全 文 ：7.59 ～ 8.08∶1。不同部位间 Rg1 /Rb1的值波动小 ,根茎的 Rg1 /R1 、Rb1 /R1和 Rg1 /Re的值较其他部位的小。
表 2　样品中单体皂苷相对含量的相互关系比较
各单位皂苷
之间的比值 Rg1∶Rb1 Rg1∶R1 Rb1∶R1 Rg1∶Rb1∶R1∶Re
不　　JX1 1.58∶1 7.61∶1 4.79∶1 7.78∶4.90∶1.02∶1
同　　 　
产　　JX2 1.33∶1 6.21∶1 4.69∶1 7.59∶5.72∶1.22∶1
地　　JX3 1.39∶1 7.72∶1 5.54∶1 8.08∶5.80∶1.05∶1
不　　主根 1.43∶1 7.18∶1 5.21∶1 7.82∶5.47∶1.05∶1
同　　根茎 1.46∶1 5.73:1 3.94∶1 6.04∶4.14∶1.05∶1
部　　支根 1.37∶1 7.17∶1 5.23∶1 8.27∶6.02∶1.15∶1
位　　须根 1.44∶1 7.21∶1 5.02∶1 6.37∶4.42∶0.88∶1
4　讨论
《中国药典》Ⅰ部 2005版规定三七药材人参皂苷 Rg
1
, 人参
皂苷 Rb1和三七皂苷 R1三者和不低于 5.0%, 测定结果表明靖
西县各地三七质量符合药材标准。
三七药材不同部位无论是总皂苷 , 还是各种单体皂苷 , 都是
根茎含量高于主根的 , 与杨志刚 [ 1]和梁秋云 [ 6]报道结果一致。
支根和须根中人参皂苷 Rg1、Re、Rb1和三七皂苷 R1的含量也较
高 , 人参皂苷 Rg1和 Rb1总量符合《中国药典 》 2000年版 [ 11]三七
项下质量要求 , 故根茎 、支根和须根同样具有药效可加以开发利
用 , 以提高三七药用资源的利用率。
药理研究表明三七单体皂苷具有重要药理作用 [ 12] , 不同的
单体其药理作用不同 ,本研究发现三七中各单体皂苷含量存在差
异 , 不同样品中各单体皂苷相互间的比值也不一致 , 进一步说明
了药材之间以及不同部位间的质量存在差异。 提示深入研究各
单体皂苷合成机制以及影响因素 ,以提高目标皂苷成分含量具有
重要意义。
参考文献:
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收稿日期:2008-05-20;　修订日期:2008-07-08
基金项目:中南林业科技大学引进高层次人才科研启动基金项目(No.101-0254);中南林业科技大学林木遗传育种学科资助项目
作者简介:刘志祥(1978-),男(汉族),湖南岳阳人 ,现为中南林业科技大学生命科学与技术学院在读博士研究生 ,讲师 ,硕士学位, 主要从事天然产物
提取 、植物生物技术研究工作.
响应面法优化微波提取苦丁茶总黄酮的工艺研究
刘志祥 , 韩　磊 , 曾超珍
(中南林业科技大学生命科学与技术学院 ,湖南 长沙　410004)
摘要:目的 研究微波提取苦丁茶总黄酮的最佳提取条件。方法 通过二次回归正交旋转组合试验设计 , 得到了微波提取
苦丁茶中黄酮的数学回归方程;利用模型的响应曲面图及等高线图 , 对影响微波提取苦丁茶黄酮提取率的关键因素及相
互作用进行探讨 , 得到最佳提取工艺条件。结果 最佳提取工艺条件:乙醇浓度 69%, 微波功率 782 W, 萃取时间4.5 min,
料液比 1∶15,苦丁茶黄酮提取率为 9.10%。结论 该工艺条件可为工业生产提供参考数据。
关键词:响应面法;　苦丁茶;　黄酮;　微波提取
中图分类号:R284.2　　文献标识码:A　　文章编号:1008-0805(2009)05-1122-03
StudyontheTechniquesofMicrowaveExtractionofFlavonoidsfromKudinchaUsing
ResponseSurfaceMethod
LIUZhi-xiang, HANLei, ZENGChao-zhen
(ColegeofLifeScienceandTechnology, CentralSouthUniversityofForestryandTechnology, Changsha,
410004, China)
Abstract:ObjectiveTostudytheextractionconditionsofflavonoidsfromKudinchausingmicrowavetechnology.MethodsBy
meansoforthogonallyrotationalcombinationdesign, microwaveextractionmathematicalsimulationmodelwasconcludedbythe
linearregressionanalysis.Inordertoobtaintheoptimumextractionofflavonoids, theregressionequationoftherelationshipbe-
tweenthefourfactorswereestablished.ResultsTheoptimumextractiveconditionsforflavonoidsweremicrowavepower782W,
ethanol69%, ratioofsolidtoliquid1∶15, extractiontime4.5min.Theextractionratecouldreachupto9.10% underthese
conditions.ConclusionTheprocedureoftheextractioncanbehelpfultothefactory-scaleproduction.
Keywords:Responsesurfacemethod(RSM);　Kudincha;　Flavonoids;　Microwaveextraction
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时珍国医国药 2009年第 20卷第 5期 LISHIZHENMEDICINEANDMATERIAMEDICARESEARCH2009VOL.20NO.5
　　苦丁茶中含有大量的黄酮 、蒽酮类化合物 、生物活性多糖 、香
豆素类内酯 、特种氨基酸 、芳香成分。它具有消炎 、扩张冠状动
脉 、增加冠脉流量 、影响血压 、改善微循环 、解痉 、抑菌 、抗肝炎病
毒 、抗肿瘤等功效 [ 1 , 2] 。
响应面法(RSM)是采用多元二次回归方程来拟合因素与响
应值之间的函数关系 ,通过对函数响应面和等高线的分析 , 能够
精确地研究各因子与响应值之间的关系 , 寻求最优工艺参数 ,解
决多变量问题的一种统计方法 [ 3] 。它具有实验次数少 、周期短 、
精度高等优点 [ 4] , 已经在食品 、医药 、生物工程 、天然物提取等领
域广泛的应用。本实验应用响应面法对苦丁茶总黄酮的微波提
取工艺条件进行了优化 ,取得较高的提取效率。
1　材料与方法
1.1　材料 湖南产冬青大叶苦丁茶。
1.2　方法
1.2.1　工艺流程 苦丁茶※粉碎※ 80目过筛※按一定料液比加
溶剂和原料※微波处理※过滤※定容※铝盐反应※波长 510 nm
处测吸光度。
1.2.2　标准曲线的制作 [ 5] 回归方程为:A=9.503 6C-0.023 1
(R2 =0.995 8)　　　(1)
1.2.3　四元二次通用旋转组合实验设计方案 本实验选择微波
功率(Z1)、乙醇浓度(Z2)、萃取时间(Z3)、液料比(Z4)为参试因
子 , 每个因子的各个水平列于表 1。
表 1　四元二次通用旋转组合设计因素水平
编码 微波功率(Z1)/W
乙醇浓度
(Z2)(%)
提取时间
(Z3)t/min
液料比
(Z4)C/g∶ml
+2 1 062 90 7 35
+1 826 80 6 30
0 590 70 5 25
-1 354 60 4 20
-2 118 50 3 15
1.2.4　实验数据处理 实验所得数据 ,采用 SPSS11.5统计分析
软件进行回归分析 , 并对回归模型及回归模型中各项的显著性进
行检验 ,剔除非显著项 , 确定简化回归模型方程。同时对实验中
各参试因子进行方差分析 , 并利用 Statistica6.0软件绘出 3D曲
面图 , 分析各参试因子对微波提取苦丁茶中的总黄酮效果的影
响。
2　结果
2.1　提取工艺条件优化数学模型的建立与统计检验 见表 2。
对表 2的数据用 SPSS统计软件进行线性回归分析 , 检验回
归模型拟合度及其显著性 ,同时对回归模型方程中各项进行方差
分析 , 结果见表 3 ～ 4。
由表 3 ～ 4可知 , 回归模型拟合度较好 , 复相关系数(R2 =
0.924)表明回归模型较好地拟合了黄酮得率与各参试因子之间
的关系 ,模型得出的结论较为可靠。剔除不显著项 , 得到以黄酮
提取率为目标函数的二次回归数学模型:
Y=0.297X1 -0.174X2 -0.231X3 +0.158X1X2 -0.173X1 2
-0.232X2 2 -0.178X32 +0.142X42 +8.32　　(2)
2.2　主因子效应分析 由于方程是经无量纲线性编码代换后所
得 , 方程中各项回归系数已经标准化 , 因此可以直接比较其绝对
值的大小来判断各因子的重要性。 从线性项看 , B1 >∣ B3∣ >
∣ B
2
∣ >B
4
, 说明微波功率对黄酮的提取率影响最大 ,其次是提
取时间 、乙醇浓度 、料液比。
2.3　单因子效应分析 由回归系数显著性检验结果可知 , 微波功
率 、提取时间 、乙醇浓度对黄酮提取率有极显著影响。因此选取
这 3因子进行单因子效应分析。采用降维分析方法 , 将其它因子
固定在 0水平 , 可得到单因子的效应方程 , 来描述此因子变动对
Y值的影响。单因子效应曲线如图 1所示。
表 2　四元二次通用旋转组合实验结果
处理号 X1 X2 X3 X4 提取率(%)
1 1 1 1 1 8.27
2 1 1 1 -1 7.82
3 1 1 -1 1 8.30
4 1 1 -1 -1 8.32
5 1 -1 1 1 7.95
6 1 -1 1 -1 7.98
7 1 -1 -1 1 8.19
8 1 -1 -1 -1 8.80
9 -1 1 1 1 7.05
10 -1 1 1 -1 7.00
11 -1 1 -1 1 7.17
12 -1 1 -1 -1 7.84
13 -1 -1 1 1 7.95
14 -1 -1 1 -1 7.55
15 -1 -1 -1 1 8.41
16 -1 -1 -1 -1 7.89
17 2 0 0 0 8.18
18 -2 0 0 0 7.00
19 0 2 0 0 7.05
20 0 -2 0 0 7.66
21 0 0 2 0 7.02
22 0 0 -2 0 8.12
23 0 0 0 2 8.98
24 0 0 0 -2 8.72
25 0 0 0 0 8.21
26 0 0 0 0 8.25
27 0 0 0 0 8.48
28 0 0 0 0 8.28
29 0 0 0 0 8.20
30 0 0 0 0 8.41
31 0 0 0 0 8.45
　　X1 =(Z1 -590)/236;X2 =(Z2 -70)/10;X3 =(Z3 -5)/1;X4 =(Z4
-25)/5
表 3　回归模型的方差分析
模型 平方和 df 均方 F Sig
回归 8.590 14 0.614 13.816 0.000＊＊
剩余 0.711 16 0.044
总 9.301 30
表 4　回归模型各项方差分析
模型 非标准系数 t Sig
X1 0.297 6.906 0.000＊＊X2 -0.174 -4.039 0.001＊＊X3 -0.231 -5.376 0.000＊＊X4 0.025 0.591 0.563X
1
X
2 0.158 3.001 0.008＊＊X
1
X
3 0.011 0.202 0.843X1X4 -0.032 -0.605 0.554X2X3 0.023 0.439 0.667X2X4 -0.029 -0.558 0.585X3X4 0.103 1.957 0.068
X1 2 -0.173 -4.395 0.000＊＊X2 2 -0.232 -5.886 0.000＊＊X3 2 -0.178 -4.522 0.000＊＊X
4
2 0.142 3.598 0.002＊＊
　　＊＊表示极显著;＊表示显著
由表 5可以发现 , 微波功率 、乙醇浓度 、萃取时间的单因子效
应方程均为二次曲线型 ,说明微波功率 、乙醇浓度 、萃取时间对黄
酮提取率的影响都表现为曲线变化。当码值为表 5中的 X时各
个方程对应的 Y有最大值 Ymax, 当码值小于 X时 , 微波功率 、乙
醇浓度 、萃取时间的值升高黄酮提取率增加 , 呈正效应 ,当码值大
于表中的 X时则呈负效应。码值 X对应的微波功率 、乙醇浓度 、
萃取时间分别为 792.5w, 66.27%, 4.35 min, 此时黄酮提取率最
高 , 即表中的 Ymax。
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LISHIZHENMEDICINEANDMATERIAMEDICARESEARCH2009VOL.20NO.5 时珍国医国药 2009年第 20卷第 5期
图 1　单因子效应曲线
表 5　主因子的单因子效应方程
因子
名称
单因子
效应方程
Ymax
对应的 X Ymax
微波功率 Y1 =0.297X1 -0.173X12+8.326 0.858 8.455乙醇浓度 Y2=-0.174X2-0.232X22+8.326 -0.373 8.359提取时间 Y3=-0.231X3-0.178X32+8.326 -0.650 8.400
2.4　因子边际效应分析 将单因子效应方程求一阶偏导数 ,得到
单因子的边际效应方程 , 边际效应可反映目标函数(Y)随自变
量变化而变化的速率。选取微波功率 、提取时间 、乙醇浓度进行
因子边际效应分析 , 其边际效应方程如下:
dY/dX1 = 0.297-0.346X1
dY/dX2 =-0.174-0.464X2dY/dX3 = -0.231-0.356X3
根据方程作图 , 得到边际效应曲线图(见图 2)。
图 2　单因子边际效应曲线
由图 2可以看出 , 当微波功率编码值小于 0.858时 , 随着微
波功率的升高 , 黄酮的提取率在增加 ,但增加的速率逐渐降低;当
微波功率码值大于 0.858时 , 随微波功率的升高 , 黄酮的提取率
下降 , 而且下降的速率逐渐增大。
当乙醇浓度编码值小于 -0.375时 , 随着乙醇浓度的升高 ,
黄酮的提取率在增加 ,但增加的速率逐渐降低;当乙醇浓度码值
大于 -0.375时 ,随乙醇浓度的增加 , 黄酮的提取率下降 , 而且下
降的速率逐渐增大。
当提取时间编码值小于 -0.649时 , 随着料液比的升高 , 黄
酮的提取率在增加 , 但增加的速率逐渐降低 , 当料液比码值大于
-0.649时 ,随提取时间的升高 , 黄酮的提取率下降 , 而且下降的
速率逐渐增大。
2.5　因子交互效应分析 由回归方程偏回归系数显著性检验可
知 , 微波功率(X1)和乙醇浓度(X2)之间存在显著交互作用 ,其它
因子间的交互作用均不显著。因此只分析 X1和 X2之间的互作
效应。
X1与 X2的交互效应曲线如图 3所示。 从图 3中可以看出 ,
当 X
1
的码值在 0.2 ～ 1.4间时 , X
2
的码值为 -0.6 ～ 0.4间时 ,其
交互效应达到最大。
图 3　微波功率—乙醇浓度的交互作用响应曲面图及等高线图
2.6　回归方程局部最优点的寻找 利用 Lindo软件 ,使各个参试
因子在 -2 ～ 2范围内 ,对回归方程进行规划求解 ,得到黄酮的提
取率(Y)的最大值以及各参试因子的具体取值:X1 = 0.814;X
2
=-0.098;X
3
= -0.649;X
4
= -2。然后通过式(3)代入原
编码水平求出该模型中各参试因子的具体取值。
Zj=Z0j+Xj×Δj　　　(3)
故微波提取苦丁茶中黄酮的理论最优条件是 , 微波功率
782.1W, 乙醇浓度 69.02%, 提取时间 4.5 min, 液料比 15∶1, 微
波提取黄酮的理论提取率可达 9.10%。
2.7　最优工艺条件验证 以乙醇浓度 69%, 微波功率 782 W, 萃
取时间 4.5 min, 液料比 15∶1为萃取条件 , 进行微波提取最优工
艺的验证试验 , 并与理论值相比较 , 微波提取理论得率与验证试
验结果基本一致 , 理论值为 9.10%, 验证试验值为(9.13 ±
0.052)%,由此表明试验中所设模型与实际情况相符 , 回归模型
可靠。
3　结论
实验表明微波功率 、乙醇浓度 、萃取时间 、液料比对苦丁茶总
黄酮得率的影响不是简单的线性关系 ,一次项和二次项对苦丁茶
总黄酮得率影响显著 ,交互项影响较小。
响应面法优化微波提取苦丁茶总黄酮的最佳工艺条件为:乙
醇浓度 69%, 微波功率 782W, 萃取时间 4.5 min, 液料比 15∶1,
苦丁茶黄酮提取率为 9.10%。回归分析和验证实验表明了该响
应面法的合理性和可行性。
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