全 文 ：研究报告香料香精化妆品
FLAVOUR FRAGRANCE COSMETICS
2 0 1 6年2月第1期
F e b . 2 0 1 6 , N o . 1
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Box - Behnken设计 - 响应面法优化艾纳香祛斑霜的配方 *
1.广东药学院中药学院，广东广州　510006；
2.中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所/农业
部华南作物基因资源与种质创制重点开放实验室，海南儋
州 571737；
3.海南省艾纳香工程研究中心，海南儋州　571737
…………………宛　骏1,2,3　杨　全1#　庞玉新2,3#　王　丹2,3
为优化艾纳香祛斑霜的配方，采用 Box - Behnken 设计 - 响应面法，考察单硬脂酸甘油酯（单甘酯）的用量（X1）、
A165 乳化剂的用量（X2）、甘油的用量（X3）对祛斑霜感官评价得分（Y）、最低透光率（T）的影响，建立了相应的二项
式数学模型优化配方。结果发现：最优处方为单硬脂酸甘油酯、A165 乳化剂、甘油的质量比用量分别为 1.14%、4% 和
10%。因此，Box - Behnken 试验设计 - 响应面法可用于艾纳香祛斑霜的配方优化筛选。
艾纳香祛斑霜　配方　优化　Box - Behnken 设计 - 响应面法
Study on Optimization of the Formula of Freckle Cream with Blumea balsamifera (Linn.) DC by Using
Box - Behnken Design and Response Surface Method*
WAN Jun1,2,3　YANG Quan1#　PANG Yu - xin2,3#　WANG Dan2,3
(1. School of Traditional Chinese Medicine, Guangdong Pharmaceutical University, Guangzhou 510006,
Guangdong, China; 2. Tropical Crops Genetic Resources Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural
Sciences/Key Laboratory of Crop Gene Resources and Germplasm Enhancement in Southern China of the
Ministry of Agriculture, Danzhou 571737, Hainan, China; 3. Hainan Provincial Engineering Research Center
for Blumea Balsamifera, Danzhou 571737, Hainan, China)
Abstract:　To optimize the formula of freckle cream with Blumea balsamifera (Linn.) DC, a second order polynomial
equation for the optimized formulation by using Box - Behnken design and response surface method was established.
The effects of mass amount of glyceryl monostearate (X1), A165 emulsifier (X2), and glycerine (X3) to the score of sensory
evaluation (Y) and the minimum light transmittance (T) were investigated. The results showed when the mass fraction of
作 者 简 介
宛骏（1990—），女，硕士研究生，主要
从事中药制剂开发方向的研究。
#通信作者 1：杨全（1972—），男，教
授，主要从事中药资源方向的研究。
联系电话：020 - 39352353
E - mail: yangquan7208@vip.163.com
#通信作者 2：庞玉新（1975—），男，
博士，副研究员，研究方向：南药 GAP
规范化栽培、南药质量控制和南药资
源开发与利用等。
联系电话：0898 - 23300268
E - mail：pyxmarx@126.com
*基金项目：贵州省重大科技专项计划项目（黔科合重大专项字
[2013]6011号）；海南省科技合作专项（No. 6011，2013）；科研院
所技术开发研究专项资金“艾纳香提取加工关键技术产业化开发”
（2013EG1343239）
收稿日期：2015 - 08 - 11；修回日期：2015 - 09 - 14
研究报告 香料香精化妆品 2016年2月
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艾纳香为菊科植物艾纳香 [Blumea balsamifera
(Linn.) DC] 的新鲜或干燥地上部分，又名大风艾、
大风叶、冰片艾、大毛药等，是我国黎族、壮族、苗
族等少数民族的重要民族药 [1-2]。艾纳香油是以艾
纳香叶的初生物经压榨分离而得。本研究以艾纳
香油作为美白功效性添加剂，制备出一种 O/W 型
膏霜剂型艾纳香祛斑霜。膏霜产品在化妆品中占
有非常重要的地位，乳化体膏霜是功能性原料的
最佳载体和基质，借助这种载体，功能性原料可以
更好地发挥作用，达到护肤、美容乃至药疗效果 [3]。
祛斑霜能更好地发挥其美白祛斑成分的作用，实现
人们对“水润、通透、白皙”皮肤的追求。
Box - Behnken 设计 - 响应面法（Box - Behnken
Design - Response Surface Method，BBDRSM）是一
种新型科学的试验设计方法，与国内经常采用的正
交设计和均匀设计相比具有精度高、预测性好、简
便、直观等优点 [4-6]。本研究采用 Box - Behnken 试
验设计，结合响应面法优化艾纳香祛斑霜的配方，
利用 Design - Expert.V8.0.6.1 软件对效应与因素进
行模型拟合，获得了艾纳香祛斑霜的最佳配方，所
制得的产品外观细腻、质地均匀、易涂展，且具有
良好的保湿性。
1　原料与仪器
1.1　原料
C16 - 18 醇、单硬脂酸甘油酯（单甘酯）、A165
乳化剂、丙二醇、尼泊金甲酯、尼泊金乙酯、三乙
醇胺、卡波姆，广州文玲贸易有限公司；乳木果油、
丙三醇、维生素 E、角鲨烷、棕榈酸异丙酯，广州
中鹏化工进口有限公司；油溶性氮卓酮、透明质酸
钠，华熙福瑞达生物医药有限公司；艾纳香油，贵
州艾源生态药业开发有限公司；去离子水，自制。
1.2　仪器
UV - 2102PCS 型紫外可见分光光度计，尤尼
柯（上海）仪器有限公司；HWS24 型电热恒温水浴
锅，上海一恒科学仪器有限公司；JJ - 1 精密增力电
动搅拌机，常州奥华仪器有限公司；PHS - 25 型实
验室 pH 计；电子分析天平，赛多利斯仪器系统有
限公司；电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限
公司；TGL - 16G 型高速台式离心机，上海安亭科
学仪器有限公司。
2　方法与结果
2.1　艾纳香祛斑霜的制备
2.1.1　基础配方
经过前期大量的预试验筛选，初步得到艾纳香
祛斑霜的基础配方，具体见表 1。
表 1　艾纳香祛斑霜基础配方表
相别 原料名称 质量分数 /%
A（油相）
C16 - 18 醇 2.00
乳木果油 3.00
棕榈酸异丙酯 5.00
角鲨烷 3.00
单甘酯 0.50～3.50
维生素 E 0.50
A165 乳化剂 1.00～4.00
尼泊金乙酯 0.10
B（水相）
丙三醇 5.00～10.00
丙二醇 2.00
卡波姆 0.30
三乙醇胺 0.12
尼泊金甲酯 0.20
去离子水 余量
C
艾纳香油 0.08
油溶性氮卓酮 0.50
透明质酸 0.05
2.1.2　制备工艺
将 A、B 两相分别置于 85 ℃水浴锅中加热
30 min，使固状物溶解，然后将 B 相缓慢加入到
A 相中，使用搅拌机以 1 000 r/min 的转速搅拌
35 min，后降温冷却至 45 ℃时将 C 相加入并低速
搅拌至均匀，温度降至 35 ℃时停止搅拌，出料。
2.2　产品的感官评价及稳定性
2.2.1　产品的感官评价
对产品的感官评价指标分为铺展性、吸收性、
glyceryl monostearate, A165 emulsifier, and glycerine were 1.14%, 4%, and 10%, the optimized formula was achieved. The
Box - Behnken design and response surface method could be used for obtaining the optimized formula of freckle cream with
Blumea balsamifera (Linn.) DC.
Keywords:　freckle cream with Blumea balsamifera (Linn.) DC　formula　optimization　Box - Behnken design and
response surface method
研究报告
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滋润度、保湿性、爽滑感、稠度、细腻度等 7 个方
面，根据使用感觉的好坏，每个指标设 1 ~ 10 分，1
~ 2 分表示极差，3 ~ 4 分表示较差，5 ~ 6 分表示一
般，7 ~ 8 分表示较好，9 ~ 10 分表示极好，最后将
各指标评分乘以权重系数，所得值进行加和计算出
的加权综合评分 [7] 作为试验的考察指标。权重系
数 [8] 根据各指标对祛斑霜试用过程的影响程度设
定。具体权重系数见表 2。
表 2　感官评价各指标权重系数
指标 铺展性 吸收性 滋润度 保湿性 爽滑感 稠度 细腻度
权重
系数
0.140 0.150 0.145 0.160 0.145 0.135 0.125
2.2.2　产品的乳化稳定性
膏霜的乳化效果可通过测定可见光区的透光
率进行判断，越稳定的乳化体，其透光率越低 [9]。
检测透光率的方法是：取样品 0.1 g 加入 50 mL 去
离子水，50 ℃下搅拌均匀，冷却至室温，以水作参
比，通过紫外 - 可见分光光度计测定其在 380 ～
800 nm 范围内的最低透光率。
2.3　Box - Behnken设计筛选最优配方
在前期大量试验的基础上，选择对产品性质
影响较显著的 3 个因素，即单硬脂酸甘油酯的用
量（X1）、A165 乳化剂的用量（X2）和甘油的用量
（X3）；在 3 个水平上进行优化研究，以感官评价得
分 Y（Y1）、最低透光率 T（Y2）为评价指标安排试验。
其试验设计水平见表 3，试验设计与效应值见表 4。
表 3　试验设计水平表
项目
水平
低（- 1） 中（0） 高（1）
自变量
单甘脂的用量（X1）/% 0.5 2.0 3.5
A165 乳化剂的用量（X2）/% 1.0 2.5 4.0
甘油的用量（X3）/% 5.0 7.5 10.0
因变量 目标值
感官评价得分（Y）/ 分 最大
最低透光率（T）/% 最小
表 4　试验设计与效应值
序号 X1 X2 X3 Y/ 分 T/%
1 1 0 - 1 5.895 2.621
2 1 0 1 5.780 2.176
3 0 0 0 6.860 3.464
序号 X1 X2 X3 Y/ 分 T/%
4 - 1 0 1 9.290 7.149
5 0 1 1 8.015 3.668
6 0 0 0 7.455 3.513
7 - 1 0 - 1 8.725 4.444
8 - 1 1 0 8.855 4.061
9 1 - 1 0 7.025 6.012
10 0 - 1 - 1 8.990 7.580
11 0 0 0 7.135 3.532
12 0 0 0 7.420 3.145
13 0 0 0 7.020 3.296
14 - 1 - 1 0 8.990 21.01
15 1 1 0 4.435 1.780
16 0 1 - 1 5.550 2.733
17 0 - 1 1 8.985 8.678
2.3.1　二次多元回归方程的建立
运用 Box - Behnken 设计软件对表 4 试验数据
进行二次多元回归拟合，得到模型的二次多元回归
方程：
Y1 = 7.18 - 1.59X1 - 0.89X2 + 0.36X3 - 0.61X1X2 -
0.17X1X3 + 0.62X2X3 - 0.16X1
2 + 0.31X2
2 + 0.40X3
2
（P = 0.0002，r2 = 0.9661）　　　　　　　　　 （1）
Y2 = 3.39 - 3.01X1 - 3.88X2 + 0.54X3 + 3.18X1X2 -
0.79X1X3 - 0.041X2X3 + 1.63X1
2 + 3.20X2
2 - 0.92X3
2（P
= 0.0067，r2 = 0.9085）　　　　　　　　　　　（2）
2.3.2　方差分析和统计学检验
试验的方差分析和统计学检验结果见表 5。从
统计结果分析可知，模型（Y）中，X1（P < 0.0001）
极显著，X2、X3、X1X2、X2X3（P < 0.05）显著，其他
不显著；模型（T）中，X1、X2、X1X2、X2
2（P < 0.05）
显著，其他不显著。上述 2 种拟合方程的相关系数
说明设计模型拟合程度良好，可以用此模型对艾纳
香祛斑霜的配方进行分析和预测。
2.3.3　响应面优化与预测
根据 2.3.1 节中的二次多元回归方程，应用
Design Expert.V8.0.6.1 版软件绘制不同影响因素的
响应曲面图，结果见图 1 和图 2。通过软件分析并
结合回归模型的数学分析得到优化后的配方，即单
硬脂酸甘油酯（X1）、A165 乳化剂（X2）、甘油（X3）
的质量分数分别为 1.14%、4% 和 10%。按此最
优化后的配方，重复试验 3 次以制备艾纳香祛斑
第1期　　　　　　　　　　　　　宛　骏，等：Box - Behnken设计 - 响应面法优化艾纳香祛斑霜的配方
（续表 4）
研究报告 香料香精化妆品 2016年2月
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图 2　最低透光率（T）的三维响应面函数图
表 5　方差分析与统计学检验结果
方差来源
Y T
平方和 自由度 均方 F 值 P 值 平方和 自由度 均方 F 值 P 值
模型 32.00 9 3.56 22.15 0.0002 296.56 9 32.95 7.72 0.0067
X1 20.24 1 20.24 126.12 < 0.0001 72.45 1 72.45 16.97 0.0045
X2 6.36 1 6.36 39.65 0.0004 120.42 1 120.42 28.21 0.0011
X3 1.06 1 1.06 6.60 0.0371 2.30 1 2.30 0.54 0.4864
X1X2 1.51 1 1.51 9.39 0.0182 40.43 1 40.43 9.47 0.0179
X1X3 0.12 1 0.12 0.72 0.4241 2.48 1 2.48 0.58 0.4708
X2X3 1.53 1 1.53 9.50 0.0177 0.72 1 0.72 0.17 0.9696
X1
2 0.10 1 0.10 0.65 0.4474 11.18 1 11.18 2.62 0.1497
X2
2 0.39 1 0.39 2.45 0.1618 43.02 1 43.02 10.08 0.0156
X3
2 0.68 1 0.68 4.23 0.0787 3.58 1 3.58 0.84 0.3904
误差 1.12 7 0.16 — — 29.88 7 4.27 — —
失拟项 0.86 3 0.29 4.36 0.0945 29.77 3 9.92 362.09 —
纯误差 0.26 4 0.066 — — 0.11 4 0.027 — —
总和 33.12 16 — — — 326.45 16 — — —
图 1　感官评价得分（Y）的三维响应面函数图
酯
酯
酯
酯
研究报告
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霜，其感官评价得分和最低透光率分别为 9.060、
9.300、9.255 和 3.127、3.332、3.207，其值与模型
预测值（Y = 9.29002，T = 3.17735）相对偏差低于
5%。说明 Box - Behnken 响应面法所建立的模型能
较好地应用于艾纳香祛斑霜的配方优化。
2.4　祛斑霜产品的各项指标检测
根据中华人民共和国轻工行业标准 Q B / T
1857 - 2013 的要求，对制得的样品进行感官、理化
性质等多项指标检测，结果各项指标均符合行业
标准要求，说明本研究优选的艾纳香祛斑霜的处
方可行，质量可靠。
2.4.1　感官评价
取适量样品在室温和非阳光直射下目测观察
膏体是否细腻，色泽是否均匀一致，用嗅觉鉴别香
味是否纯正。结果测得样品均为乳白色，质地细
腻、色泽均匀，易展开涂抹，香味纯正。
2.4.2　耐寒耐热试验
将样品装入密封塑料盒中，分别置于 40 ℃的
恒温烘箱及 -10 ℃的冰箱冷冻室中，24 h 后取出恢
复至室温后观察是否有油水分离现象或明显性状
差异。结果显示无油水分离及明显性状差异。
2.4.3　离心稳定性试验
取适量的样品于 5 mL 离心管中，置于转速为
2 000 r/min 的离心机中离心 30 min，观察有无油水
分离现象或明显性状差异。结果显示无水油分离
现象，性状正常。
2.4.4　pH的检测
称取样品 5 g 放入盛有 45 mL 去离子水的小
烧杯中，加热至 50 ℃并不断搅拌均匀，冷却至室
温用校正好的 pH 计测定样品水溶液的 pH。结果
测得 pH 为 6.26 ± 0.03。
3　讨论
本研究中采用对产品的试用感官评价与检测产
品的最低透光率两种考察指标相结合的方式对配方
的优化结果进行评定。在对产品进行感官评价的同
时，通过测定样品水溶液在可见光区域的最低透光
率，对产品的乳化稳定性做出评价，排除了主观评
价的干扰，使产品的评价指标更加客观准确。
目前在配方优化过程中，国内普遍采用基于线
性模型的正交设计和均匀设计，试验次数虽少，但
精度不够，对于非线性拟合的模型不适用，而 Box -
Behnken 试验设计方法简单，在中心点进行重复试
验以提高试验精度，采用非线性模型拟合，可以充
分考虑各因素的交互作用。与正交试验及均匀设
计相比，此方法所得结果更加直观，便于分析，同
时提高了试验精度 [6,10]。
4　结论
本试验采用 Box - Behnken 设计，对艾纳香祛
斑霜配方制备中影响较显著的 3 个因素进行考察，
通过试验数据分析，得到了拟合方程，直观反映了
各影响因素对考察指标的影响及交互作用，通过预
期的限定条件，得到符合设计目标的优化配方。结
果表明以最优化配方制备出的产品外观细腻、质地
均匀、保湿性良好，且质量稳定。本试验也为各种
制剂的处方筛选提供了合理的参考。
参考文献
[1] 中国科学院植物志编辑委员会 . 中国植物志 [M]. 北京 : 科学
出版社 , 1988: 19-21.
[2] 官玲亮 , 庞玉新 , 王丹 , 等 . 中国民族特色药材艾纳香研究进
展 [J]. 植物遗传资源学报 , 2012, 13（4）: 695-698.
[3] 贾艳梅 . 化妆品膏霜基础原料与配方技术 [J]. 应用科技 ,
2008, 16（13）: 21-23.
[4] NAZZAL S, NUTAN M, PALAMAKULA A, et al. Optimization
of a self - nanoemulsified tablet dosage form of ubiquinone
using response surface methodology: effect of formulation
ingredients[J]. Int J Pharm, 2002, 240（1-2）: 103-114.
[5] FERREIRA S L C, BRUNS R E, FERREIRA H S, et al. Box -
Behnken design: An alternative for the optimization of analytical
methods[J]. Analytica Chimica Acta, 2007, 597（2）: 179-186.
[6] 郝吉福 , 李菲 , 王建筑 , 等 . 两种试验优化方法的比较研究 :
在制备薄荷油 -β- 环糊精包合物过程中的应用 [J]. 中成药 ,
2011, 33（8）: 1319-1322.
[7] 宋瑞民 , 刘峰 . Box - Behnken 设计优选紫草烧伤凝胶膏剂成
型工艺 [J]. 新疆中医药 , 2013, 31（4）: 71-73.
[8] 陶菊春 , 吴建民 . 综合加权评分法的综合权重确定新探 [J].
系统工程理论与实践 , 2001（8）: 43-48.
[9] 张丽卿 . 化妆品检验 [M]. 北京 : 中国纺织出版社 , 1999: 23-
25.
[10] 张艳 , 李永哲 . 响应面法及其在药学领域中的应用 [J]. 吉林
化工学院学报 , 2012, 29（7）: 20-26.
第1期　　　　　　　　　　　　　宛　骏，等：Box - Behnken设计 - 响应面法优化艾纳香祛斑霜的配方