全 文 ：响应曲面法优化楼梯草抗氧化活性物质
提取工艺
杨建远1，杨云仙2，周筱玲1，杨晨旭1，张炳火1，王萍兰1
（1.九江学院生命科学学院，江西九江 332000；2.九江学院旅游与国土资源学院，江西九江 332005）
摘 要：以乙醇溶液为提取溶剂，在单因素试验基础上，利用响应曲面法对楼梯草抗氧化活性物质提取工艺参数进行
了优化。结果表明，楼梯草总抗氧化活性物质的最优提取工艺条件为：乙醇体积分数为 51 %、液料比 20 ∶ 1（mL ∶ g）、提取
时间 50 min、温度 85℃、提取 2次，优化条件下其抗氧化活性物质的实际提取率为 1.405 %。楼梯草叶、茎中的提取率分
别为 3.048 %、0.516 %。
关键词：响应曲面法；楼梯草；抗氧化活性物质；提取工艺
Optimization of Extraction Technology of Antioxidants from Elatostema involuratum Franch.et Sav.
by Response Surface Methodology
YANG Jian-yuan1，YANG Yun-xian2，ZHOU Xiao-ling1，YANG Chen-xu1，
ZHANG Bing-huo1，WANG Ping-lan1
（1.College of Life Sciences，Jiujiang University，Jiujiang 332000，Jiangxi，China；2. College of Tourism
and Territorial Resources，Jiujiang University，Jiujiang 332005，Jiangxi，China）
Abstract：In this article， we used ethanol solution as extrat solvent， according to single-factor experiments，
optimizating the extraction technology of antioxidants from Elatostema involuratum Franch.et Sav. by response
surface methodology （RSM）. The optimum extraction conditions of antioxidants from Elatostema involuratum
Franch.et Sav. were obtained as follows：the concentration of ethanol 51 %， liquid/solid ratio 20 ∶ 1 （mL ∶ g），
extraction time 50min， extraction temperature 85℃， extraction times twice， the yield of antioxidants were 1.405%
under this condition. And the yield of antioxidants from leaves and stalks were 3.048 %， 0.516 %， respectively.
Key words：response surface methodology； Elatostema involuratum Franch.et Sav.； antioxidants ；extraction
technology
基金项目：江西省教育厅科技项目（GJJ13715）
作者简介：杨建远（1979—），男（汉），讲师，硕士，主要从事生物技术
及食品功能因子方面的研究。
食品研究与开发
Food Research And Development
2014年 12月
第 35卷第 23期分离提取
DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2014.23.009
生物体在新陈代谢过程中会不断地产生自由基。
当人体内自由基过剩时会引起机体衰老而引发一系
列的疾病，如衰老、冠心病、心脑血管疾病、癌症等 [1]。
抗氧化剂是一类能够保护机体免受因自由基产生的
氧化损伤的重要物质。如今抗氧化剂已广泛地应用于
食品工业，而许多植物中的天然抗氧化成分因其安
全、健康、无毒而得到人们愈来愈多的关注[2]。近年来，
从植物天然产物中寻找抗氧化剂已成为研究热点。
楼梯草 Elatostema involuratum Franch.et Sav. [E.
umbellatum（S.et.Z..）Bl.var.majus Maxim.]为荨麻科楼梯
草属植物，异名：大伞花楼梯草（《全国中草药汇编》），
细水麻叶、赤车使者（《湖南药物志》），惊风草（《安徽中
草药》），冷水草、龙含珠、海马含珠（《陕西中草药》），半
边山、半边伞、到老嫩（《贵州民间药物》）。分布于陕西、
安徽、浙江、江西、福建、湖南、河南、四川、贵州、云南等
地。生于海拔 200 m~2 000 m的山谷沟边石上，林中或
灌丛中。具有清热解毒，袪风除湿，利水消肿，活血止
痛。主治赤白痢疾，风湿痹痛，高热惊风，黄疸，水肿，
经闭，带状疱疹，疮肿，毒蛇咬伤，跌打损伤，骨折等[3]。
对楼梯草生物活性物质的提取及活性相关研究，国内
外鲜见有关报导。本实验旨在优化楼梯草抗氧化活性
31
物质的提取工艺，为楼梯草在生物活性物质的研究与
开发提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料
楼梯草茎叶（采自江西九江庐山），六氰合铁酸
钾、三氯乙酸、三氯化铁、无水乙醇等试剂均为国产分
析纯。
1.2 方法
1.2.1 楼梯草抗氧化活性物质提取工艺的优化
单因素试验设计抗氧化活性物质的提取。选择乙
醇体积分数、液料比、提取时间、提取温度和提取次数
对楼梯草提取液抗氧化活性物质的提取率的影响，方
案见表 1，每次 3个重复。
根据 Box-Behnken的中心组合试验设计原理，综
合单因素试验结果，确定提取次数为 2次，温度为
85℃，选取乙醇体积分数、液料比、提取时间 3个主要
影响因素，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。以抗氧化
活性物质提取率（Y）为响应值，采用三因素三水平的
响应面分析方法进行优化设计，确定楼梯草抗氧化活
性物质的最佳提取工艺。试验因素与水平设计见表 2。
在最佳优化工艺下测定 5个平行样及叶、茎样
品，以验证提取工艺的稳定性及测定其在叶、茎中的
分布。
1.2.2 楼梯草抗氧化活性物质的提取
准确称取干燥粉碎后过 60 目筛的楼梯草粉末
2.00 g，于 250 mL锥形瓶中，加一定体积分数的乙醇溶
液，100 r/min恒温水浴提取一定时间后取出，及时抽
滤得抽滤液，滤出物再提取一次，合并滤液，定容至
200 mL，再取其中 50 mL定容至 100 mL，取 1.0 mL测
定其抗氧化活性物质的提取率。
1.2.3 抗氧化活性物质的提取率的测定
参考文献[4-5]方法，准确移取楼梯草提取液 1.0mL，
加入到 2.5 mL磷酸缓冲液中（0.2 moL/L，pH6.6），然后
加质量分数 1 %六氰合铁酸钾（K3Fe（CN6））2.5 mL，
50℃水浴 30min后，加质量分数 10%三氯乙酸 2.5mL，
混匀，取上清液 2.5 mL与 2.5 mL水和 0.5 mL 0.1 %三
氯化铁混匀，静止 10 min后，于波长 700 nm下测定其
吸光值。另以 0.000、0.025、0.050、0.075、0.100、0.125 mg
的 VC标准溶液代替待测样品作标准曲线，以浓度为 X
轴，吸光度为 Y轴得出回归方程为 y=8.049 1x+0.022 4，
R2=0.996 5。根据回归方程，计算抗氧化活性物质的提
取率（%）：Y=（A-0.022 4）×V×100/（8.049 1×m），式中，
A为吸光度，V为被测液定容后的总体积；m为楼梯草
干粉重量，mg。
1.2.4 数据分析
采用软件 Origin 7.5、Design-Expert 8.0对所得数
据进行分析。
2 结果与分析
2.1 单因素对总抗氧化活性物质提取率的影响
2.1.1 乙醇体积分数对总抗氧化活性物质提取率的
影响
乙醇体积分数对总抗氧化活性物质提取率的影
响，结果如图 1所示。
由图 1可知，随着乙醇体积分数的升高被测液总
表 1 抗氧化活性物质提取的单因素试验设计
Table 1 Univariate experiments for extracting antioxidants
因素 水平 抗氧化活性物质提取条件
乙醇体积分数/% 40、45、50、55、60 15∶1液料比、80 ℃、每次提取
40 min、提取 2次
提取温度/℃ 70、75、80、85、90 55 %乙醇溶液、15∶1液料比、
每次提取 40 min、提取 2次
提取次数 1、2、3、4 55 %乙醇溶液、15∶1液料比、
80 ℃、每次提取 40 min
液料比/（mL/g） 10∶1、15∶1、20∶1、
25∶1、30∶1
55 %乙醇溶液、80 ℃、每次提
取 40 min、提取 2次
提取时间/min 10、20、30、40、50 55 %乙醇溶液、15∶1液料比、
80 ℃、提取 2次
表 2 响应面分析因素与水平
Table 2 Variables and levels in response surface design
水平
因素
A乙醇体积分数/% B液料比/（mL/g） C提取时间/min
-1 50 10 30
0 55 15 40
1 60 20 50
图 1 乙醇体积分数对总抗氧化活性物质提取率的影响
Fig.1 Effect of the concentration of ethanol on yield of
antioxidants
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
提
取
率
/%
40 45 60
乙醇体积分数/%
50 55
分离提取杨建远，等：响应曲面法优化楼梯草抗氧化活性物质提取工艺
32
实验号 A乙醇体积分数 B液料比 C提取时间 提取率/%
1 1 0 -1 1.200±0.064
2 -1 0 1 1.287±0.023
3 0 0 0 1.267±0.015
4 0 0 0 1.290±0.027
5 0 0 0 1.282±0.012
6 0 -1 -1 1.162±0.037
7 0 1 -1 1.319±0.022
8 0 -1 1 0.794±0.114
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
还原力逐步提高，在乙醇体积分数为 55 %时达到最高
值，60 %时下降。实验过程中可能由于多糖的影响，乙
醇体积分数为 40 %、45 %时较不易抽滤。
2.1.2 液料比对总抗氧化活性物质提取率的影响
液料比对总抗氧化活性物质提取率的影响，结果
如图 2所示。
由图 2可知，随液料比的增大总抗氧化活性物质
得率上升趋势不明显，当液料比在 15 ∶ 1时就达最高，
随着液料比的继续增加，提取率呈下降趋势，其原因
可能为液料比加大使水溶性物质增加醇溶性减少
导致。
2.1.3 提取时间对总抗氧化活性物质提取率的影响
提取时间对总抗氧化活性物质提取率的影响，结
果如图 3所示。
由图 3可知，总抗氧化活性物质提取率随着提取
时间的增长，呈现先上升后下降的总体趋势，在 40 min
左右出现最大值。
2.1.4 提取温度对总抗氧化活性物质提取率的影响
提取温度对总抗氧化活性物质提取率的影响，结
果如图 4所示。
由图 4可知，随着提取温度的升高，总抗氧化活
性物质的提取率呈逐渐升高趋势，当 85 ℃时达最高
值。当温度达 90℃时乙醇挥发很严重，较难抽提。因
此，选取提取温度为 85℃进行工艺优化实验。
2.1.5 提取次数对总抗氧化活性物质提取率的影响
提取次数对总抗氧化活性物质提取率的影响，结
果如图 5所示。
由图 5可知，样品在前 2次提取得率很高，经过 2
次提取后提取率增幅较小，为了简化工艺、节约能源
及时间，选择提取次数为 2次进行工艺优化实验。
2.2 响应曲面分析法优化楼梯草总抗氧化活性物质
提取工艺条件
响应曲面优化试验设计与结果见表 3。
1.6
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
提
取
率
/%
10∶1 15∶1 30∶1
液料比/（mL/g）
20∶1 25∶1
图 2 液料比对抗氧化活性物质提取率的影响
Fig.2 Effect of liquid/solid ratio on yield of antioxidants
图 3 提取时间对抗氧化活性物质提取率的影响
Fig.3 Effect of extraction time on yield of antioxidants
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
提
取
率
/%
10 20 50
时间/min
30 40
图 4 提取温度对抗氧化活性物质提取率的影响
Fig.4 Effect of extraction temperature on yield of antioxidants
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
提
取
率
/%
65 70 90
温度/℃
75 80 85
图 5 提取次数对抗氧化活性物质提取率的影响
Fig.5 Effect of extraction number on yield of antioxidants
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
提
取
率
/%
0 1 5
提取次数
2 3 4
分离提取 杨建远，等：响应曲面法优化楼梯草抗氧化活性物质提取工艺
33
实验号 A乙醇体积分数 B液料比 C提取时间 提取率/%
9 -1 1 0 1.305±0.005
10 1 0 1 1.097±0.218
11 -1 0 -1 1.343±0.010
12 1 -1 0 1.041±0.058
13 0 0 0 1.314±0.048
14 0 1 1 1.431±0.057
15 1 1 0 1.328±0.045
16 -1 -1 0 1.102±0.147
17 0 0 0 1.307±0.040
续表 3 响应面分析方案及结果
Continue table 3 Process variables and levels in response surface
design arrangement and experimental response values
在曲面优化试验中实验号 8号样品在第一次提
取过程中出现抽提液很少的现象，可能是在液料比较
小而时间较长的条件下，其乙醇挥发及样品吸水的影
响较大而引起。
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模型的显著性检验可知，B，C，BC，B2呈
显著水平（P<0.05），B，BC，呈极显著水平（P<0.01）。此
外，从方差分析结果可知，R2=0.931 4。对表 3试验结果
进行多元回归分析，得各因素与总抗氧化活性物质提
取率（Y）响应值的二次多项回归模型为：Y =1.29-
0.046 A+0.16 B-0.052 C+0.021AB-0.012AC+0.12 BC-
0.021A2-0.077 B2-0.039 C2。经 Design-Expert 8.0软件
处理的响应曲面分析结果图（见图 6）。
通过软件分析，得醇提法提取楼梯草总抗氧化活
性物质的最佳工艺条件为乙醇体积分数 50.64 %，液
料比 20 ∶ 1（mL/g），提取时间 50 min，提取温度 85℃，提
取 2次，其理论预测值为 1.421 %。但考虑到实际情况
将最佳提取工艺条件修正为乙醇体积分数 51 %，液料
比为 20 ∶ 1（mL/g），提取时间 50 min，提取温度 85 ℃，
提取 2次。在此修正条件下，精密称取 5份样品进行验
证试验，提取率分别为：1.440 %、1.405 %、1.351 %、
1.408 %、1.423 %，平均值为 1.405 %。因此，采用 RSM
法优化得到的提取工艺条件参数较为准确，具有一定
的实用价值。测得在叶、茎中的抗氧化活性物质提取
率分别为 3.048 %、0.516 %。
3 结论与讨论
还原力的测定，可检验化合物是否为良好的电子
方差来源 平方和 自由度 均方 F P 显著性
模型 0.34 9 0.038 10.55 0.002 6 **
A 0.017 1 0.017 4.79 0.064 8
B 0.21 1 0.21 57.41 0.000 1 **
C 0.022 1 0.022 6.02 0.043 9 *
AB 1.772×10-3 1 1.772×10-3 0.49 0.504 6
AC 5.688×10-4 1 5.688×10-4 0.16 0.702 2
BC 0.058 1 0.058 16.09 0.005 1 **
A2 1.923×10-3 1 1.923×10-3 0.54 0.487 6
B2 0.025 1 0.025 6.91 0.033 9 *
C2 6.412×10-3 1 6.412×10-3 1.79 0.222 8
残差 0.025 7 3.583×10-3
失拟项 0.024 3 7.884×10-3 22.09 0.006 0 **
纯误差 1.428×10-3 4 3.569×10-4
总误差 0.37 16
表 4 回归分析结果
Table 4 Analysis of variance for quadric regression model
注：*表示显著（P<0.05）；**表示极显著（P<0.01）。
60.00
58.00
56.00
54.00
52.00
50.0010.00
12.00
14.00
16.00
18.00
20.00
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
提
取
率
/%
A：乙醇体积分数/%B：液料比/（mL/g）
60.00
58.00
56.00
54.00
52.00
50.0030.00
35.00
40.00
45.00
50.00
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
提
取
率
/%
A：乙醇体积分数/%C：提取时间/min
20.00
18.00
16.00
14.00
12.00
10.0030.00
35.00
40.00
45.00
50.00
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
提
取
率
/%
B：液料比/（mL/g）C：提取时间/min
图 6 各因素对提取率影响的响应曲面图
Fig.6 Response surface showing the interactive effects of extraction
factors on yield of antioxidants
分离提取杨建远，等：响应曲面法优化楼梯草抗氧化活性物质提取工艺
34
供应体，它所提供的电子可以使 Fe3+还原为 Fe2+，总还
原力与抗氧化活性之间存在很好的相关性[6-7]。本实验
以总还原力为楼梯草总抗氧化活性物质测定指标，利
用响应曲面法对楼梯草总抗氧化活性物质的提取工
艺进行了优化，得最佳提取工艺条件为乙醇体积分数
51 %，液料比 20 ∶ 1（mL/g），提取时间 50 min，提取温度
85 ℃，提取 2次。经 5次平行提取测定表明与该工艺
理论值拟合较好，楼梯草总抗氧化活性物质实际平均
提取率达到 1.405 %。在优化工艺条件下，分别对叶、茎
提取液中的总还原力进行测定可知，抗氧化活性物质
在叶中含量远高于茎，得率分别为 3.048 %、0.516 %。因
此，本文为楼梯草总抗氧化活性物质的生产利用提供
了参考数据，为进一步开发利用楼梯草抗氧化活性物
质的成分提供了理论参考。
植物提取物的抗氧化活性成分较复杂，主要有多
糖类化合物、黄酮类化合物、多酚类化合物、生物碱、皂
苷类、维生素等类型[8]。不同植物的抗氧化活性成分类
型有含量不同，不同类型的抗氧化物质的提取工艺条
件不同，当条件一改变提取的抗氧化活性成分含量也
将改变。本实验以 VC为对照品，以总还原力为测定指
标计算抗氧化活性物质提取率，表明其含量较高。因
此，值得进一步对抗氧化活性物质的主要成分类型进
行分析。
参考文献：
[1] Marx J L. Oxygen free radicals linked to many diseases[J]. Science,
1987, 235(4788): 529-531
[2] 张亮亮,杨志伟,林益明.橄榄多酚抗氧化活性研究[J].食品工业
科技, 2008, 29(4):57-59
[3] 高学敏,张德芹,张建军.时代本草彩色图鉴[M].贵州科技出版
社,2006:287
[4] Oyaizu M. Studies on products of browning reaction: antioxidative
activity of products of browning reaction prepared from glucosamine.
[J]. Japanese Journal of Nutrition, 1986, 44(6): 307-315
[5] Lee S C, Jeong S M, Kim S Y. Effect of far infrared radiation and
heat treatment on the antioxidant activity of water extracts from
peanut hulls[J]. Food Chemistry, 2006, 94(4):489-493
[6] 莫正昌,邓靖,汲广全,等. 鹿蹄草提取物体外抗氧化活性评价
[J].食品科学,2010,31(3):19-22
[7] Dorman H J D, Kosar M , Kahlos K , et al．Antioxidant properties and
composition of aqueous extracts from Mentha species, hybrids, vari－
eties, and cultivars[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,
2003, 51(8):4563-4569
[8] 郑瑞生,封辉,戴聪杰,等. 植物中抗氧化活性成分研究进展[J].
中国农学通报,2010,26(9):85-90
收稿日期：2013-08-19
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