全 文 ：［制 剂］
星点设计-效应面法优化白茅根总酚酸提取工艺
刘荣华， 陈石生， 任 刚， 邵 峰， 黄慧莲， 杨 明
(江西中医学院现代中药制剂教育部重点实验室，江西 南昌 330004)
收稿日期:2010-08-12
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30860363)
作者简介:刘荣华(1964—) ，男，教授，博士，从事中药质量评价和中药活性物质基础研究。Tel:(0791)7119010，E-mail:rhliu@ 163． com
摘要:目的 优化白茅根总酚酸的提取工艺。方法 采用超声波辅助提取法，选取提取试剂浓度、提取时间、提取温度和
料液比作单因素试验，在此基础上采用星点设计考察提取试剂浓度、提取时间及提取温度 3 因素对提取工艺的影响，对
结果进行二项式方程拟合，效应面法筛选最佳条件并进行预测分析。结果 得到的最佳提取工艺条件为乙醇浓度为
40%，提取时间 38 min，提取温度为 33 ℃，料液比为 1 ∶ 40，总酚酸质量分数的预测值为 2． 71 mg /g。验证实验的总酚酸
质量分数为 2． 46 mg /g，与预测值接近。结论 说明模型可靠。该工艺步骤简单，稳定可行。
关键词:白茅根;总酚酸;提取工艺;星点设计;效应面法
中图分类号:R284． 2 文献标志码:A 文章编号:1001-1528(2011)07-1149-05
Optimal extraction of total phenolics from the roots of Imperata cylindrica based
on central composite design and response surface methodology
LIU Rong-hua， CHEN Shi-sheng， REN Gang， SHAO Feng， HUANG Hui-lian， YANG Ming
(Key Laboratory of Modern Preparation of TCM，Jiangxi College of TCM，Ministry of Education，Nanchang 330004，China)
ABSTRACT:AIM To optimize the extraction of total phenolics in Imperatae Rhizoma． METHODS The influ-
encing factors were studied by the single factor experiment，and central composite design and response surface
methodology were applied to optimization of the extraction process for total phenolics in terms of the content of total
phenolics． RESULTS The optimum extraction conditions were as follows，40 % ethanol as extraction solvent at
33 ℃ for 38 min，and the ratio of herb-to-solvant was 1 ∶ 40． Under these conditions，the experimental rate was
2． 46 mg /g，close to the predicted value 2． 71 mg /g． CONCLUSION The forecasting model is reliable． The
process is simple，stable and feasible．
KEY WORDS:Imperata cylindrica;total phenolics;extraction technology;central composite design;response
surface methodology
白茅根为禾本科植物白茅 Imperata cylindrica
Beauv． Var． major(Nees)C． E． Hubb． 的干燥根
茎，又名兰根、地筋、白花茅根、茅草根、甜草根等，广
泛分布于全国各地，具有凉血止血、清热生津、利尿
通淋之功效［1］。白茅根酚酸类成分主要有 tricin、ja-
ceidin、quercetagetin-3，5，6，3 ＇-tetramethyl ether、3，5-
Di-O-methyl-kaempferol、3-hydroxy-4-methoxy benzal-
dehyde、impecyloside、cylindol A B、graminones A B、
imperanene、5-hydroxy-2-(2-phenylethyl)chromone、5-
hydroxy-2-styrylchromone、5-hydroxy-2-［2-(2-hydroxy-
phenyl)ethyl］chromone、flidersiachromone［2-7］。药理
研究显示白茅根中酚酸类成分具有血管舒张、血小
板聚集抑制活性、抗氧化活性、细胞毒性、p-糖蛋白
抑制活性、糖原磷酸化酶 A 抑制活性、抗炎活性、抗
HBV病毒复制、神经保护作用等生物活性［8-10］。因
此，有必要对白茅根中酚酸类成分的提取工艺进行
研究。
本研究采用超声波辅助提取法(Ultrasound-as-
sociated extraction，UAE) ，在单因素考察的基础上利
用星点设计(central composite design，CCD) ，通过三
维效应面(three dimensional response surface)进行数
据处理与拟合，优化白茅根总酚酸的提取工艺，为白
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茅根中酚酸类成分的提取提供了依据。
1 材料
KQ-300DB型数控超声波清洗器(昆山市超声
仪器有限公司) ;UV-2550 型紫外分光光度计(日本
Shimadzu公司) ;R-210 型旋转蒸发仪(瑞士 Buchi
公司) ;Sartorious BT 124S 型万分之一天平(赛多利
斯科学仪器(北京)有限公司) ;GZX-9070MBE 型数
显鼓风干燥箱(上海博讯实业有限公司医疗设备
厂) ;高速中药粉碎机(瑞安市永历制药机械有限公
司) ;S-4 药典检验筛(浙江上虞市华康化验仪器
厂)。
白茅根于 2010 年 3 月采于江西中医学院湾里
校区，经江西中医学院赖学文教授鉴定为禾本科植
物白茅 Imperata cylindrica Beauv． Var． major(Nees)
C． E． Hubb．的根茎，凭证标本存于江西中医学院
标本馆。
没食子酸对照品(中国药品生物制品检定所，
批号 110831-200803) ，铁氰化钾、三氯化铁、盐酸、
无水乙醇均为分析纯，双蒸水自制。
2 方法与结果
2． 1 白茅根总酚酸的测定
2． 1． 1 材料的处理 将采挖的新鲜白茅根洗净处
理后置烘箱中 60 ℃恒温干燥，后用粉碎机粉碎，过
药典四号筛，－ 20 ℃冷冻保存备用。
2． 1． 2 标准曲线的制备 参考文献［11］，并作改
进，精密吸取 19． 70 μg /mL 没食子酸标准品溶液
0． 00、0． 50、1． 00、1． 50、2． 00、2． 50、2． 80 mL 于 25
mL量瓶中，加入新鲜配制的 0． 10 mol /L 三氯化铁-
0． 008 0 mol /L铁氰化钾(1 ∶ 1)混合液 1 mL，摇匀，
暗处放置 5 min，再用 0． 10 mol /L盐酸定容至刻度，
摇匀，暗处放置 20 min，在波长 695 nm 处测定吸光
度。以吸光度 A 为纵坐标 y，没食子酸质量浓度 x
(μg /mL)为横坐标，得回归方程为:y = 0． 291 1x +
0． 054 9，R2 = 0． 998 5，线性范围为 0． 039 33 ～
2． 200 8 μg /mL。
2． 1． 3 白茅根总酚酸的测定 准确称取白茅根粉
末 2． 0 g于 100 mL 具塞锥形瓶中，在一定料液比、
溶剂浓度、温度条件下超声波辅助提取一定时间，取
出过滤，滤液在 40 ℃下减压干燥，用适量 60%乙醇
分次溶解，定容至 10 mL，取提取液 0． 3 mL，用 60%
乙醇定容至 10 mL即得供试品溶液，取 0． 5 mL供试
品溶液于 10 mL量瓶中，按 2． 1． 2 项下方法测定吸
光度，计算总酚酸量。每个实验重复做 3 次，取平均
值。
2． 2 单因素试验
2． 2． 1 乙醇对白茅根总酚酸提取效果的影响 准
确称取 2． 0 g白茅根干粉 6 份，置于 100 mL 平底烧
瓶中，按料液比 1 ∶ 20，分别加入 30%、40%、50%、
60%、70%、90% 的乙醇，在 40 ℃ 下超声提取 40
min，提取液按 2． 1． 3 项下方法处理并测定溶液中总
酚酸，结果如图 1 所示。
从图 1 可以看出，低浓度乙醇提取时，总酚酸随
着乙醇质量浓度的升高而增加，当乙醇为 50%时，
总酚酸达到最大值，乙醇大于 60%后，总酚酸明显
降低并处于相对平稳状态。因此，选择 50%作为白
茅根总酚酸提取的最佳乙醇质量浓度。
图 1 乙醇浓度对总酚酸提取效果的影响
Fig． 1 Effect of ethanol concentration on extraction of total
phenolics
2． 2． 2 提取时间对白茅根总酚酸提取效果的影响
按料液比 1 ∶ 20，加入 70%的乙醇，在 40 ℃下分
别超声提取 20、30、40、50、60、90 min，提取液按 2．
1． 3 项下方法处理并测定溶液中总酚酸，结果如图 2
所示。
从图 2 可以看出，提取时间为 40 min 时白茅根
总酚酸的质量分数最高，因此，选择 40 min 作为白
茅根总酚酸的最佳提取时间。
图 2 提取时间对总酚酸提取效果的影响
Fig． 2 Effect of extracting time on extraction of total phe-
nolics
2． 2． 3 提取温度对白茅根总酚酸提取效果的影响
按料液比 1 ∶ 20，加入 70%的乙醇，分别在 20、30、
40、50、60、70 ℃下超声提取 40 min，提取液按 2． 1． 3
项下方法处理并测定溶液中总酚酸，结果如图 3 所
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示。
从图 3 可以看出，在提取温度为 20 ℃时可得到
较高的白茅根总酚酸，其后总酚酸随着温度的升高
而下降，当温度为 50 ℃时降到最低，而后又有所上
升。考虑到酚酸类物质在较高温度下易被破坏，故
选择 20 ℃作为最佳提取温度。
图 3 提取温度对总酚酸提取效果的影响
Fig． 3 Effect of extracting temperature on extraction of to-
tal phenolics
2． 2． 4 料液比对白茅根总酚酸提取效果的影响
原料按料液比 1 ∶ 10、1 ∶ 15、1 ∶ 20、1 ∶ 30、1 ∶ 40、1
∶ 50 加入 70%乙醇，在 40 ℃条件下超声提取 40
min，提取液按 2． 1． 3 项下方法处理并测定溶液中总
酚酸。结果如图 4 所示。
从图 4 可以看出，随着料液比的增加，总酚酸显
著增加，达到 1 ∶ 40 后再增大料液比时，总酚酸反而
降低，过大的溶剂用量会造成浪费，并给一些后续工
作如:过滤、浓缩等带来麻烦，因此选择料液比为 1
∶ 40。
图 4 料液比对总酚酸提取效果的影响
Fig． 4 Effect of solid-liquid ratio on extraction of total phe-
nolics
2． 3 星点设计试验
2． 3． 1 因素、水平及指标的确定 在单因素试验结
果的基础上，料液比固定用 1 ∶ 40，选取乙醇质量浓
度、提取时间、提取温度作为考察对象，采用 Design
Expert 7． 0 统计分析软件，以总酚酸为响应值，进行
效应面法优化试验，以获取最佳参数。试验因素和
水平安排见表 1。
2． 3． 2 试验安排与指标测定 取白茅根 2． 0 g，按
表 2 进行提取，按照 2． 1． 3 项下处理方法及 2． 1． 2
项下测定方法，测定白茅根总酚酸的质量分数，结果
见表 2。
表 1 因素与水平
Tab． 1 Factors and levels of response
surface methodology
水平 A 乙醇浓度 /% B 提取时间 /min C 提取温度 /℃
-1 40 30 20
0 50 40 30
+ 1 60 50 40
表 2 星点试验设计与结果
Tab． 2 The plan and results for response
surface methodology
验号
A 乙醇浓度
/%
B 提取时间
/min
C 提取温度
/℃
Y 总酚酸量
/(mg /g)
1 40 30 40 2． 25
2 50 40 40 2． 06
3 40 40 30 2． 97
4 40 50 40 1． 81
5 40 50 20 1． 42
6 50 40 30 2． 35
7 60 50 20 1． 75
8 50 40 30 2． 04
9 60 40 30 2． 29
10 50 40 20 1． 54
11 40 30 20 1． 52
12 50 30 30 1． 93
13 60 30 20 1． 39
14 50 40 30 2． 20
15 50 50 30 2． 04
16 50 40 30 2． 33
17 60 30 40 1． 71
18 50 40 30 2． 14
19 50 40 30 2． 39
20 60 50 40 2． 20
2． 3． 3 模型的建立及其显著性检验 利用 Design
Expert 7． 0 统计软件通过逐步回归表 2 实验数据进
行回归拟合，得到总酚酸对以上 3 个因素的二次多
项回归方程为:
Y = 2． 646 － 0． 386 81A + 0． 180 77B + 0． 359 54C +
0． 001 739 13AB － 0． 000 436 625AC －
0． 000 250 625BC + 0． 003 239 9A2 － 0． 003 201 09B2
－ 0． 005 061 59C2
对该模型进行方差分析，结果见表 3。表 3 显
示模型具有高度的显著性(P ＜ 0． 01) ，失拟项不显
著以及 R2 = 0． 887 6，可知方程拟合度和可信度均良
好，试验误差小，故可用此模型对白茅根总酚酸的提
取工艺进行分析和预测。
2． 3． 4 响应曲面分析及优化 根据回归方程，作响
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表 3 方差分析
Tab． 3 Analysis of mean square deviation of regress equation
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性
模型 2． 58 9 0． 29 8． 78 0． 001 1 显著
A 0． 040 1 0． 040 1． 24 0． 292 1
B 0． 017 1 0． 017 0． 52 0． 487 2
C 0． 58 1 0． 58 17． 63 0． 001 8 显著
AB 0． 24 1 0． 24 7． 41 0． 021 5 显著
AC 0． 015 1 0． 015 0． 47 0． 509 9
BC 0． 005 0 1 0． 005 0 0． 15 0． 703 2
A2 0． 29 1 0． 29 8． 84 0． 014 0 显著
B2 0． 28 1 0． 28 8． 63 0． 014 8 显著
C2 0． 70 1 0． 70 21． 58 0． 000 9 显著
残差 0． 33 10 0． 033
失拟项 0． 23 5 0． 046 2． 38 0． 181 4 不显著
纯误差 0． 097 5 0． 019
应曲面图，考察所拟合的响应曲面形状，分析乙醇质
量浓度、提取时间和提取温度对白茅根总酚酸的影
响。其响应面图见图 5 ～ 7，3 组图直观地反映了各
因素对响应值的影响。
图 5 乙醇质量浓度、提取时间及其相互作用对总酚酸影响
的响应面图
Fig． 5 Correlative effects of ethanol concentration and time
图 6 乙醇质量浓度、提取温度及其相互作用对总酚酸影响
的响应面图
Fig． 6 Correlative effects of ethanol concentration and tem-
perature
比较 3 组图并结合表 3 中 p 可知:C 的一次项、
AB、A2、B2、C2 对总酚酸影响显著，表明各影响因素
对总酚酸得率的影响不是简单的线性关系。
图 7 提取时间、提取温度及其相互作用对总酚酸影响的响
应面图
Fig． 7 Correlative effects of extracting time and tempera-
ture
为进一步确定最佳提取工艺参数，基于已建立
的数学模型，对总酚酸进行最优化设计，得到白茅根
中总酚酸的提取条件为:乙醇浓度为 40%，提取时
间 38 min，提取温度为 33 ℃，料液比为 1 ∶ 40。白茅
根总酚酸的预测值为 2． 71 mg /g。
2． 3． 5 验证试验 为检验实验方法的可靠性，在优
化条件下，进行 3 次平行试验验证，得到白茅根总酚
酸的质量分数为 2． 46 mg /g，与预测值接近，说明此
模型可靠。因此，基于星点设计所得的最佳工艺参
数准确可靠，具有实用价值。
3 讨论
超声波辅助提取法(UAE)是采用超声波辅助
溶剂进行提取，声波产生高速、强烈的空化效应和搅
拌作用，破坏植物药材的细胞，使溶剂渗透到药材细
胞中，缩短提取时间，提高提取率。该法所需设备简
单，操作方便，比一般提取技术更加有效，超声过程
中所需提取温度较低，故可以防止目标成分可能的
化学降解［12］，而温度过高会加速酚性成分的氧化分
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解，所以 UAE更加适合酚酸类成分的提取。
星点设计(CCD)是在析因设计的基础上，加上
星点及中心点而形成的实验次数较少、可采用三维
效应面(three dimensional response surface)进行数据
处理与拟合的实验设计方法［13］，已在药物提取和处
方工艺的优化中有一定的应用［14-16］。本实验在单
因素试验的基础上，利用星点设计-效应面法优化白
茅根总酚酸的提取工艺，可为白茅根中酚酸类成分
的提取提供依据，这对于进一步研究白茅根酚酸类
成分具有重要意义。
由单因素试验和星点试验设计及其分析结果获
得的超声辅助提取白茅根总酚酸的最佳工艺为乙醇
浓度为 40%，提取时间 38 min，提取温度为 33 ℃，
料液比为 1 ∶ 40。该工艺总酚酸的预测值的质量分
数为 2． 71 mg /g，验证实验总酚酸的质量分数为
2． 46 mg /g。本研究结果是在实验室小试基础上获得
的，还有待在放大实验中进一步验证。
参考文献:
［1］ 国家中医药管理局． 中华本草:第八册［M］． 上海:上海科学
技术出版社，1999:357-360．
［2］ Mohamed G A，Ahmed A L，Fouad M A，et al． Chemical com-
position and hepato-protective activity of Imperata cylindrica
Beauv．［J］． Phcog Mag，2009，4(17) :28-36．
［3］ Lee D Y，Han K M，Song M C，et al． A new lignan glycoside
from the rhizomes of Imperata cylindrica［J］． J Asian Nat Prod
Res，2008，10(4) :299-302．
［4］ Matsunaga K，Shibuya M，Ohizumi Y，et al． Cylindol A，a novel
biphenyl ether with 5-Lipoxygenase inhibitory activity，and a re-
lated compound from Imperata cylindrica［J］． J Nat Prod，1994，
57(9) :1290-1293．
［5］ Matsunaga K，Shibuya M，Ohizumi Y，et al． A novel lignan with
vasodilative activity from Imperata cylindrica［J］． J Nat Prod，
1994，57(12) :1734-1736．
［6］ Matsunaga K，Shibuya M，Ohizumi Y． Imperanene，A novel
phenolic compound with platelet aggregation inhibitory activity
from Imperata cylindrica［J］． J Nat Prod，1995，58(1) :138-
139．
［7］ Yoon J S，Lee M K，Sung S H，et al． Neuroprotective 2-(2-Phe-
nylethyl)chromones of Imperata cylindrica［J］． J Nat Prod，
2006，69(2) :290-291．
［8］ Jeong Y H，Chung S Y，Han A R，et al． P-Glycoprotein inhibi-
tory activity of two phenolic compounds，(-)-syringaresinol and
tricin from Sasa borealis［J］． Chem Biol，2007，4(1) :12-16．
［9］ Jakobs S，Fridrich D，Hofem S，et al． Natural flavonoids are po-
tent inhibitors of glycogen phosphorylase［J］． Mol Nutrition Food
Res，2006，50(1) :52-57．
［10］ Moscatelli V，Hnatyszyn O，Acevedo C，et al． Flavonoids from
Artemisia copa with anti-inflammatory activity［J］． Planta Med，
2006，72(1) :72-74．
［11］ 付煜荣，张万明，陈桂敏，等．景天三七中没食子酸和总酚酸
含量测定［J］．中成药，2006，28(7) :1016-1018．
［12］ Wang L，Weller C L． Recent advances in extraction of nutraceu-
ticals from plants［J］． Trends Food Sci Technol，2006，17(6) :
300-312．
［13］ 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) :292-298．
［14］ 孙 磊，王玉蓉． 星点设计-效应面法优选远志的提取工艺
［J］． 中成药，2006，28(3) :328-331．
［15］ 黄 健，高春生，单 利，等． 星点设计-效应面法在酒石酸
美托洛尔缓释微丸处方优化中的应用［J］． 中国药学杂志，
2007，42(7) :512-515．
［16］ 王国华，张保献，聂其霞，等． 星点设计-效应面法优选荷叶
中荷叶碱与荷叶黄酮的提取工艺［J］． 中国中药杂志，2008，
33(20) :2332-2335．
黄芩对大鼠体内甲苯磺丁脲药动学的影响
谭朝丹， 马越鸣* ， 石 荣， 陈莹蓉
(上海中医药大学中药药代动力学实验室，上海 201203)
收稿日期:2010-10-20
基金项目:上海高校创新团队建设项目(2009)
作者简介:谭朝丹(1987—) ，女，硕士生，研究方向:中药药代动力学。Tel:(021)51322389，E-mail:tanzhaodan@ 126． com
* 通信作者:马越鸣(1959—) ，女，硕士，教授，从事中药药代动力学研究。Tel:(021)51322386，E-mail:mayueming_117@ 126． com
摘要:目的 研究黄芩对甲苯磺丁脲药动学的影响。方法 大鼠 12 只，雌雄各半，随机分为两组，生理盐水组(NS组)和
黄芩组(HQ组)。分别灌服生理盐水和等体积的黄芩水提物，0． 5 h 后灌胃给予甲苯磺丁脲 50 mg /kg。采用 HPLC-UV
法检测甲苯磺丁脲及其代谢产物 4-羟基甲苯磺丁脲的血浆浓度，计算药代动力学参数。结果 在雌性大鼠体内，NS 组
中甲苯磺丁脲及其代谢产物 4-羟基甲苯磺丁脲的 AUC0-t分别为(1 760 ± 82)μg /(mL·h)和(18 ± 2)μg /(mL·h) ，HQ
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Vol． 33 No． 7