶中，参照 2010 年版中国药典一部附录 XD
挥发油测定法甲法提取挥发油〔3〕。以挥发油得率
为提取工艺条件的筛选指标。
2. 2 考察因素及水平的选择 根据预实验，选用
L9(3
4)正交表提取挥发油，选择药材粉碎度(A)、加
水倍量(B)和提取时间(C)为考察因素。考察因素
和水平安排见表 1。
表 1 因素水平表
水平
A
粉碎度 /目
B
加水倍量
C
提取时间 /h
1
2
3
20
40
60
6
8
10
4
6
8
2. 3 正交试验及结果分析 正交设计的实验数据
及其直观分析、方差分析结果见表 2 和表 3。
由上表可知，各因素对提取结果影响的程度依
次为:粉碎度(A)＞加水量(B)＞提取时间(C)。方
差分析表明，A 因素对白豆蔻挥发油得率的影响较
大，具有统计学意义(* P ＜ 0. 05) ，而 B、C 因素则无
统计学意义。综合分析以上结果，得出白豆蔻挥发
油的最佳工艺组合为 A1B1C1，即药材过 20 目筛，加
6 倍量水提取 4 h。
2. 4 最佳工艺组合的验证试验 按上述确定的最
佳提取工艺组合，精确称取白豆蔻 20 目药材 3 份各
40 g，加 6 倍量水提取 4 h。提取挥发油的量分别为
1. 66、1. 70、1. 71 mL，其平均提取量为(1. 69 ±
0. 0265)mL，RSD = 2. 65%，3 次验证试验的结果误
差较小，说明最佳工艺组合的重现性较好，稳定可
靠。
·7411·Journal of Chinese Medicinal Materials 第 34 卷第 7 期 2011 年 7 月
DOI:10.13863/j.issn1001-4454.2011.07.003
表 2 L9(3
4)正交试验数据
试验号 A B C 挥发油得率 /%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
K1
K2
K3
k1
k2
k3
R
1
1
1
2
2
2
3
3
3
8. 56
4. 98
2. 19
2. 85
1. 66
0. 73
2. 12
1
2
3
1
2
3
1
2
3
7. 61
4. 49
3. 63
2. 54
1. 50
1. 21
1. 33
1
2
3
2
3
1
3
1
2
5. 99
5. 60
4. 14
1. 97
1. 87
1. 38
0. 62
4. 14
2. 58
1. 84
2. 46
1. 29
1. 23
1. 01
0. 62
0. 56
表 3 方差分析结果
方差来源 离均差平方和 自由度 均方 F P
A
B
C
误差
6. 823
2. 928
0. 638
0. 282
2
2
2
2
3. 411
1. 464
0. 319
0. 141
24. 182
10. 379
2. 260
0. 040*
0. 088
0. 307
2. 5 提取过程的动力学分析
2. 5. 1 动力学实验数据:精密称取白豆蔻(20 目)
药材 40 g，加 6 倍量水，按照 2005 年版中国药典方
法〔3〕提取挥发油，用轻油提取器收集油样，提取 4
h，蒸馏体系保持微沸状态，每隔一定时间记录挥发
油提出量。以上操作平行进行 3 次，取平均值计算
药材含油量。
2. 5. 2 动力学模型方程一:根据动力学实验数据，
采用 Origin 8. 0 绘制提取量-时间曲线图(见图 1)。
数学模型为:V = Vs ×(1 － e － Kt)〔4〕，其中 Vs 表示药
材挥发油总量;V表示已提取的药材挥发油量。以
图 1 白豆蔻挥发油提取过程的动力学曲线
BoxLucas函数 Y = a(1 － e － bx)进行非线性拟合，得
到动模方程为:V = 1. 76 × (1 － e －0. 03675t) ，r =
0. 9983。
2. 5. 3 动力学模型方程二:按照文献〔5〕推导出的
挥发油提取过程动力学数学模型对实验数据进行拟
合，数学模型为:ln (Vs － V)= － Kt + A，其中 Vs 表
示药材挥发油总量，以该工艺蒸馏 12 h 的提取量
1. 74 mL计;V 表示已提取的药材挥发油量。拟合
效果见图 2。采用最小二乘法对实验数据进行拟
合，得拟合方程:ln (Vs － V)= － 0. 03386t + 0. 5257，
r = 0. 9941。
图 2 白豆蔻挥发油提取动力学拟合曲线
3 结论
本实验通过正交设计法优化白豆蔻挥发油提取
工艺的条件。结果表明药材粉碎度对挥发油提取得
率的影响较大，具有统计学意义;而加水量和提取时
间则无统计学意义。在实验所选范围内，确定白豆
蔻挥发油最佳提取工艺条件为:药材粉碎度 20 目，
加 6 倍量水提取 4 h。在此基础上，由动力学数据建
立白豆蔻挥发油提取过程的动模方程为:V = 1. 76 ×
(1 － e －0. 03675t) ，r = 0. 9983 和 ln (Vs － V)= －
0. 03386t + 0. 5257，r = 0. 9941。两个动模方程所求
得的动模常数 k分别为 0. 03675、0. 03386，由动模方
程计算的 Vs分别为 1. 76、1. 74 mL。两组模型实验
数据本身线性相关性较强，回归效果良好，经参数估
值后所得的模拟计算值与实验值吻合较好，说明两
组方程能够反映出挥发油的实际提取过程。实验结
果对于工程放大及生产过程中的优化控制提供有益
的参考。此外，动力学实验表明在所选范围内，白豆
蔻经水蒸气蒸馏 2 h 后，挥发油的提取量逐渐进入
动力学曲线的平台期，此后随着时间的延长，挥发油
得率增加非常缓慢。这一结果与正交试验结果(提
取时间以 4 h为最佳)相接近，证明了正交试验结果
的可信性。
参 考 文 献
［1］ 国家中医药管理局《中华本草》编委会 . 中华本草
·8411· Journal of Chinese Medicinal Materials 第 34 卷第 7 期 2011 年 7 月
［M］.第八卷 . 上海:上海科学技术出版社，1999:608.
［2］邱赛红，首第武，陈立峰，等 . 芳香化湿药挥发油部分与
水溶液部分药理作用的比较［J］. 中国中药杂志，1999，
24(5) :297-299.
［3］国家药典委员会 . 中华人民共和国药典［S］. 北京:中
国医药科技出版社，2010:附录 63.
［4］李辛，赵国虎，赵军，等 . 荜茇挥发油提取工艺优化及动
力学模型研究［J］. 应用化工，2009，38(3) :386-388.
［5］韩泳平，向永臣，王曙宾，等 . 挥发油提取过程动力学数
学模型研究［J］. 中成药，2001，23(1) :11-13.
·综述·
苦木化学成分和药理作用研究进展
赵文娜1，张新新1，谢人明1，孙文基1*
(西北大学陕西省生物医药重点实验室，陕西 西安 710069)
摘要 苦木为苦木科苦木属植物，具有较高的临床应用价值。本文综述了近年来苦木的化学成分及药理作用
研究进展，为苦木的进一步研究和开发利用提供参考。
关键词 苦木;化学成分;药理作用
中图分类号:R284 /R285 文献标识码:A 文章编号:1001-4454(2011)07-1149-04
收稿日期:2011-03-29
基金项目:西北大学研究生创新基金(10YZZ34)
作者简介:赵文娜(1986-) ，女，博士研究生，主要从事天然药物的分离分析与中药质量标准研究;Tel:029-88304569，E-mail:wenna1986@
126. com。
* 通讯作者:孙文基，Tel:029-88304569，E-mail:cxbml@ nwu. edu. cn。
苦木 Picrasma quassioides(D. Don)Benn 为苦木
科苦木属植物，以苦味著称，固有“苦树”、“苦胆”之
名，中国药典收载的苦木药材为苦木的干燥枝和叶。
具有清热祛湿、解毒消肿的功效，用于风热感冒、咽
喉肿痛、温热泻痢、湿疹、毒蛇咬伤等〔1〕。主要分布
于我国黄河流域以南各省区，其中广东和广西的山
区资源比较丰富〔2〕，生长在山坡、山谷及村边较潮
湿处，我国北方地区也有分布，药源丰富〔3〕。现将
近年来苦木的化学成分及药理作用方面的研究进展
进行总结，为深入研究和开发利用苦木提供思路。
1 苦木的化学成分
近年来，中外学者对苦木化学成分进行了大量
的基础性研究，取得了很大的研究进展。已报道的
苦木化学成分主要包括苦木苦味素类、生物碱类，其
次为挥发油、三萜、甾醇、皂苷、香豆素、醌类等。
1. 1 生物碱类 从苦木中分离到的生物碱主要有
β-咔巴啉型生物碱和铁屎米酮类生物碱以及生物碱
二聚体。β-咔巴啉型生物碱主要有:1-甲氧丙酰基-
β-咔巴啉、1-乙烯基-4-甲氧基-β-咔巴啉、1-甲酰基-4-
甲氧基-β-咔巴啉〔4〕、1-乙氧甲酰基-β-咔巴啉、1-甲
氧甲酰基-β-咔巴啉、1-甲酰基-β-咔巴啉、1-乙烯基-
4，8-二甲氧基-β-咔巴啉〔5〕、1-乙烯基-4，9-二甲氧基-
β-咔巴啉、1-乙基-4-甲氧基-β-咔巴啉、1-羟甲基-β-咔
巴啉、1-(2-羟基)-丙酸基-β-咔巴啉、1-(1，2-二羟
基)-丙酸基-β-咔巴啉〔6〕，quassidine A、B、C、D〔7〕。
铁屎米酮类生物碱主要有:4-甲氧基-5-羟基铁屎米
酮、铁屎米酮、4-甲氧基-铁屎米酮〔5〕、5-甲氧基-铁屎
米酮［6］、3-甲基-铁屎米-5，6-二酮、3-甲基-铁屎米-2，
6-二酮、4，5-二甲氧基铁屎米酮〔4〕、4，10-二羟基-5-
甲氧基铁屎米酮〔8〕、1-羟基-3-甲基铁屎米-2，6-二
酮〔9〕。已得到的生物碱二聚体包括 picrasidine A、
picrasidine C、picrasidine M、picrasidine N、picrasidine
H、picrasidine R、(±)picrasidine F、(±)picrasidine
S、(±)picrasidine T、picrasidine U〔10〕。
1. 2 苦木苦味素类 苦木苦味素多为四环三萜内
酯及五环三萜内酯，是该科的特征性成分，有解热、
驱虫、治阿米巴痢疾及杀虫作用〔11〕。苦木所含苦味
素类主要有苦木半缩醛(nigakihemiacetal)A、B、C、
D、E、F，苦木内酯(nigakilactone)A、B、C、D、E、F、G、
H、I、J、K、L、M、N〔12〕，苦树素(picrasin)C、D、E、F、
G〔13〕，picraqualides A、B、C、D〔14〕，苦木苷(picrasino-
sides)A、B、C、D、E、F、G。
1. 3 其他类化合物 从苦木中分离得到的三萜类
化合物有: (24Z)-3α-oxa-homo-27-hydroxy-7，24-tri-
ucalladien-3-one、(24Z)-27-hydroxyl-3-oxo-7，24-tri-
ucalladien-21-a1、(24Z)-27-hydroxyl-7，24-trircalladi-
en-3-one、(24Z)-27-hydroxyl-3-oxo-7，24-triucalladi-
en-21-oate、(24Z)-7，24-triucalladienene-3β，27-diol、
·9411·Journal of Chinese Medicinal Materials 第 34 卷第 7 期 2011 年 7 月