全 文 ：＜＜＜ 油脂工程·技术
CEREALS AND OILS PROCESSING
[J] ． 粮油加工与食品机械， 2005 (3)： 48~50．
[6] 周如金， 顾立军， 黎周国， 等 ． 超声强波提取核桃仁油的研究
[J] ． 食品科学， 2003， 24 (10)： 112~117．
[7] Lee S， Yang K， Hwang S． Use of response surface analysis in
selective bioconversion of starch wastewater to acetic acid using a
mixed culture of anaerobes [J] . Process Biochemis-try， 2004， 39
(9)： 1131~1135.
基金项目： 广西科技厅 （桂科攻 0815009-2-3）， 广西工学院 （院科
硕 0816223）
收稿日期： 2010-03-22
作者简介： 程谦伟 (1979—)， 男， 安徽安庆人， 讲师， 主要从事农
产品资源开发与应用方面的研究。
通信地址： （545006） 广西柳州市东环路 268 号
杜衡挥发油的超声辅助提取及其 GC ／MS分析
王乃馨 王卫东 李 超 史 勇
（徐州工程学院食品工程学院）
【摘要】 采用 Box－Behnken 设计对杜衡挥发油超声辅助提取工艺中的液料比、 超声时间和
超声温度 3 个因素的最优化组合进行了定量研究， 建立并分析了各因素与得率关系的数学模型；
然后对挥发油进行了 GC ／MS分析， 并采用峰面积归一化法确定了各成分的相对含量； 最后将超
声辅助提取和其他提取方法进行了对比。 结果表明： 最佳的工艺条件为液料比 10．3mL ／ g、 超声
时间 41min 和超声温度 59℃， 经试验验证此条件下得率为 8．17％， 与理论计算值 8．14％基本一
致。 说明回归模型能较好地预测杜衡挥发油的提取得率。 采用气相色谱－质谱联用技术对杜衡挥
发油成分进行了分离鉴定， 分离出 25 种成分， 共确认了其中 19 种， 主要是甲基丁香酚 30．97％、
橄香素 19．58％和细辛脂素 9．95％等。 与其他提取方法相比， 超声辅助提取时间短， 得率高。
【关键词】 超声辅助提取； 杜衡； 挥发油； 响应曲面法； GC ／MS
中图分类号： TS 225．3 文献标识码： A 文章编号： 1673-7199(2010)08-0009-04
杜衡 （Asarum forbesii Maxim．） 为马兜铃科细辛属
植物杜衡的根茎及草或全草， 又名马辛、 南细辛、 马
蹄香、 马蹄细辛， 为多年生草本植物， 产于江苏、 安
徽、 浙江、 江西、 河南南部、 湖北及四川东部。 本品
全草入药， 具有驱风逐寒、 消痰引水、 活血平喘、 定
痛等作用。 杜衡主要有效成分为挥发油， 其常用提取
方法有水蒸气蒸馏法、 热回流提取等， 但都存在提取
时间长等缺点。 而超声辅助提取作为一种优良的提取
方法， 具有操作简便快捷、 提取时间短及提取率高等
特点， 目前己广泛应用在生物活性物质的提取方面。
但运用超声辅助提取杜衡挥发油的工艺及其成分分析
还未见有报道， 因此， 本试验运用响应曲面法探索微
波辅助提取其挥发油的最佳工艺参数， 同时通过 GC ／
MS 对挥发油成分进行分析， 并与传统提取方法进行比
较， 具有较为重要的生产应用指导意义。
1 材料与方法
1．1 原料与试剂
杜衡， 安徽亳州市三义堂药业有限责任公司， 乙
酸乙酯和无水 Na2SO4皆为分析纯。
9
CEREALS AND OILS PROCESSING
技术·油脂工程 ＞＞＞
表 2 Box－Behnken 试验结果
试验号 x1 x2 x3 得率 （％）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
8
12
8
12
8
12
8
12
10
10
10
10
10
10
10
30
30
50
50
40
40
40
40
30
50
30
50
40
40
40
60
60
60
60
50
50
70
70
50
50
70
70
60
60
60
7．78
7．86
7．88
7．94
7．83
7．90
7．73
7．80
7．82
7．87
7．75
7．79
8．13
8．09
8．18
1．2 仪器与设备
标准检验筛， 浙江上虞华美仪器纱筛厂； 风选中
药粉碎机 ， 山东省青州市精诚机械制造有限公司 ；
FA2104N 电子分析天平， 上海精密科学仪器有限公司；
KBS－250 型数控超声波细胞粉碎机， 昆山市超声仪器
有限公司； SENCO R201L 旋转蒸发器， 上海申生科技
有限公司； 数显式电热恒温水浴锅、 GZX－DH 电热恒
温干燥箱， 上海跃进医疗器械厂； SHJM－1 数显恒温搅
拌电热套， 山东省鄄城现代试验仪器厂； 索氏提取器。
1．3 方法
1．3．1 提取方法
1．3．1．1 超声辅助提取
杜衡粉碎后过 80目筛， 称取约 5g粉末样品， 置于
三角瓶中， 加人一定量的乙酸乙酯后， 按照不同的液
料比、 超声时间和超声功率设置好超声处理程序 （固
定超声功率 75W 和占空比 2s ／ 5s） 后， 开动超声制样，
然后将提取液过滤， 蒸发浓缩后秤重。
1．3．1．2 索氏提取
杜衡粉碎后过 80 目筛， 称取约 5g， 用滤纸包好，
放入索氏提取器中， 加入乙酸乙酯 200mL， 在 85℃水
浴中恒温 5h 后在提取液加入无水 Na2SO4后过滤， 蒸发
浓缩后称重。
1．3．1．3 热回流提取
杜衡粉碎后过 80 目筛， 称取约 5g， 放置于 250mL
圆底烧瓶中， 加入乙酸乙酯 150mL， 在 85℃水浴中提
取 2h后在提取液加入无水 Na2SO4后过滤， 蒸发浓缩后
称重。
1．3．2 Box－Behnken试验设计
根据 Box－Behnken 试验设计原理， 在单因素试验
的基础上， 选取液料比、 超声时间和超声功率 3 个影
响因素， 采用 3 因素 3 水平的响应曲面分析方法， 试
验因素与水平设计见表 1。 共 15 个试验点： 其中 12个
为析因点， 3个为中心点。
设该模型通过最小二乘法拟合的二次多项方程为：
EY＝β0＋
3
i ＝ 1
Σβixi＋Σ
3
i＜j＝1
Σβijxixj＋
3
i ＝ 1
Σβiixi2＋ε
式中， EY为预测响应值， xi和 xj为自变量代码值，
β0为常数项， βi为线性系数， βij为交互项系数， βii为
二次项系数， ε为随机误差。 按照 Box－Behnken 试验设
计的统计学要求， 对上述方程的各项回归系数进行回
归拟合。
1．3．3 得率的计算
得率＝挥发油的质量
杜衡的质量
×100％
1．3．4 分析条件
GC 条 件 ： 色 谱 柱 ： HP －5 （ 30m ×0．25mm ×
0．25μm）； 进样温度 ： 260℃； 升温程序为初始温度
60℃保持 1min， 程序升温 20℃ ／min至 100℃， 10℃ ／min
升温至 250℃， 20℃ ／min 升温至 290℃、 保持 5min。 载
气 He， 流量为 1．0mL ／ min， 溶剂延迟时间： 3 min； 分
流比为 50： 1； 进样量为 0．2μL。
MS 条件： EI 离子源， 离子源温度 230℃， 电子能
量 70eV， 质量扫描范围 33～500amu， 接口温度 280℃。
2 结果与讨论
2．1 Box－Behnken试验设计
2．1．1 模型的建立及其显著性检验
利用 Design expert V7．0．0 统计软件通过逐步回归对
表 2 试验数据进行回归拟合， 得到杜衡挥发油得率对
以上三个因素的二次多项回归模型为：
EY＝－135．89＋15．82x1＋2．32x2＋0．3x3＋0．091x1x2＋2．5×
表 1 因素水平表
因素 代码
水平
－1 0 1
液料比（mL ／ g）
超声时间（min）
超声温度（℃）
x1
x2
x3
8
30
50
10
40
60
12
50
70
10
＜＜＜ 油脂工程·技术
CEREALS AND OILS PROCESSING
10－5x1x3－2．9×10－4x2x3－1．01x1x1－0．031x2x2－7．6×10－4x3x3
对该模型进行方差分析， 结果见表 3。
由表 3 可知： 模型具有极显著性 （p＜0．01）， 失拟
项 （p＞0．05） 不显著以及 R2Adj ＝0．9440和 S ／ N （信噪比）
为 14．950 远大于 4， 可知回归方程拟合度和可信度均
很高， 试验误差较小， 故可用此模型对超声辅助提取
杜衡挥发油的工艺结果进行分析和预测。
2．1．2 响应曲面分析与优化
根据回归方程， 作响应曲面图， 考察所拟合的响
应曲面的形状， 分析液料比、 提取时间和超声功率对
得率的影响。 其响应曲面及其等高线如图 1～图 3所示，
3组图直观地反映了各因素对响应值的影响。
等高线的形状可反映出交互效应的强弱， 椭圆形
表示两因素交互作用显著， 而圆形则与之相反。 比较 3
组图并结合表 3 中 p 可知： 模型的一次项 x3 （0．01＜p＜
0．05）、 x 1 （0．01＜p＜0．05） 和 x 2 （0．01＜p＜0．05） 显著；
交互项都不显著； 二次项 x 12 （p＜0．01）、 x 22 （p＜0．01）
和 x 32 （p＜0．01） 都极显著， 表明各影响因素对得率的
影响不是简单的线性关系。
为进一步确定最佳提取工艺参数， 对所得方程进
行逐步回归， 删除不显著项， 然后求一阶偏导， 并令
其为 0， 可得最佳工艺参数为液料比 10．3mL ／ g、 超声
时间 41min 和超声温度 59℃， 此时杜衡挥发油的最佳
得率为 8．14％。 为检验 Box－Behnken试验设计所得结果
的可靠性， 采用上述优化出的工艺参数提取 3 次， 实
际测得的平均得率为 8．17％， 与理论预测值相比， 其相
对误差约为 0．03％。 因此， 基于 Box－Behnken 试验设计
所得的最佳工艺参数准确可靠， 具有实用价值。
2．2 杜衡挥发油化学成分的 GC ／MS分析
取最佳提取工艺参数下的杜衡挥发油适量按上述
GC ／MS 分析条件， 通过气质联用仪对杜衡挥发油化学
成分进行分析， 各分离组分利用计算机谱库 （NIST05）
进行检索和有关文献进行人工谱图解析， 采用色谱峰
图 1 液料比、 超声时间及其相互作用对
得率影响的响应面和等高线
图 2 液料比、 超声温度及其相互作用对
得率影响的响应面和等高线
图 3 超声时间、 超声温度及其相互作用对
得率影响的响应面和等高线
注： ＊＊表示极显著， 即 0．01 水平显著； ＊表示显著， 即 0．05
水平显著。
方差来源 SS df MS F value p－value
模型
x1
x2
x3
x1x2
x1x3
x2x3
x1x1
x2x2
x3x3
残差
失拟项
误差项
总和
0．26
9．8×10－3
9．112×10－3
0．015
1×10－4
0
2．5×10－5
0．063
0．070
0．13
5．392×10－3
1．325×10－3
4．067×10－3
0．27
9
1
1
1
1
1
1
1
1
1
5
3
2
14
0．029
9．8×10－3
9．112×10－3
0．015
1×10－4
0
2．5×10－5
0．063
0．070
0．13
1．078×10－3
4．42×10－4
2．033×10－3
27．22
9．09
8．45
14．20
0．093
0
0．023
58．24
65．13
120．91
0．22
0．0010
0．0296
0．0335
0．0130
0．7730
1．0000
0．8849
0．0006
0．0005
0．0001
0．8782
＊＊
＊
＊
＊
＊＊
＊＊
＊＊
R2＝0．9800 R2Adj ＝0．9440 S ／ N＝14．950
表 3 响应曲面二次回归方程模型方差分析结果
11
CEREALS AND OILS PROCESSING
技术·油脂工程 ＞＞＞
表 4 杜衡挥发油化学成分的分析结果
保留时间
（min）
化合物名称 分子式
相对含量
（％）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
5．68
5．852
7．694
8．65
8．741
9．278
9．756
9．81
10．449
11．034
2， 6， 6－三甲基－2， 4－环庚二烯－
1－酮
L－龙脑
2－叔丁基对甲苯酚
甲基丁香酚
3， 4， 5－三甲氧基甲苯
（Z） －β－金合欢烯
十五烷
肉豆蔻醚
橄香素
4－烯丙基－2， 6－二甲氧基苯酚
C10H14O
C10H18O
C11H16O
C11H14O2
C10H14O3
C15H24
C15H32
C11H12O3
C12H16O3
C11H14O3
0．36
0．53
2．24
30．97
2．28
0．69
1．29
2．68
19．58
0．92
11
12
13
14
15
16
17
18
19
11．142
11．308
11．867
13．531
14．734
15．363
16．893
22．73
25．34
芥子酸
2－氰基－3－ （2－二噻吩基） －丙烯硫
羰胺
β－细辛脑
［2，7］ 萘啶－1， 3， 6， 8－四醇
棕榈酸
3－甲氧基－4－三甲基硅氧基－苯甲醚
（E，E） －2， 4－癸二烯醛
卡巴胆碱
细辛脂素
C11H12O5
C8H6N2S2
C12H16O3
C12H16O4N2
C16H32O2
C12H13N3O
C10H16O
C6H15N2O2
C20H18O6
0．62
6．9
1．26
0．03
2．7
3．08
0．91
2．43
9．95
表 5 不同提取方法得率的比较
提取方法 提取时间 EY （％）
超声辅助提取
索氏提取
热回流提取
41min
5h
2h
8．17
8．41
5．72
面积归一化法进行相对定量。 从杜衡挥发油中共分离
出 25 个峰， 确定了其中的 19 种化合物， 所鉴定成分
占总挥发油的 89．42％， 经气相色谱面积归一化法测定
了各组分的相对百分含量， 分析鉴定结果见表 4。 相对
含量在 1％以上的有 12 种化合物， 含量占总化合物的
85．36％， 其中含量最高的是甲基丁香酚， 占 30．97％；
其次是橄香素， 占 19．58％； 居第三位的是细辛脂素，
占 9．95％。
由表 5 可知： 超声辅助提取杜衡挥发油得率是索
氏提取得率的 97．15％ ， 而比热回流提取得率高
42．83％； 而超声时间仅仅 41min， 而其他提取方法则需
要 2h 以上， 提取时间大大缩短。 由此可知， 超声辅助
提取是一种非常有效的提取杜衡挥发油的方式。
3 结论
（1） 建立了一个以杜衡挥发油提取得率为目标值，
以液料比、 超声时间和超声温度为因素的数学模型，
方差分析表明拟合较好。 通过对回归方程优化计算，
得到提取的最佳工艺条件为液料比 10．3mL ／ g、 超声时
间 41min 和超声温度 59℃。 对所建立的数学模型进行
了试验验证。 在最优条件下， 得到杜衡挥发油的提取
得率为 8．17％， 与理论值 8．14％基本一致。
（2） 从杜衡挥发油中共分离出 25个峰， 确定了其
中的 19 种化合物， 所鉴定成分占总挥发油的 89．42％，
经气相色谱面积归一化法测定了各组分的相对百分含
量， 其中含量最高的是甲基丁香酚， 占 30．97％； 其次
是橄香素， 占 19．58％； 居第三位的是细辛脂素 ， 占
9．95％。
（3） 通过不同提取方法的比较试验， 可得出超声
辅助提取杜衡挥发油具有效率高， 省时省材料， 低耗
能等优势。
参 考 文 献
［1］ 吴贻谷． 中药大辞典 ［M］ ． 上海： 上海科学技术出版社， 1986：
1034．
［2］ Zhang Z S， Wang L J， Li D， et al． Ultrasound－assisted extrac-
tion of oil from flaxseed ［J］ ． Separation and Purification Tech-
nology， 2008， 62 （1）： 192～198．
［3］ Fu C L， Tian H J， Li Q H， et al． Ultrasound－assisted extrac-
tion of xyloglucan from apple pomace ［ J］ ． Ultrasonics Sono-
chemistry， 2006， 13 （6）： 511～516．
［ 4］ Chen F， Sun Y Z， Zhao G H， et al． Optimization of ultra-
sound－assisted extraction of anthocyanins in red raspberries and
identification of anthocyanins in extract using high －performance
liquid chromatography－mass spectrometry ［J］ ． Ultrasonics Sono-
chemistry， 2007， 14（6）： 767～778．
［5］ 陈健， 潘艺， 林庆生． CO2超临界流体萃取法提取杜衡挥发油化
学成分的分析 ［J］ ． 中国药房， 2007， 18 （36）： 2841～2843．
［6］ 潘炯光， 徐植灵， 王光辉， 等． 中国细辛属植物挥发油的气相色
谱－质谱分析汉城细辛、 杜衡、 灯笼细辛、 鼎湖细辛和花叶尾花
细辛 ［J］ ． 中药通报， 1984， 9 （4）： 31～33．
［7］ 张峰， 徐青， 付绍平， 等 ． 杜衡挥发油的化学成分研究 ［J］ ．
中草药， 2004， 35 （11）： 1215～1217．
基金项目： 徐州工程学院青年项目 （XKY2009121）
收稿日期： 2010－03－30
作者简介： 王乃馨 （1983—）， 女， 江苏徐州人， 助教， 硕士， 研究
方向为功能性食品。
通讯作者： 李超 （1978—）， 男， 河南周口人， 讲师， 博士， 研究方
向为天然产物化学及食品加工。
通信地址： （221008） 江苏省徐州市
12