全 文 ：河北农业科学，2014，18 (6) :99 － 102
Journal of Hebei Agricultural Sciences 编辑 杜晓东
响应面法优化超声波辅助提取珙桐叶没食子酸的工艺条件研究
方志荣，蒋召雪，张 宇，刘方农
(西昌学院动物科学学院，四川 西昌 615000)
摘要:在单因素试验的基础上，选取提取温度、盐酸浓度、料液比 3 个主要因素，以没食子酸得率为响应
值，对超声波辅助提取珙桐叶中没食子酸的工艺条件进行了优化。结果表明:没食子酸的最佳提取工艺为
盐酸浓度 2. 0 mol /L、提取温度 65. 6 ℃、料液比 40 mL /g、超声时间 30 s，在此条件下没食子酸得率为
10. 26%。采用超声波辅助法提取珙桐叶中的没食子酸，提取时间短、得率高，具有广阔的应用前景。
关键词:珙桐;没食子酸;响应面法;超声波提取
中图分类号:O657. 32 文献标识码:A 文章编号:1008-1631 (2014)06-0099-04
Optimization of Extraction Process for Gallic Acid from Leaves of Davadia involucrata by Ｒesponse Surface
Methodology
FANG Zhi-rong，JIANG Zhao-xue，ZHANG Yu，LIU Fang-nong
(Animal Science School of Xichang College，Xichang 615000，China)
Abstract:On the basis of single factor tests，extraction temperature，concentration of hydrochloric acid and acid-
to-material ratio affecting extraction rate of gallic acid were optimized using response surface methodology. The
results showed that the optimum extraction process were as follows，concentration of hydrochloric acid 2 mol /L，
extraction temperature 65. 6 ℃，acid-to-material ratio 40 mL /g and ultrasonic duration 30 s. Under this condition，
extraction rate could reach 10. 26% . Short in extraction duration and high in extraction rate，ultrasonic extraction
will be promising.
Key words:Davadia involucrate;Gallic acid;Ｒesponse surface methodology (ＲSM) ;Ultrasonic extraction
收稿日期:2014-06-09
基金项目:四川省教育厅项目 (08zb015) ;西昌学院院自立项目
(ZZSSA0808)
作者简介:方志荣 (1981 －) ，女，四川西昌人，博士研究生在读，
主要从事植物学方面的研究。
珙桐 (Davadia involucrata Baill)又名鸽子树，
为我国特有的珙桐科 (Davadiaceae)单型属植物，
系第三纪古热带植物区系的孑遗种，有 “活化石”
之称，也是世界著名的观赏植物，被列为国家一级珍
稀濒危保护植物［1］。珙桐天然分布于我国的贵州、
湖南、湖北、陕西、四川、云南和甘肃 7 个省份，且
在七省内分布范围较窄，资源量较少，仅限于一些边
远山区人迹罕至之处［2］。目前对珙桐的研究主要集
中在资源保护等方面，而对其开发利用的研究还处于
相对落后的状态。珙桐种子萌发时间长、萌发率低，
然而利用组织培养却能成功批量地繁殖珙桐苗，且幼
苗成活率高达 60%［3，4］，可用于大量栽培，克服了珙
桐无法大量取材的困难。近 20 a 来，从珙桐中分离
到了一些具有抗癌、抗病毒、抗氧化等生物活性的化
合物［5 ～ 7］。杨建波等［8］从光叶珙桐叶片中分离到了没
食子酸。没食子酸具有抗衰老、抗癌防癌、防菌等多
种生物活性［9］，是一种天然抗氧化剂，且无毒副作
用［10］。
目前，常见的没食子酸提取方法有酶法［11］、碱
水解法［12，13］、酸水解法［14］等。采用盐酸水解能显著
提高茶条槭没食子酸的提取率［14］。基于超声波特殊
的物理性质，利用超声波处理产生的乳化、扩散、击
碎、振荡等多级效应，加速活性成分的转移和扩散，
从而提高中药材活性成分的浸出效率及产品纯
度［15，16］。响应面法 (Ｒesponse surface methodology，
ＲSM)是一种解决多变量问题的统计方法，其中
Box-Behnken 试验设计 (Box-Behnken design，BBD)
是一种三水平的部分因子设计，其最大优点是采用多
元二次回归方程拟合因素与响应值之间的函数关系，
通过对回归方程进行分析寻求最优解［17］。截止目前，
尚未见到对珙桐叶片中没食子酸提取工艺的研究报
道。本研究以采自四川省雅安市荥经县龙苍沟的光叶
珙桐叶片为试材，采用响应面法探讨了超声波辅助提
DOI:10.16318/j.cnki.hbnykx.2014.06.001
河北农业科学 2014 年
取珙桐叶中没食子酸的最佳工艺，旨为研究和开发珙
桐的药用价值提供理论基础。
1 材料与方法
1. 1 试验材料
珙桐叶片。2012 年 9 月自四川省雅安市荥经县
龙苍沟 (海拔 1 530 m，北纬 29. 33°、东经 102. 44°)
采集光叶珙桐叶片，带回实验室后置烘箱内 60 ℃恒
温干燥至恒重，粉碎后过 0. 55 mm筛，密封备用。
主要试剂有没食子酸标准品〔CAS No.:149-97-1;
标准品含量≥99% (UV)〕和盐酸 (分析纯)。
主要仪器有 Tu-1901 双光束紫外可见分光光度计
(北京普析通用仪器有限责任公司生产)、SHB-IIIA
循环水式多用真空泵 (陕西太康生物科技有限公司
生产)、KH-500B型超声波清洗器 (昆山禾创超声仪
器有限公司生产)、Water Purifier 实验室专用超纯水
机 (四川沃特尔水处理设备有限公司生产)、上海精
密天平 FA2004 (上海天平仪器厂生产)和粉碎机
(广东友邦机械设备有限公司生产)。
1. 2 试验方法
1. 2. 1 没食子酸标准曲线 配制一定浓度梯度的没
食子酸标准液，在 260 nm 处测定吸光度，得线性回
归方程［13］。
1. 2. 2 珙桐叶没食子酸的提取工艺流程 干燥珙桐
叶粉末 (1. 0 g)→加提取液→超声波辅助提取→趁
热抽滤→定容 (100 mL 容量瓶)→吸取 (1. 0 mL)
→定容 (100 mL容量瓶)→测定吸光度。根据回归
方程和稀释倍数，计算没食子酸的得率［14］。
1. 2. 3 利用响应面法对提取工艺的优化
1. 2. 3. 1 响应面试验。根据单因素试验结果，在超
声时间 30 s 条件下，研究提取温度 (x1，℃)、盐酸
浓度 (x2，mol /L)和料液比 (x3，mL /g)对没食子
酸得率的影响。采用 Box-Behnken 试验设计方案，自
变量的试验水平以 － 1、0、 + 1 进行编码 (表 1) ，
共设计17 个试验处理 (表 2)。
表 1 Box-Behnken试验设计的分析因素与水平编码
Table 1 Design factors and corresponding
levels for Box-Behnken
编码水平
因素
提取温度
(℃)
盐酸浓度
(mol /L)
料液比
(mL /g)
－ 1 50 1. 0 20
0 60 1. 5 30
+ 1 70 2. 0 40
1. 2. 3. 2 响应面模型的建立与分析。基于 Box-Be-
hnken试验设计与结果，应用 lm 函数，将试验数据
用 Ｒ软件进行二次多项回归拟合，并检验回归方程
的显著性和拟合效果。去掉对方程影响表现不显著的
项后，得到优化的回归模型，将该回归方程用于没食
子酸得率的理论预测。
1. 2. 3. 3 响应面分析。直观分析响应面曲线，分析
3 个因素对没食子酸得率的影响顺序。
1. 2. 3. 4 提取工艺的优化与模型验证。通过软件分
析，得到最佳提取工艺条件和理论预测值没食子酸得
率。在回归模型优化的提取条件下重复 3 次试验，得
到没食子酸的试验得率。将试验得率与理论得率进行
比较，检验所建模型的正确性。
2 结果与分析
2. 1 标准曲线的绘制
以吸光度 (y)为纵坐标、没食子酸标准液浓度
(x，mg /mL)为横坐标，在 Excel中作图并绘制标准
曲线，得回归方程 y = 36. 653x + 0. 056 2 (Ｒ2 =
0. 999 2) ，线性范围为 0. 01 ～ 0. 15 μg /mL。
2. 2 响应面模型的建立与分析
应用 lm函数，将 Box-Behnken 试验数据 (表 2)
用 Ｒ软件进行二次多项回归拟合 (表 3) ，回归方程
的检验统计量 (F)估计值为 128. 3，对应的 p 值为
5. 317e-13，说明该回归方程是显著的;可决系数Ｒ2 =
0. 986 7，修正系数的可决系数 Ｒ2 = 0. 969 6，说明方
程的拟合效果较好。从 Pr (＞ | t | )看各项对方程
影响的显著性水平，常数项，一次项 x1、x2 和 x3，
二次项 x1
2 表现为极显著;交互项 x1x3 表现为显著;
交互项 x1x2 和 x2x3 表现为不显著，二次项 x2
2 和 x3
2
表现为不显著。去掉对方程影响表现不显著的项后对
回归模型进行优化，发现去掉 x1x2、x2x3、x2
2 和 x3
2
项后回归方程的检验统计量 (F)估计值为 109. 3，
对应的 p 值为 5. 391e-09。可以看出，去掉 x1x2、
x2x3、x2
2 和 x3
2 项后，新方程获得了更好的拟合效
果。最后所得的回归方程为 y = 9. 74 + 0. 39x1 +
0. 18x2 + 0. 40x3 － 0. 26x1
2 － 0. 10x1 x3。该回归方程用
于没食子酸得率的理论预测。同时，从表 3 可以看
出，各因素对没食子酸得率的影响顺序为提取温度
(x1) ＞料液比 (x3) ＞盐酸浓度 (x2)。
2. 3 响应面分析
直观分析响应面曲线 (图 1 ～ 3)可以看出，提
取温度 (x1)的曲线较陡，料液比 (x3)次之，盐
酸浓度 (x2)的曲线相对平缓。表明提取温度对没食
子酸得率的影响最显著，其次是料液比和盐酸浓度。
·001·
第 6 期 方志荣等:响应面法优化超声波辅助提取珙桐叶没食子酸的工艺条件研究
进一步证实了 3 个因素对珙桐叶没食子酸得率的影响
顺序为提取温度 ＞料液比 ＞盐酸浓度。
表 2 Box-Behnken试验的设计方案与试验结果 (n =3)
Table 2 Design runs and results for Box-Behnken (n =3)
试验序号 提取温度(℃)
盐酸浓度
(mol /L)
料液比
(mL /g)
没食子酸得率
(%)
1 60 1. 5 30 9. 86
2 60 1. 5 30 9. 67
3 50 2. 0 30 9. 19
4 70 1. 5 20 9. 58
5 60 1. 5 30 9. 75
6 70 2. 0 30 10. 06
7 60 2. 0 20 9. 51
8 50 1. 5 20 8. 70
9 60 1. 5 30 9. 74
10 50 1. 0 30 8. 80
11 50 1. 5 40 9. 68
12 60 1. 0 20 9. 17
13 60 1. 0 40 9. 97
14 60 2. 0 40 10. 34
15 60 1. 5 30 9. 68
16 70 1. 5 40 10. 17
17 70 1. 0 30 9. 68
表 3 二次多项回归模型的方差分析
Table 3 Analysis of variance for response surface models
项目 估计值 标准差 T值 Pr (＞ | t | )
常数项 9. 740 00 0. 034 62 281. 337 1. 89e-15＊＊＊
x1 0. 390 00 0. 027 37 14. 249 1. 99e-06＊＊＊
x2 0. 185 00 0. 027 37 6. 759 0. 000 263＊＊＊
x3 0. 400 00 0. 027 37 14. 615 1. 68e-06＊＊＊
x1 2 － 0. 261 25 0. 037 73 － 6. 925 0. 000 226＊＊＊
x2 2 － 0. 046 25 0. 037 73 － 1. 226 0. 259 866
x3 2 0. 053 75 0. 037 73 1. 425 0. 197 259
x1 x2 － 0. 002 50 0. 038 71 － 0. 065 0. 950 308
x1 x3 － 0. 097 50 0. 038 71 － 2. 519 0. 039 872*
x2 x3 0. 007 50 0. 038 71 0. 194 0. 851 863
* “＊＊＊”表示影响显著性水平为 0. 001，“* ”表示影响显著性
水平为 0. 05;残差标准误为 0. 077 41;Ｒ2 = 0. 986 7;Ｒ2adj = 0. 969 6;
F统计量为 57. 79;p值为 9. 693e-06。
2. 3 提取工艺的优化与模型验证
通过软件分析，得到最佳提取工艺条件为提取温
度 65. 6 ℃、料液比 40 mL /g、盐酸浓度 2. 0 mol /L，
理论预测值没食子酸得率为 10. 41%。
为了验证响应面法优化珙桐叶没食子酸提取工艺
的有效性，在回归模型优化的提取条件下重复 3 次试
验，结果显示，没食子酸的平均得率为 10. 26%。试
验得率与理论得率的相对误差为 1. 44%，说明回归
方程与实际情况拟合很好，充分验证了所建模型的正
确性。
图 1 y = f (x1，x2)的响应面
Fig. 1 Ｒesponsive surfaces of y = f (x1，x2)
图 2 y = f (x1，x3)的响应面
Fig. 2 Ｒesponsive surfaces of y = f (x1，x3)
图 3 y = f (x2，x3)的响应面
Fig. 3 Ｒesponsive surfaces of y = f (x2，x3)
·101·
河北农业科学 2014 年
3 结论与讨论
周剑宁［18］从珙桐叶中分离到 2 种形式的没食子
酸———游离的没食子酸和以酯类形式存在的 4-O-β-D-
吡喃半乳糖基-没食子酸甲酯。 《中国药典》2010 年
版一部采用 4 mol /L的盐酸加热水解五倍子中的没食
子酸［19］。邱亮等［14］采用盐酸作为提取剂，也提高了
茶条槭没食子酸的提取率。本研究采用盐酸作为提取
剂增加了珙桐叶中没食子酸的得率，可能是由于
4-O-β-D-吡喃半乳糖基-没食子酸甲酯在酸的作用下
一部分分解成了没食子酸。
本研究在单因素试验的基础上运用 3 因素 3 水平
的响应面法，以没食子酸得率为响应指标，建立了
3 种因素与没食子酸得率的响应面模型，并对提取工
艺进行了优化。响应面建模优化后的最佳工艺为提取
温度 65. 6 ℃、料液比 40 mL /g、盐酸浓度 2. 0 mol /L、
超声时间 30 s，在此条件下没食子酸得率较高，为
10. 26%。与传统提取方法相比，采用超声波辅助提
取法能提高有效成分的溶出速度，缩短提取时间［20］，
减少长时间高温导致的没食子酸分解，提高得率［21］。
本研究优化的工艺操作简单，能快速、高效地提取珙
桐叶的没食子酸，可为工业化生产珙桐叶没食子酸提
供理论指导。
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