全 文 ：多糖是组成生物有机体的一类重要生物大分子，
作为信息分子广泛参与细胞间配体与受体的相互识
别、细胞内信号转导等生理过程，与细胞活化、增殖、分
化及产生细胞因子等有关[1]。普遍存在于高等植物、细
菌、真菌、藻类和动物体内。绝大多数多糖不仅对正常
细胞无毒副作用，而且能够提高机体的免疫功能，具有
抗病毒、抗辐射、抗癌、降血糖、减肥和清除氧化自由基
的作用[2]。因此。多糖的研究引起人们的高度重视并具
有十分重要的意义。
庐山楼梯草（Elatostema stewardii Merr.）为荨麻科
楼梯草属植物，别名接骨草、白龙骨、冷坑青、冷坑兰
（浙江）、蜈蚣七（湖北）、枵枣七（陕西）。江西北部、湖南
西北部、湖北南部、福建北部、浙江西北部、安徽南部、
四川东部、陕西南部、河南东部均有野生分布。庐山楼
梯草全草入药，可以活血、散淤、消肿、解毒；根可治骨
折；茎叶可治咳嗽[3]。
对庐山楼梯草多糖成分的研究，国内外鲜见相关
报道。为此，本研究选取液料比、提取时间、提取温度
3个因素，在单因素实验的基础上，利用响应面分析法
对庐山楼梯草多糖水浸提工艺条件进行优化，以期为
庐山楼梯草多糖的生物学活性研究与应用提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
庐山楼梯草茎叶：采自江西九江庐山好汉波；石油
醚、硫酸、蒽酮、无水葡萄糖等：分析纯。
1.2 仪器与设备
四两装高速万能粉碎机：QE -200克 屹立；
响应曲面法优化庐山楼梯草多糖的提取工艺
杨建远，周筱玲，王萍兰，袁志平，许文权，李月平
（九江学院生命科学学院，江西九江 332000）
摘 要：为优化庐山楼梯草多糖的提取工艺，在单因素试验的基础上，选取提取温度、提取时间以及液料比为自变量，
多糖提取率为响应值，采用中心组合设计的方法，研究各自变量及其交互作用对多糖提取率的影响。利用响应面分析
方法，模拟得到二次多项式回归方程的预测模型，并确定庐山楼梯草多糖提取工艺的最佳条件为提取温度96 ℃、提
取时间4.4 h、液料比42∶1（mL/g）、提取1次时，多糖提取率达到最大值。该条件下多糖提取率预测值为13.86 %，验证值
为14.06 %。
关键词：庐山楼梯草；多糖；提取工艺；响应曲面法
Optimization of Extraction Process of Polysaccharides from Elatostema stewardii Merr by Response Surface
Methodology
YANG Jian－yuan，ZHOU Xiao－ling，WANG Ping－lan，YUAN Zhi－pin，XU Wen－quan，LI Yue－ping
（College of Life Sciences，Jiujiang University，Jiujiang 332000，Jiangxi，China）
Abstract：To optimize extraction process of polysaccharides from Elatostema stewardii Merr． According to
single－factor experiments，effects of extraction temperature，extraction time and ratio of water to material as
well as their interactions on yield of the polysaccharides were studied by central composite design． The
predictive polynomial quadratic equations model was developed by response surface analysis. The optimum
extraction conditions of the polysaccharides from Elatostema stewardii Merr were obtained as follows：extraction
temperature 96 ℃，extraction time 4．4 h and liquid/solid ratio 42∶1（mL/g），which led to estimated and observed
values of maximal yield of polysaccharides of 13．86 ％ and 14．06 ％，respectively．
Key words：Elatostema stewardii Merr；polysaccharides；extraction technology；response surface methodology
作者简介：杨建远（1979—），男（汉），讲师，硕士，主要从事功能食品
及天然产物的研究。
基础研究
食品研究与开发
Food Research And Development
2011年 12月
第 32卷第 12期
48
杨建远，等：响应曲面法优化庐山楼梯草多糖的提取工艺
HG101-5型电热鼓风干燥箱：南京实验仪厂；ZXZ-1型
旋片真空泵：临海市谭氏真空设备有限公司；HH-w600
数显三用恒温水箱：江苏省金坛市荣华仪器制造有限
公司；BS 224 S电子天平：塞多利斯科学仪器（北京）有
限公司；TDL-40B型台式离心机：上海安亭科学仪器
厂；SP-1900UV系列紫外-可见分光光度计：上海光谱
仪器有限公司；RE-85Z旋转蒸发仪：巩义市英峪予华
仪器厂。
1.3 方法
1.3.1 庐山楼梯草多糖提取工艺
庐山楼梯草→预处理→自然风干→粉碎→过
筛→烘干→准确称量→石油醚浸泡→热水浸提→离
心→上清液定容→测定多糖含量
1.3.2 提取方法
取过60目筛的烘干庐山楼梯草粉末200 g置圆底
烧瓶中，加石油醚500 mL，浸泡12 h脱脂，去色，抽滤、
风干后，准确称量2.50 g，置锥形瓶中，加蒸馏水至一定
体积，热水提取，离心，合并上清液，定容至200 mL，再
取1 mL定容于25 mL容量瓶中待测。
1.3.3 庐山楼梯草多糖含量测定
参考文献[4]略有改动。
1.3.3.1 标准曲线的绘制
精确称取105 ℃干燥至恒重的无水葡萄糖标准品
10.0 mg，置于100 mL容量瓶中，以蒸馏水定容至刻度，
配成0.1 mg/mL的标准液。分别精确吸取标准液0、0.1、
0.2、0.4、0.6、0.8、1.2、1.6 mL置具塞试管中，补水至2 mL，
加入0.2 %硫酸-蒽酮试液4 mL，摇匀，立即冰水水浴，
全部加好后置于沸水浴加热10 min，取出用冷水冷却
至室温暗处放置10 min，以0为空白对照，于625 nm处
测定吸光度。以吸收度A为纵坐标，葡萄糖浓度C
（mg/mL）为横坐标作标准曲线，得回归方程为 :y=
10.892x-0.0121，其中R2=0.9981，线性范围0~0.1mg/mL。
1.3.3.2 样品中多糖含量测定
准确吸取样品待测液1 mL，补水至2 mL，按照
1.3．3．1的方法测定吸光度（A），由回归方程计算样品液
中粗多糖含量（C）。
1.3.4 多糖提取率的计算
多糖提取率/%=（A+0.012 1）×V10.892×M ×100
式中：A为吸光度；V为被测液总共稀释的体积倍
数；M为庐山楼梯草干粉重量，mg。
1.3.5 庐山楼梯草多糖水提工艺的优化
首先分别考察液料比、提取时间、提取温度和提
取次数对庐山楼梯草多糖得率的影响，单因素试验设
计见表1；在单因素的基础上，再选择3个主要因素进行
响应曲面法优化实验，确定庐山楼梯草多糖提取的最
佳工艺条件。
2 结果与分析
2.1 水浸提过程中单因素对多糖提取率的影响
2.1.1 液料比对多糖提取率的影响
不同液料比下多糖提取率，见图1。
由图1可知，多糖提取率随液料比的增大而呈上升
趋势，这是因为加水量越大则提取出来的多糖越容易
溶解，损失就越少，但液料比到达40∶1（mL/g）时达到最
高点，随后随着液料比的继续增加，提取率不再增加，
稍呈下降趋势。单因素试验的结果显示，液料比应在
40∶1（mL/g）左右。
2.1.2 提取温度对多糖提取率的影响
不同温度下多糖提取率，见图2。
由图2可知，随着温度的升高，多糖的提取率逐渐
增加。当高于90 ℃时，提取率有所下降。可能是伴随温
表 1 庐山楼梯草多糖提取单因素试验
Table 1 Univariate experiments for extracting polysaccharides
from Elatostema stewardii Merr
提取因素
液料比（mL/g）
温度/℃
提取时间/h
提取次数
因素水平
10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、
50∶1
50、60、70、80、90、100
1、2、3、4、5
1、2、3
多糖提取条件
80℃、每次提取 3 h、提取 2次
20∶1液料比、每次提取 3 h、提取 2次
20∶1液料比、80℃、提取 2次
20∶1液料比、80℃、每次提取 3 h
基础研究
49
度的升高，原料溶胀度增大，传质强化，从而使得多糖
的溶出率增加的缘故，温度增至100 ℃时水分蒸发较
多等原因，故反而有所下降。故选择提取温度为90 ℃
左右。
2.1.3 提取时间对多糖提取率的影响
不同提取时间下多糖提取率，见图3。
由图3可知，多糖提取率随着提取时间的增长，呈
现先上升再下降的总体趋势，在4 h附近出现最大值。
故选择提取时间为4 h左右。
2.1.4 提取次数对多糖提取率的影响
不同提取次数下多糖提取率，见图4。
由图4可知，经过1次提取，大部分多糖都可以被提
取出来，所以为了简化工艺、节约能源，节省时间，本试
验选择提取1次。
2.2 响应面分析法优化庐山楼梯草多糖提取工艺条件
根据Box-Behnken的中心组合试验设计原理，综
合单因素试验所得结果，确定提取次数为1次，选取提
取温度、液料比、提取时间3个对多糖提取率影响显著
的因素，分别以A、B和C为代表，每一个自变量的低、
中、高试验水平分别以-1、0、1进行编码。以多糖提取
率（Y）为响应值，在单因素试验基础上，采用三因素三
水平的响应面分析方法进行优化设计，确定庐山楼梯
草多糖的最佳提取工艺。试验因素与水平设计见表2。
响应曲面优化试验设计与结果见表3，采用软件
Design-Expert 8.0对所得数据进行回归分析，分析结果
见表4。
由表4模型系数的显著性检验可知，提取温度的
一次项呈极显著水平，提取温度、液料比、提取时间的
二次项呈极显著水平（P<0.01）。由F值可知，各因素对
图3 提取时间对多糖提取率的影响
Fig.3 Effect of extraction time on yield of polysaccharides
图4 提取次数对多糖提取率的影响
Fig.4 Effect of extraction number on yield of polysaccharides
表 2 响应面分析因素与水平
Table 2 Variables and levels in response surface design
A温度/℃
B液料比/（mL/g）
C提取时间/h
-1
80
30
3
0
90
40
4
1
100
50
5
因素
水平
表 3 响应面分析方案及结果
Table 3 Process variables and levels in response surface design
arrangement and experimental response values
实验号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
A温度
0
0
0
0
-1
1
1
0
0
1
-1
0
1
-1
0
-1
0
B液料比
0
1
0
-1
0
0
1
0
0
-1
-1
1
0
1
0
0
-1
C提取时间
0
1
0
1
-1
1
0
0
0
0
0
-1
-1
0
0
1
-1
提取率/%
13.63
12.45
13.52
11.90
10.73
13.08
13.26
13.48
13.37
12.38
9.48
11.17
11.87
10.40
13.26
10.36
11.83
表 4 回归分析结果
Table 4 Analysis of variance for quadric regression model
方差来源
模型
A
B
C
AB
AC
BC
A2
B2
C2
残差
失拟项
纯误差
总误差
SS
26.412 920 43
11.572 236 83
0.356 722 41
0.606 900 131
0.000 337 167
0.623 421 301
0.367 174 579
6.081 355 807
3.196 344 238
2.322 833 945
1.024 042 821
0.944 741 204
0.079 301 617
27.436 963 25
MS
2.934 768 936
11.572 236 83
0.356 722 41
0.606 900 131
0.000 337 167
0.623 421 301
0.367 174 579
6.081 355 807
3.196 344 238
2.322 833 945
0.146 291 832
0.314 913 735
0.019 825 404
F
20.061 058 13
79.103 779 8
2.438 430 133
4.148 557 882
0.002 304 754
4.261 490 847
2.509 877 519
41.570 029 88
21.849 095 77
15.878 083 69
15.884 353 74
P
0.000 3
< 0.000 1
0.162 4
0.081 1
0.963 1
0.077 9
0.157 2
0.000 4
0.002 3
0.005 3
0.010 9
显著性
**
**
**
**
注：*差异显著，P<0.05；**差异极显著，P<0.01。
自由度
9
1
1
1
1
1
1
1
1
1
7
3
4
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基础研究杨建远，等：响应曲面法优化庐山楼梯草多糖的提取工艺
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多糖提取率的影响次序：温度一次项>温度二次项>液
料比二次项>时间二次项。此外，从方差分析结果可知，
R2=0.962 7，表明该模型与实际拟合较好。
对表3实验结果进行多元回归分析，得各因子与
多糖得率（Y）响应值的二次多项回归模型为：Y=
13.45 +1.20A+0.21B+0.28C -9.181E -0.03AB +0.39AC +
0.30BC-1.20A2-0.87B2-0.74C2
响应曲面图可直观地反映出各因素交互作用对
响应值的影响。Design-Expert 8.0软件处理得响应面分
析结果图见5~图7。
通过软件分析，得水浸提庐山楼梯草粗多糖的最
佳工艺条件为温度95.6℃，液料比为41.84∶1，提取时间
为4.37 h，在此条件下，单次提取理论预测值为13.86 %。
但考虑到实际情况将最佳提取工艺条件修正为温度
96 ℃、液料比42∶1（mL/g）、时间4.4 h。在此修正条件下，
精密称取3份样品进行验证试验，结果样品粗多糖的提
取率分别为13.76%，14.14%，14.37%，平均值为14.06%，
与理论预测值高0.20 %。因此，采用RSM法优化得到的
基础研究 杨建远，等：响应曲面法优化庐山楼梯草多糖的提取工艺
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提取工艺条件参数准确可靠，具有实用价值。
3 结论
本实验利用响应曲面法的Box-Behnken设计对庐
山楼梯草多糖的提取工艺进行了优化，方差分析表明
拟合较好。优化后的提取工艺条件为提取温度96 ℃、
液料比42∶1（mL/g）、时间4.4 h。在此条件下提取1次，庐
山楼梯草多糖实际提取率达14.06 %。为进一步开发利
用庐山楼梯草多糖提供了理论参考。
参考文献：
[1] CHEN Hui-li, LI Mao-shen, ZHU Yun-song. Structure and function
of bio-molecule[M]. Shanghai: Shanghai Medical University Press,
1999: 331
[2] 孟庆勇,刘志辉,徐美奕，等.半叶马尾藻多糖的提取和分析[J].光
谱学与光谱分析,2004,24(12):1560-1562
[3] 徐耀东,童志刚,敖小朋.园林地被植物新秀——庐山楼梯草[J].现
代园艺,2009(1):11
[4] 史俊友,索有瑞,李国梁，等.大叶白麻叶多糖提取及组分分析[J].
中成药, 2010，32(1):102-106
收稿日期：2011-07-03
大蒜素是大蒜发挥广泛药效的重要成分之一，属
于亚砜类物质，遇热、碱和光均易分解代谢为一系列硫
化物[1]。大蒜素具有抗菌消炎防腐、降血脂功能、提高肌
体免疫力、防癌抗癌和抗衰老作用[2-4]。目前国内外关于
大蒜素的提取方法报道很多，主要分为3类[5-6]：水蒸气
蒸馏法、超临界流体萃取法和溶剂提取法，其中水蒸气
蒸馏法具有设备简单、成本低、稳定性好等特点，是最
常用的方法之一，但是因发酵和蒸馏温度相对较高，蒜
氨酸酶的活性下降，大蒜素有损失，大蒜素提取率较
低，而且所得大蒜素不够清新；超临界流体萃取法的优
微波辐射提取大蒜素的工艺研究
胡震，于海莲
（四川理工学院材料与化学工程学院，四川自贡 643000）
摘 要：在微波辐射作用下，以乙醇为提取剂，从大蒜中提取大蒜素，采用分光光度法测定大蒜素的提取率。考察了
微波功率、乙醇的体积分数、料液比、微波辐射时间对大蒜素提取率的影响。得到了从大蒜中提取大蒜素的工艺条件
为微波功率200 W、乙醇的体积分数90 %、料液比1∶5(g/mL)、微波辐射时间5 min。在此工艺条件下，大蒜素的提取率为
0.143 %。
关键词：大蒜素；提取；微波；溶剂法；分光光度法
Study on Extracting Allicin from Garlic by Microwave Irradiation
HU Zhen，YU Hai-lian
（College of Material and Chemical Engineering，Sichuan University of Science ＆ Engineering，Zigong 643000，Sichuan，
China）
Abstract：Allicin was extracted from garlic with alcohol as extractant by microwave irradiation． The extracted
allicin was measured by spectrophotography． The effect factors such as microwave power，volume fraction of
ethanol，the rate of garlic slurry to ethanol and microwave irradiation time on extraction of allicin from garlic
were reviewed． The extraction process of allicin from garlic was that microwave power was 200 W，volume
fraction of ethanol was 90 ％，the rate of garlic slurry to ethanol was 1∶5（g/mL）and microwave irradiation
time was 5 min． Under the condition extraction rate of allicin was 0．143 ％．
Key words：allicin；extraction；microwave irradiation；solvent method；spectrophotography
作者简介：胡震（1980—），男（汉），讲师，硕士，主要从事功能材料和
天然有效物提取研究。
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基础研究
食品研究与开发
Food Research And Development
2011年 12月
第 32卷第 12期
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