全 文 ：第 4 期 何健 等 应用二次回归正交旋转组合设计优化白芷提取物喷雾干燥工艺
2011 年 12 月第 34 卷第 4 期 成都中医药大学学报
Dec. 2011，Vol. 34，No. 4 Journal of Chengdu University of TCM
应用二次回归正交旋转组合设计优化白芷
提取物喷雾干燥工艺
何健 董自亮 肖丹 韩 乔 张小维
(成都中医药大学，四川 成都 611137)
摘 要:目的:对白芷提取物的喷雾干燥工艺进行优化。方法:以白芷中有效成份欧前胡素的总得率
为指标，采用四因素二次回归正交旋转组合设计法，确定了喷雾干燥的工艺参数:浸膏相对密度、进风温
度、出风温度和浸膏进料速度。结果:最佳工艺经过验证，确定其工艺参数为:浸膏相对密度为 1. 09 g /
mL，进风温度为 145℃，出风温度为 85℃，浸膏进料速度为 20 mL /min。结论:该工艺科学合理，成品稳
定性好，为工业化生产提供了实验依据。
关键词:二次回归正交旋转组合设计;白芷;喷雾干燥;欧前胡素
中图分类号:R212;R283. 6 文献标识码:A 文章编号:1004-0668 (2011)04-0065-04
基金项目:国家“十一·五”支撑计划项目 (编号:2007BAI40B20)
作者简介:何健，男，1985年生，在读硕士研究生;通信作者:肖丹，女，1962年生，教授;研究方向:中药新制剂、新剂型。
Optimize the Spray Drying Process of Angelica Dahurica Extract Using
Quadratic Regression Rotation-Orthogonal Combination Design
HE Jian，DONG Zi-liang，XIAO Dan，et al
(Chengdu University of Traditional Chinese Medicine，Chengdu，611137，China)
［Abstract］ Objective:To optimize the spray drying process of Angelica Dahurica extract. Methods:Four factors quadratic or-
thogonal rotation design method was adopted to screen the technological parameters such as relative density of the extract，inlet temper-
ature，outlet tempe-rature，and approaching speed，by setting total yield of imperatorin as the index. Results and conclusion:The
best technological parameters are as followed:relative density of the extract 1. 09 g /mL，inlet temperature 145℃，outlet temperature
85℃，approaching speed 20 mL /min. Discussion The process is scientific and valid and the product obtained by the method is stable.
So it can provide scientific basis for commercial process.
［Key words］ Quadratic regression rotation-orthogonal combination design;Angelica dahurica;spray drying;imperatorin
白芷为伞形科植物白芷 Angelica dahurica
(Fisch. ex Hoffm. )Benth. et Hook. f 或杭白芷 An-
gelica dahurica (Fisch. ex Hoffm. ) Benth. et
Hook. f. var. formosana (Boiss. ) shan et Yuan 的干
燥根。性温，气芳香，味辛、微苦，归胃、大肠、
肺经，具有散风除湿、通窍镇痛、消肿排脓等功
效［1］。白芷入药始见于 《神农本草经》，列为中
品。临床主要用于治疗感冒头痛、眉棱骨痛、鼻
塞、鼻渊、牙痛、白带和疮疡肿痛等证［2-3］。白芷
为常用中药，历代名方如九味羌活汤、藿香正气散
等皆有其入药。白芷的成分极为复杂，主要含有香
豆素类和挥发油成分，具有广泛的生理和药理作
用，受到医药卫生界的广泛的关注，是一种具有很
大开发潜力的天然中草药［4-5］。
喷雾干燥法是一种在干燥室热气流中使喷成雾
状的液体物料干燥的方法。喷雾干燥较之其他干燥
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DOI:10.13593/j.cnki.51-1501/r.2011.04.001
成都中医药大学学报 2011 年第 34 卷
方法具有干燥速度快、物料受热时间短、对热敏性
成分破坏少，生产工序简单、操作简便，易于控制
质量，适用于工业连续化大生产等特点，是白芷提
取物最常用的干燥方法。我们就影响白芷提取物喷
雾干燥的几个关键因素进行研究，以白芷中有效成
份欧前胡素的总得率为评价指标，采用二次回归正
交旋转组合设计法确定白芷提取物喷雾干燥的最佳
工艺条件，为工业化生产提供实验依据［6］。
1 仪器与试药
1. 1 仪器
KQ-300E型超声波清洗器 (超声频率:40
KHz;超声功率:300 W;昆山市超声仪器有限公
司) ;岛津 LC-2010 AHT型高效液相色谱仪，岛津
Class vp色谱工作站;电子天平 (BP-211D，Sarto-
rius，德国)。
1. 2 试药
欧前胡素对照品购自中国药品生物制品鉴定所
(批号:110826-200712) ;所用水为重蒸馏水，甲
醇为色谱纯。
1. 3 原料
白芷 50% 乙醇渗漉提取液浓缩而成的浸膏
(实验室自制)。
2 方法与结果
2. 1 欧前胡素含量测定方法与总得率的计算
2. 1. 1 色谱条件
色谱柱为 Dikama C18柱 (250 mm × 4. 6 mm，5
μm);检测波长:300 nm;流动相∶甲醇-水(70∶ 30 );
流速:1 mL/min;柱温:30 ℃;进样量:10 μL;理
论塔板数按欧前胡素峰计算应不低于3000。
2. 1. 2 对照品溶液的制备
精密称取欧前胡素对照品 5. 15 mg，置 100 mL
量瓶中，加甲醇溶解并稀释至刻度，摇匀，即得。
2. 1. 3 喷雾前供试品溶液的制备
精密量取白芷提取物浸膏 5 mL，加适量甲醇
超声 30 min，定容至 10 mL，摇匀，进样前经 0. 45
μm微孔滤膜滤过，取续滤液，即得。
2. 1. 4 喷雾后供试品溶液的制备
精密称取白芷提取物喷雾干燥粉末 1. 0 g，加适
量甲醇超声 30 min，定容至 10 mL，摇匀，进样前
经 0. 45 μm微孔滤膜滤过，取续滤液，即得。
2. 1. 5 标准曲线的绘制
分别精密吸取 10 μL 不同浓度 (5. 150、
7. 725、10. 300、12. 875、15. 450、18. 025 μg /mL)
的对照品溶液，按上述色谱条件测定，以峰面积与
质量浓度进行线性拟合，得线性方程为 Y =
49068X-1443. 3，(r = 0. 9999，n = 6)。结果表明，
欧前胡素对照品溶液在 5. 150 ～ 18. 025 μg /mL 的
浓度范围内具有良好的线性关系。
2. 1. 6 喷雾前后含量测定
取白芷提取物喷雾前与喷雾后供试品，分别吸取
10 μL注入高效液相色谱仪中，记录色谱图及峰面积，
根据标准曲线方程计算其中欧前胡素质量浓度。
2. 1. 7 欧前胡素总得率的计算
欧前胡素总得率 = 喷雾前白芷提取物浸膏中
欧前胡素总含量 /喷雾后白芷提取物干燥粉末中欧
前胡素总含量 × 100% 。
2. 2 实验设计与结果
2. 2. 1 优化试验设计
为使欧前胡素总得率最大，在单因素试验的基
础上，设计一个四因素五水平二次回归正交旋转组
合实验。4 个因素分别为进风温度、出风温度、浸
膏相对密度和浸膏进料速度。采用 SAS 8. 0 统计分
析软件进行数据处理、回归方程的推导以及等高线
和响应面的生成，揭示各影响因素与欧前胡素总得
率之间的内在规律性。试验的因素与水平见表 1。
表 1 因素和水平
水平
进风温度
X1 (℃)
出风温度
X2 (℃)
浸膏相对密度
X3 (g /mL)
浸膏进料速度
X4 (mL /min)
-2 130 70 1. 06 10
-1 135 75 1. 08 15
0 140 80 1. 10 20
1 145 85 1. 12 25
2 150 90 1. 14 30
2. 2. 2 优化试验设计结果
四因素五水平二次回归正交旋转组合实验结果
见表 2。
2. 2. 3 回归方程方差分析结果
二次正交旋转组合试验结果方差分析结果见表3。
由表 3 可知 ，二次回归模型的 F = 25. 3321，
P ＜ 0. 0001，大于 0. 01 水平的 F值，而失拟项的 F
值为 2. 2669，P = 0. 1644，小于 0. 05 水平的 F
值，说明该模型拟和效果好。4 个因素中有 3 个因
素的 F 值均大于 0. 01 水平的 F 值，P 均小于
0. 0001，说明单因素作用对欧前胡素总得率的大小
影响较为显著。
2. 2. 4 回归模型
利用 SAS 8. 0 统计分析软件，将试验数据输人
计算机，可得编码空间内的回归方程 :Y =
-23053. 36772 + 54. 44229 X1 + 16. 94485 X2 +
33594. 11756 X3 + 14. 95041 X4 + 0. 03298 X1 X2-
0. 05547 X1 X4- 17. 65625 X1 X3- 0. 02353 X2 X4-
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第 4 期 何健 等 应用二次回归正交旋转组合设计优化白芷提取物喷雾干燥工艺
5. 31875 X2 X3-1. 28125 X3 X4-0. 12458 X1
2-0. 09033
X2
2-14048. 62351 X3
2-0. 08968 X4
2。该方程的显著
性分析结果 F1 = 25. 3321，P ＜ 0. 0001 显示模型极
显著;失拟性检验分析结果 F2 = 2. 2669，P =
0. 1644，P ＞ 0. 05，即该回归方程无失拟因素，回
归模型与实测值拟和较好。
表 2 二次回归正交旋转组合设计的方案和结果
编号 X1 X2 X3 X4 总得率 %
1 1 1 1 1 73. 98
2 1 1 -1 1 78. 02
3 1 -1 1 -1 77. 4
4 0 0 0 0 82. 6
5 0 0 0 0 83. 51
6 -2 0 0 0 56. 59
7 -1 1 1 1 63. 61
8 -1 -1 -1 1 53. 24
9 0 0 -2 0 69. 5
10 0 0 0 0 88. 55
11 0 -2 0 0 68. 4
12 1 1 1 -1 87. 63
13 1 -1 -1 1 68. 35
14 0 0 0 0 82. 9
15 -1 -1 1 -1 61. 56
16 2 0 0 0 88. 55
17 -1 -1 1 1 57. 88
18 0 0 0 0 81. 53
19 1 -1 -1 -1 76. 87
20 -1 -1 -1 -1 56. 73
21 0 0 0 -2 76. 31
22 1 1 -1 -1 89. 92
23 -1 1 -1 1 59. 94
24 0 0 0 2 48. 79
25 1 -1 1 1 68. 26
26 0 0 2 0 82. 62
27 -1 1 -1 -1 64. 09
28 0 0 0 0 81. 98
29 0 0 0 0 81. 3
30 -1 1 1 -1 67. 25
31 0 2 0 0 83. 59
表 3 二次正交旋转组合试验结果方差分析
来源 平方和 自由度 均方 F值 显著水平 P
X1 1667. 5001 1 1667. 5001 150. 6843 ＜ 0. 0001
X2 372. 3300 1 372. 3300 33. 6458 ＜ 0. 0001
X3 55. 9676 1 55. 9676 5. 0575 0. 0390
X4 534. 0210 1 534. 0210 48. 2570 ＜ 0. 0001
X1 X2 10. 8735 1 10. 8735 0. 9826 0. 3363
X1 X3 30. 7748 1 30. 7748 2. 7810 0. 1148
X1 X4 49. 8789 1 49. 8789 4. 5073 0. 0497
X2 X3 5. 5343 1 5. 5343 0. 5001 0. 4896
X2 X4 4. 5263 1 4. 5263 0. 4090 0. 5315
X3 X4 0. 2627 1 0. 2627 0. 0237 0. 8795
X1 2 277. 3729 1 277. 3729 25. 0649 0. 0001
X2 2 145. 8230 1 145. 8230 13. 1774 0. 0023
X3 2 143. 7319 1 143. 7319 12. 9884 0. 0024
X4 2 903. 0025 1 903. 0025 81. 6002 ＜ 0. 0001
模型 3924. 6167 14 280. 3298 25. 3321 ＜ 0. 0001
剩余 177. 0589 16 11. 0662
失拟 140. 0031 10 14. 0003 2. 2669 0. 1644
误差 37. 0558 6 6. 1760
总和 4101. 6756 30
2. 2. 5 最佳工艺参数的确定
模型预测最大响应值为 93. 125701。由 SAS
8. 0 软件分析结果可算出各因素的最佳取值，如表
4 所示。
表 4 各因素最佳取值分析结果
因素 编码 理论值
进风温度 1. 150242 144. 999996
出风温度 -0. 183696 84. 999976
浸膏相对密度 -0. 106397 1. 087536
浸膏进料速度 0. 205848 19. 573686
则白芷提取物喷雾干燥的最佳工艺参数为:进
风温度为 145℃，出风温度为 85℃，浸膏相对密度
为 1. 09 g /mL，浸膏进料速度为 20 mL /min。
2. 2. 6 模型的验证
为了验证白芷提取物喷雾干燥工艺模型方程的
适用性，在浸膏相对密度、进风温度、出风温度、
浸膏进料速度的水平上，重复试验 5 次。通过验证
实验得出欧前胡素平均总得率为 94. 104%，预测值
93. 125701%，实验误差小于 5 %，模型预测值与
实测值吻合极好，说明用此模型指导实践具有非常
好的效果。
2. 2. 7 响应因素水平的优化
由回归方程所作的响应曲面图，见图 1 ～图 6。
通过该组图即可对任何两因素交互影响喷雾干燥后
欧前胡素总得率的效应进行分析与评价，并从中确
定最佳因素水平范围。
图 1 X1 － X2响应面曲线
图 2 X1 － X4响应面曲线
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图 3 X1 － X3响应面曲线
图 4 X3 － X4响应面曲线
图 5 X2 － X4响应面曲线
图 6 X2 － X3 响应面曲线 HT
3 讨论
3. 1 通过四因素二次回归正交旋转组合设计，确
定了喷雾干燥的最佳工艺参数，即浸膏相对密度为
1. 09 g /mL ，进风温度为 145℃，出风温度为
85℃，浸膏进料速度为 20 mL /min。在该条件下得
到最大的欧前胡素总得率为 94. 104 %。SAS 统计
软件较传统的正交统计方法精确、快捷，可以分析
各因素之间的相互效应。
3. 2 白芷提取物进行喷雾干燥时，除了其中的热
不稳定成分 (如香豆素类)容易受到破坏外，还
经常遇到粘壁严重、物料粘结成块等问题。笔者之
前已经进行了大量的预实验研究，通过对白芷提取
物中加入的不同辅料进行考查，成功解决了白芷提
取物在喷雾干燥过程中易粘壁、结块等问题，为了
使白芷中有效成分能最大的保留在喷雾后的干燥粉
末中，笔者采用四因素二次回归正交旋转组合设计
法，确定了喷雾干燥的最佳工艺参数，从而为白芷
提取物的工业化生产提供了实验依据。
参考文献
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(收稿日期:2011-02-13 责任编辑:薛红)
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