全 文 ：第 12 期
收稿日期：2014－12－16
基金项目：江苏农业科技支撑项目（BE2011445）；苏州市科技计划项目（SZS201102；SYN201110；SNG201323）；江苏省大学生实践创新训练
计划项目（201310333032Y）；苏州市吴江区科技计划项目（WN201311；WN201317）；常熟市科技计划项目（CS201205）
作者简介：卢 敏（1992－），女，江苏扬州人，在读本科生，研究方向为生物工程，（电话）18915665612（电子信箱）zhigangyang77＠sina．cn；
通信作者，杨志刚（1977－），男，副教授，主要从事天然产物研究与开发，（电话）0512－52251562（电子信箱）zhigangyang77＠sina．cn。
第 54卷第 12期
2015 年 6 月
湖北农业科学
Hubei Agricultural Sciences
Vol． 54 No.12
Jun.，2015
荸荠［Heleocharis dulcis （Burm． f．） Trin．］属莎
草科（Cyperaceae）多年生水生草本植物，生长于池
沼中或栽培在水田里。 具匍匐茎，先端膨大为球茎。
古称凫茨，又称乌芋、马蹄、地栗，是中国典型的传
统中药，具有药膳同源之功效，不仅质脆味佳，营养
丰富，而且能清心降火、补肺凉肝、消食化痰、破积
滞、利脓血等。 《中药大辞典》上记载荸荠中含有抑
菌成分－马蹄英，该物质对金黄色葡萄球菌、大肠杆
菌及产气杆菌均有抑制作用［1］。 还有报道发现荸荠
的各种制剂在动物体内均有抑制肿瘤细胞生长的
作用［2］。
植物甾醇是一类以环戊烷全氢菲为骨架的天
然醇类化合物。 天然植物甾醇种类繁多，主要包括
β－谷甾醇、豆甾醇、菜子甾醇和菜油甾醇 4 种无甲
基甾醇 ［3］。 植物甾醇主要存在于油脂中，特别是精
炼油后的脱臭馏出物中含量较大，所以在大多数已
报道的研究中， 一般都以脱臭馏出物作为提取原
料，用不同的方法加以提取 ［4－8］。 甾醇属天然物质，
本身无毒性，且具有乳化性和稳定性等特点，因此
在医药、食品、化妆品、动物生长剂、植物生长激素
及化工、纺织等领域都得到广泛应用 ［9］。 植物甾醇
提取方法有多种， 常见的提取方法有溶剂结晶法、
络合法 、皂化法 、蒸馏法 （简单蒸馏法 、分子蒸馏
法）、吸附法（柱吸附法、高压流体吸附法）、超临界
CO2 萃取法、酶法等 ［10，11］。 近年来也有使用超声波
法提取植物甾醇的研究报道 ［12，13］。 本研究采用超声
超声波法辅助提取荸荠块茎皮中甾醇的工艺研究
卢 敏，杨志刚，罗 兵，孙海燕
（常熟理工学院生物工程系，江苏 常熟 215500）
摘要：采用超声波法提取荸荠［Heleocharis dulcis （Burm． f．） Trin．］块茎皮中的甾醇，对提取溶剂的种类、
溶剂体积分数、料液比、提取时间、超声波功率分别进行单因素试验，并在此基础上利用 Box－Benhnken
中心组合试验和响应面分析法确定了植物甾醇提取的最佳工艺。 结果表明，荸荠块茎皮中甾醇的最佳提
取工艺条件为 60％乙醇、料液比为 1∶40（g∶mL）、提取时间为 14 min、超声波功率为 600 W，实际测得的植
物甾醇的紫外吸光度为 1．375。
关键词：荸荠［Heleocharis dulcis （Burm． f．） Trin．］；超声波；甾醇；响应面法
中图分类号：S645．3；R284．2 文献标识码：A 文章编号：0439－8114（2015）12－2987－04
DOI：10．14088 ／ j．cnki．issn0439－8114．2015．12．047
Study on Phytosterols Extraction from Chufa Tubers Leather by Ultrasonic Method
LU Min，YANG Zhi－gang， LUO Bing，SUN Hai－yan
（Department of Bioengineering，Changshu Institute of Technology，Changshu 215500， Jiangsu，China）
Abstract：Using the method of ultrasonic to extract phytosterols from chufa tubers leather， based on single factor experiment，
the factors which affected the amount of phytosterols including extraction solvent， alcohol concentration， the ratio of solid to
liquid， extraction time and ultrasonic power were studied by Box－Benhnken center combination experiment and the response
surface method． The results showed that the best technological conditions of phytosterols extraction from chufa tubers leather
were alcohol concentration 60％， the ratio of solid to liquid 1：40， extraction time 14 min， and ultrasonic power 600W． Un-
der the conditions， the ultraviolet spectrophotometer absorbance was 1．375．
Key words： Chufa； ultrasonic；Phytosterols； response surface method
湖 北 农 业 科 学 2015 年
图 3 料液比对甾醇提取的影响
1∶20 1∶30 1∶40 1∶50 1∶60
料液比
1.20
1.15
1.10
1.05
1.00
0.95
0.90
0.85
0.80
吸
光
度
波法提取荸荠块茎皮中的植物甾醇并确定其最佳
工艺参数。
1 材料与方法
1．1 材料与试剂
荸荠：产地为苏州，购于农贸市场；植物甾醇混
合标准品：上海奥宇生物科技有限公司；无水乙醇、
乙酸乙酯、正己烷、石油醚（均为分析纯）；试验用水
为去离子水。
1．2 仪器设备
LP502B型电子天平、TU－1901型双光束紫外可
见分光光度计（北京普析通用器材有限公司）、DFT－
200 型高速中药粉碎机 （温岭市林大机械有限公司
制造）、FQ－IID型超声波细胞粉碎机（南京菲齐工贸
有限公司）、202－3型烘箱（上海实验仪器厂）。
1．3 试验方法
1．3．1 原料预处理 将荸荠洗净削皮，将皮烘干粉
碎备用。
1．3．2 最大波长的测定 精确称取 20 mg 植物甾醇
混合标准品，用无水乙醇溶解并定容至 25 mL 容量
瓶，以无水乙醇为空白对照，检测植物甾醇混合标
准品的最大紫外吸收波长。
1．3．3 荸荠块茎皮中植物甾醇的提取 准确称取
荸荠块茎皮粉末 0．5 g，用一定浓度的提取溶剂以一
定的料液比在一定的超声波功率条件下提取一定
时间后过滤，在 50 mL 容量瓶内用相应浓度的提取
溶剂将滤液定容至 50 mL， 于检测的最大紫外吸收
波长处测定其吸光度。
1．3．4 最佳提取溶剂的确定 在超声波提取条件
下，选取几种常用溶剂进行比较试验。 固定条件：
提取时间 60 min，料液比 1∶20（g∶mL，下同），超声波
功率 600 W。 在超声波提取条件下，选用无水乙醇、
乙酸乙酯、正己烷、石油醚进行提取，确定最佳提取
溶剂。
1．3．5 单因素试验 精确称取荸荠块茎皮粉末
0．5 g，以“1．3．4”确定的最佳溶剂为提取溶剂，分别
考察不同体积分数的提取溶剂 （50％、60％、70％、
80％、90％）、料液比（1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60）；提
取时间 （5、10、15、20、25 min）； 超声波功率（200、
300、400、500、600 W）对植物甾醇提取的影响。
1．3．6 响应面法试验 在单因素试验的基础上，采
用 Box－Behnken 设计，以紫外吸光度为响应值，选
取对甾醇提取影响较大的单因素进行响应面试验，
通过回归方程和方差分析确定最佳提取工艺，并对
最佳条件进行验证试验。 统计分析软件为 Design－
Expert 7．0专业版本。
2 结果与分析
2．1 单因素试验结果
2．1．1 最佳提取溶剂的选择 4 种提取溶剂对吸光
度的影响见图 1。由图 1可知，以无水乙醇作为提取
溶剂时， 荸荠块茎皮中植物甾醇的提取量最高，吸
光度达到 0．497，其次是正己烷，其吸光度为 0．217，
两者相差较大，故将无水乙醇作为提取溶剂。
2．1．2 乙醇体积分数 乙醇体积分数对荸荠块茎
皮中植物甾醇提取的影响见图 2。由图 2可知，当乙
醇体积分数小于 60％时，植物甾醇的吸光度随着乙
醇体积分数的增大而增大，而当乙醇的体积分数大
于 70％时，植物甾醇的吸光度随着乙醇体积分数的
增大而减小。 这是由于不同体积分数的乙醇极性和
挥发性不同，植物甾醇具有活性基团—羟基，能与
乙醇和水形成氢键， 而当乙醇体积分数太大时，乙
醇挥发损耗大，吸光度会降低。
2．1．3 料液比 料液比对荸荠块茎皮中植物甾醇
提取的影响见图 3。 由图 3可知，当料液比大于 1∶40
时， 植物甾醇的吸光度随着料液比的降低而增大，
无水乙醇 乙酸乙酯 正己烷 石油醚
溶剂
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
吸
光
度
图 1 溶剂的种类对甾醇提取的影响
50 60 70 80 90
乙醇体积分数//%
1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
吸
光
度
图 2 乙醇体积分数对甾醇提取的影响
2988
第 12 期
表 3 方差分析结果
方差来源
模型
A
B
C
AB
AC
BC
A2
B2
C2
残差
失拟项
误差
总离差
平方和
0.41
0.007 2
0.052
0.019
0.002 07
0.001 482
0.000 07225
0.18
0.13
0.001 249
0.064
0.058
0.006 247
0.47
自由度
9
1
1
1
1
1
1
1
1
1
7
3
4
16
均方和
0.049
0.007 2
0.052
0.019
0.002 07
0.001 482
0.000
07225
0.18
0.13
0.001 249
0.009 11
0.019
0.001 562
F
5.00
0.79
5.76
2.11
0.23
0.16
0.007 927
19.65
13.78
0.14
12.28
P＞F
0.022 7
0.403 6
0.047 5
0.189 9
0.648 2
0.698 8
0.931 5
0.003 0
0.007 5
0.722 2
0.017 4
表 2 响应面法试验结果
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
A
50
40
30
40
40
40
50
40
40
30
40
30
30
40
40
50
50
B
15
15
10
15
20
10
10
15
15
20
15
15
15
10
20
15
20
C
600
500
500
500
600
600
500
500
500
500
500
600
400
400
400
400
500
吸光度
1.181
1.305
1.172
1.343
1.165
1.176
1.072
1.371
1.296
0.805
1.386
1.208
1.091
1.127
1.133
0.987
0.796
这主要是由于随着料液比的降低，荸荠块茎皮粉末
被稀释，植物甾醇就容易渗透出来；但是当料液比
小于 1∶40 时，植物甾醇的吸光度却随着料液比的降
低而减少，这主要是因为受试验条件所限，超声波
提取时烧杯口是敞开的，料液比降低，溶剂损耗增大，
所以提取量减少，因此，确定最佳料液比为 1∶40。
2．1．4 提取时间 超声提取时间对荸荠块茎皮中
植物甾醇提取的影响见图 4。由图 4可知，当超声波
提取时间小于 15 min 时， 超声波提取时间越长，植
物甾醇的吸光度就越大，但当超声波提取时间超过
15 min 后，随着超声提取时间的延长，植物甾醇的
吸光度反而下降，这是由于随着时间的延长，超声
波提取使得乙醇的损耗增加，另一方面也是由于乙
醇的挥发导致的损耗。 因此超声波提取时间应选择
在 15 min左右。
2．1．5 超声波功率 超声波功率对荸荠块茎皮中
植物甾醇提取的影响见图 5。由图 5可知，当超声波
功率小于 500 W时，超声波功率越大，植物甾醇的吸
光度就越大，这是因为超声波功率越大，细胞分子
运动加剧，加速了有效成分的溶解和释放，所以植物
甾醇的吸光度增大，但当超声波功率大于 500 W时，
随着超声波功率的增大，植物甾醇的吸光度反而下
降，这或许是因为超声波功率增大溶解的杂质的含
量也相应增加，从而导致有效成分的提取量下降。
2．2 响应面法试验结果
2．2．1 方程拟合 单因素试验结果表明， 料液比、
提取时间、超声波功率对荸荠块茎皮中植物甾醇的
提取有显著影响。 因此，固定乙醇体积分数为 60％，
通过响应面分析对料液比、超声波时间、超声波功
率 3个因素进行更深入的研究。 分析因素与水平设
计见表 1，响应面分析方案及试验结果见表 2。 通过
试验软件 Design－Expert 7．0 将表 2 的结果进行拟
合，得到了按实际值计的拟合方程：
Y＝－3．232 30＋0．145 53A＋0．177 12B＋0．001 57C＋
0．000 455AB＋0．000 019 2AC－0．000 008 5BC－0．002
062 25A2－0．006 909B2－0．000 001 722 5C2。 试验的方
差分析见表 3。 由表 3可知，方程的 F 值为 5.00，F＞
200 300 400 500 600
超声波功率//W
1.20
0.15
0.10
1.05
1.00
0.95
0.90
0.85
0.80
0.75
0.70
吸
光
度
图 5 超声波功率对甾醇提取的影响
5 10 15 20 25
提取时间//min
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
吸
光
度
图 4 超声提取时间对甾醇提取的影响
表 1 因素与水平
水平
-1
0
1
料液比（A）//g∶mL
1∶30
1∶40
1∶50
提取时间（B）//min
10
15
20
超声波功率（C）//W
400
500
600
因素
卢 敏等：超声波法辅助提取荸荠块茎皮中甾醇的工艺研究 2989
湖 北 农 业 科 学 2015 年
f0．05（9，7）＝3．29，说明因变量和全体自变量之间的线
性关系显著； 模型的 R2＝0．963 8， 说明拟合程度较
高，即试验方法是可靠的。 在所选取的各因素水平
范围内，对结果的影响排序为料液比＜超声波功率＜
提取时间。 用超声波法提取荸荠块茎皮植物甾醇的
最佳工艺条件为乙醇体积分数为 60％， 料液比 1∶
39．6，提取时间为 13．7 min，超声功率为 600 W，理论
吸光度为 1．383。
2．2．2 响应面图 响应曲面及其等高线见图 6 至
图 8。 由图 6至图 8可看出，3个响应面均为开口向
下的凸曲面， 3 个因素与甾醇吸光度呈抛物线关
系，且在考察范围内存在响应值的极值。 采用上述
最优提取条件进行荸荠块茎皮中植物甾醇提取试
验，同时考虑到实际操作的便利，将条件修正为乙
醇体积分数为 60％、料液比为 1∶40、提取时间为 14
min、超声波功率为 600 W，实际测得提取的植物甾
醇紫外吸光度为 1．375，与理论预测值相比，相对误
差是 0．58％。因此，采用该法优化得到的工艺条件参
数准确可靠，具有使用价值。
图 6 料液比（A）与提取时间（B）对植物甾醇的响应面分析
30.00 35.00 40.00 45.00 50.00
A
20.00
17.50
15.00
12.50
10.00
B
吸光度
1.032 39
1.191 77 1.112 08
1.032 39
1.271 47
5
20.00
1.37
1.25
1.13
1.01
0.89
吸
光
度
17.50
15.00
12.50
10.00
35.00
30.00
40.00
45.00
50.00
B A
图 7 料液比（A）与超声波功率（C）对植物甾醇的响应面分析
30.00 35.00 40.00 45.00 50.00
A
600.00
550.00
500.00
450.00
400.00
C
吸光度
1.1951.254 16
1.195 25
1.136 33
1.077 42
1.254 165
1.313 08
600.00
1.390 0
1.287 5
1.185 0
1.082 5
0.980 0
吸
光
度
550.00
500.00
450.00
400.00
35.00
30.00
40.00
45.00
50.00
C A
图 8 提取时间（B）与超声波功率（C）对植物甾醇的响应面分析
10.00 12.50 15.00 17.50 20.00
B
吸光度
1.263 16
1.322 83
1.263 16
1.2035
1.203 5
600.00
550.00
500.00
450.00
400.00
C 5
1.084 17
14383
20.00
1.390 0
1.297 5
1.205 0
1.112 5
1.020 0
吸
光
度
17.50
15.00
12.50
10.00C B
600.00
550.00
500.00
450.00
400.00
3 小结
60％的乙醇为超声波提取荸荠块茎皮中植物甾
醇的理想溶剂，响应面优化得到的最佳提取工艺条
件：料液比为 1∶40，提取时间为 14 min，超声功率为
600 W，0．5 g 荸荠块茎皮粉末提取的植物甾醇的紫
2990
第 12 期
（责任编辑 龙小玲）
外吸光度达到 1．375，与理论值相对误差为 0．58％。
参考文献：
［1］ 刘 欣，赵力超，周爱梅．荸荠产粉废浆中功能组分及其功能效
果的初步研究［J］．食品科学，2006，27（2）：251－255．
［2］ 盛继群．孝感荸荠种质资源及应用价值［J］．氨基酸和生物资源，
2002，24（3）：11－13．
［3］ 诸爱士，李卢川．响应面优化菜籽毛油甾醇提取［J］．中国粮油学
报，2011，26（7）：63－67．
［4］ 刘 亮，杨 根．皂化酸解法提取菜籽油脱臭馏出物中植物甾醇
的工艺研究［J］．浙江化工，2008，39（9）：1－5．
［5］ 姜洪峰，钱俊青．菜籽油脱臭馏出物中天然 VE 和植物甾醇提取
工艺研究［J］．中国粮油学报，2007，22（3）：115－121．
［6］ 姜绍通，邵 平，潘丽军．菜籽油脱臭馏出物中甾醇分离的甲酯
化过程优化研究［J］．农业工程学报，2006，22（2）：164－167．
［7］ 李 脉，王舰平．脱臭馏出物酶法制备植物甾醇酯的研究［J］．现
代食品科技，2006，22（3）：96－99．
［8］ 高 晶．脱臭馏出物中甾醇的提取与精制工艺研究［J］．华南理工
大学报，2004，21（1）：49－53．
［9］ 周宝兰．植物甾醇的应用［J］．中国油脂，1992，17（4）：33－38．
［10］ THOMAS S C，THOMAS H J，JOHN C G．Phytosterol contene
of sea buckthorn （Hippophae mamnoides L．） seed oil：Extrac-
tion and identification ［J］． Food Chemistry，2007，101：1633－
1639．
［11］ 庞利苹，徐雅琴．植物甾醇提纯及单体分离工艺的研究进展［J］．
中国粮油学报，2010，25（3）：124－128．
［12］ 张泽生，于卫涛．超声波法提取米糠中植物甾醇的工艺研究［J］．
食品研究与开发，2007，28（1）：43－46．
［13］ 陈红梅．超声波法提取红曲中麦角甾醇的条件优化研究［J］．安
徽农学通报，2007，13（7）：84－85．
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收稿日期：2015－12－16
基金项目：大连金州新区科技局项目（2012－A1－05）；中央高校自主科研基金项目（DC110111）；大连民族学院博士启动基金项目（20116210）
作者简介：高明波（1974－），女，山东莱阳人，副教授，博士，主要从事药用植物细胞次生代谢调控和天然产物分离纯化方面的研究，（电话）
18940958207（电子信箱）gmb＠dlnu．edu．cn。
第 54 卷第 12期
2015年 6 月
湖北农业科学
Hubei Agricultural Sciences
Vol． 54 No.12
Jun.，2015
虎杖中大黄素的超声波提取工艺优化
高明波，马金龙，杜崇旭，李兴泰
（大连民族学院生命科学学院，辽宁 大连 116600）
摘要：虎杖（Polygonum cuspidatum Sieb．et Zucc．）含有多种生物活性成分，具有独特的药理功效。 其中的
大黄素具有抗菌、止咳、抗肿瘤、降压等作用，且含量较高，故常利用虎杖根提取大黄素。 研究通过单因素
和正交试验优化了虎杖大黄素的超声波提取工艺，最佳提取工艺为 80％（乙醇＋丙酮）、1∶20（g∶mL）料液
比、超声提取 30 min、提取温度为 70 ℃，测定虎杖药材中大黄素的得率为 1．40％。
关键词：虎杖（Polygonum cuspidatum Sieb．et Zucc．）；大黄素；超声波提取；正交试验
中图分类号：S567．1＋9；R284．2 文献标识码：A 文章编号：0439－8114（2015）12－2991－03
DOI：10．14088 ／ j．cnki．issn0439－8114．2015．12．048
Optimaztion on Ultrasound Extraction of Emodin from Polygonum cuspidatum
GAO Ming－bo， MA Jin－long， DU Chong－xu， LI Xing－tai
（College of Life Sciences， Dalian Nationalities University， Dalian 116600，Liaoning，China）
Abstract： Polygonum cuspidatum contains a variety of biologically active substances with unique pharmacological effects． Es-
pecially， emodin， which is relatively rich in Polygonum cuspidatum can be used for cardiovascular protection and have anti－
cancer， anti－tumor effects． Roots of Polygonum cuspidatum can be used to extract emodin． Emodin extraction conditions were
optimized using the single factor and orthogonal method． According to the orthogonal experiment， the optimum extraction con-
ditions of emodin were as follows： 80％ ethanol and acetone （1∶1，v ／ v）， solid to liquid ratio of 1∶20（g∶mL）， extraction for 30
minutes at 70°C． The content of emodin in Polygonum cuspidatum was 1．40％．
Key words： Polygonum cuspidatum； emodin；ultrasound extraction； orthogonal design