全 文 ：响应曲面法优化千年健黄酮的提取工艺
王胜英
（吉林敖东洮南药业股份有限公司，吉林 吉林 １３７１００）
摘要：单因素实验研究了微波时间、微波功率、乙醇浓度和液固比对千年健黄酮提取率的影响，利用响应
面法对提取工艺进行优化，用Ｄｅｓｉｇｎ－Ｅｘｐｅｒｔ ７．０软件对实验数据进行二次响应面分析。结果表明：各
因素对黄酮提取率影响的次序为液固比＞微波功率＞乙醇浓度＞微波时间，最佳提取工艺条件为：微波
功率２７３．８Ｗ、微波时间５ｍｉｎ、乙醇浓度５０％、液固比３０∶１（ｍＬ／ｇ），在此条件下提取率为０．５８８１％。
关键词：千年健；黄酮；响应面
中图分类号：ＴＳ２０１．１ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－９９７３．２０１５．０３．０１１
文章编号：１０００－９９７３（２０１５）０３－００４２－０４
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｆｌａｖｏｎｏｉｄｓ ｆｒｏｍ Ｈｏｍａｌｏｍｅｎａ
Ｒｈｉｚｏｍｅ ｂｙ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ
ＷＡＮＧ Ｓｈｅｎｇ－ｙｉｎｇ
（Ｊｉｌｉｎ Ａｏｄｏｎｇ Ｔａｏｎａｎ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｌｉｎ １３７１００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ－ｆａｃｔｏｒ ｔｅｓｔ，ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ（ＲＳＭ）ｉｓ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｏ
ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ－ａｓｓｉｓｔｅｄ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌａｖｏｎｏｉｄｓ ｆｒｏｍ Ｈｏｍａｌｏｍｅｎａ Ｒｈｉｚｏｍｅ，ａｎｄ ｔｈｅ
Ｄｅｓｉｇｎ－Ｅｘｐｅｒｔ ７．０ｉｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｑｕａｄｒａｔｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ
ｆｏｕｒ ｆａｃｔｏｒｓ，ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｓｏｌｖｅｎｔ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌ ｍｏｓｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ，ｆｏｌｏｗｅｄ ｂｙ
ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｐｏｗｅｒ，ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｔｈａｎｏｌ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｔｉｍｅ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ：ｓｏｌｖｅｎｔ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌ ｒａｔｉｏ ｏｆ ３０∶１（ｍＬ／ｇ），ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ２７３．８Ｗ，ｅｔｈａｎｏｌ ｏｆ
５０％ａｎｄ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｔｉｍｅ ｏｆ ５ｍｉｎ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈｏｍａｌｏｍｅｎａ Ｒｈｉｚｏｍｅ；ｆｌａｖｏｎｏｉｄｓ；ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ
千年健（Ｈｏｍａｌｏｍｅｎａ Ｒｈｉｚｏｍｅ）为多年生草本植
物，是我国传统中药材，其性味苦、辛、温，具有祛风湿、
舒筋活络、止痛、消肿等功效［１］。千年健的各类化学成
分丰富，主要为挥发油、倍半萜类化合物、脂肪酸和黄
酮类化合物等。近年来，对千年健活性成分提取做了
较多的研究工作，周诚等［２］和邱琴等［３］分别采用水蒸
汽蒸馏法提取千年健挥发油，杨再波等［４］用固相萃取
技术萃取千年健中挥发性化学成分。目前有关千年健
黄酮提取方面的研究鲜见报道，响应曲面法是较理想
的试验设计方法，已经在活性成分提取方面得到广泛
应用，本文采用响应曲面法优化千年健黄酮的提取工
艺，为千年健资源的开发利用提供参考。
１ 材料与方法
１．１ 实验材料与设备
千年健，购于本地药店；芦丁（生化试剂，中国食品
药品检定研究院）；乙醇、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠
等均为国产分析纯。
收稿日期：２０１４－１１－１１
作者简介：王胜英（１９７９－），女，工程师，主要从事天然产物提取及生物活性方面的生产和研究工作。
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基础研究 第４０卷 第３期
２０１５年３月
中 国 调 味 品
Ｃｈｉｎａ Ｃｏｎｄｉｍｅｎｔ
植物试样粉碎机ＦＺ１０２ 河北省黄马华市新兴电
器厂；微波炉 ＭＧ－５６３０ｓ ＬＧ有限公司；可见分光光
度计７２２型 上海光谱仪器有限公司；鼓风干燥箱
ＧＺＸ－ＧＷ－ＢＳ－２ 上海跃进医疗器械有限公司；电子天
平ＡＲ２２４ＣＮ 上海分析仪器厂。
１．２ 试验方法
１．２．１ 标准曲线的制作
准确称取经干燥至恒重的芦丁用３０％乙醇配制
成芦丁标准溶液。吸取芦丁标准液０，２．０，４．０，６．０，
８．０，１０．０ｍＬ，分别置于２５ｍＬ比色管中，依次加入
５％的亚硝酸钠溶液１．０ｍＬ，摇匀放置６ｍｉｎ，加入
１０％的硝酸铝溶液１．０ｍＬ，摇匀放置６ｍｉｎ，加入４％
的氢氧化钠溶液１０．０ｍＬ，定容摇匀放置１５ｍｉｎ，
５１０ｎｍ处测定吸光度，用最小二乘法得回归方程为
Ａ＝１２．６８２Ｃ＋０．０２４，芦丁浓度与吸光度呈良好的线
性关系。
１．２．２ 单因素实验
称取样品２．０ｇ，加入到锥形瓶中，按液料比
２５∶１（ｍＬ／ｇ）加入４０％乙醇溶液，在微波功率２６４Ｗ
条件下微波处理７ｍｉｎ，通过改变某一单因素值做单
因素影响实验，见表１。然后过滤定容，按１．２．１方法
测定吸光度，计算黄酮浓度。
表１ 单因素实验设计表
水平
影响因素
微波时间（ｍｉｎ）微波功率（Ｗ） 乙醇浓度（％）液料比（ｍＬ／ｇ）
１ ３ １３６ ３０ ２０∶１
２ ５ ２６４ ４０ ３０∶１
３ ７ ４４０ ５０ ４０∶１
４ ９ ６１６ ６０ ５０∶１
５ １１ ８００ ７０ ６０∶１
１．２．３ 响应面试验设计
在单因素的基础上，选取微波功率、微波时间、乙
醇浓度和液固比四个因素为自变量，黄酮提取率为响
应值，利用Ｄｅｓｉｇｎ－Ｅｘｐｅｒｔ ７．０软件，研究各自变量及
其交互作用对黄酮提取率的影响。
２ 结果与分析
２．１ 单因素结果分析
微波功率、微波时间、乙醇浓度和液固比对黄酮提
取率的影响实验结果见图１～图４。
0.65
0.60
0.55
0.50
0.45
0.40
提
取
率
（ %
）
136 264 440 616 800
微波功率（W）
图１ 微波功率对黄酮提取率的影响
由图１可知，黄酮提取率在微波功率为１３６～
４４０Ｗ时，随着功率的增加而增高，在４４０Ｗ处达到最
大，而后逐渐降低。选择微波功率为２６４，４４０，６１６Ｗ
三个值进行响应面试验。
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
提
取
率
（ %
）
3 4 5 6 7
微波时间（min）
图２ 微波时间对黄酮提取率的影响
由图２可知，微波时间越长，越有利于桃金娘果实
中的黄酮浸出，但当时间增加到一定程度时，提取率上
升幅度不大。选择微波时间为３，４，５ｍｉｎ进行响应面
试验。
0.60
0.55
0.50
0.45
0.40
提
取
率
（ %
）
20 30 40 50 60
乙醇浓度（%）
图３ 乙醇浓度对黄酮提取率的影响
由图３可知，黄酮提取率先是随着乙醇浓度的增
加而增高，且增加幅度较大，在乙醇浓度为４０％时，黄
酮提取率达到最大值，而后缓慢下降。选择乙醇浓度
为３０％，４０％，５０％三个值进行响应面分析试验。
0.55
0.50
0.45
0.40
0.35
0.30
提
取
率
（ %
）
10 15 20 25 30 35
液固比（mL/g）
图４ 液固比对黄酮提取率的影响
由图４可知，在液固比小于２５∶１时，随着液固比
的增加，黄酮提取率也增加，在２５∶１处达到最大，所
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第４０卷 第３期
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以选择２０∶１，２５∶１，３０∶１进行响应面试验。
２．２ 响应面法试验结果分析
２．２．１ 响应面分析试验的水平表
采用响应面Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ设计分析法，根据单因
素试验结果，对微波功率、微波时间、乙醇浓度和液固
比四个因素进行四因素三水平响应面分析，试验因素
及水平设计见表２。
表２ 响应曲面试验因素水平表
水平
微波功率Ｘ１
（Ｗ）
微波时间Ｘ２
（ｍｉｎ）
乙醇浓度Ｘ３
（％）
液固比Ｘ４
（ｍＬ／ｇ）
－１ ２６４ ３ ３０ ２０
０ ４４０ ４ ４０ ２５
１ ６１６ ５ ５０ ３０
２．２．２ 黄酮提取率回归方程的建立与显著性检验
根据试验方案进行试验，试验分析方案及试验结
果见表３。
表３ 响应面分析方案与试验结果
序号
微波功率
Ｘ１
微波时间
Ｘ２
乙醇浓度
Ｘ３
液固比
Ｘ４
黄酮提取率
Ｙ（％）
１ １ ０ ０ －１ ０．３９２０
２ ０ １ １ ０ ０．５３９１
３ １ －１ ０ ０ ０．４９１６
４ ０ ０ －１ １ ０．５２０１
５ －１ １ ０ ０ ０．５７９４
６ ０ －１ ０ １ ０．５６１６
７ －１ ０ －１ ０ ０．５３４３
８ ０ １ ０ －１ ０．４２７６
９ ０ －１ ０ －１ ０．４７９８
１０ １ ０ １ ０ ０．４７７４
１１ ０ ０ １ －１ ０．４９７６
１２ ０ ０ １ １ ０．５７１１
１３ ０ ０ －１ －１ ０．４６７９
１４ ０ １ －１ ０ ０．４９９９
１５ －１ ０ ０ １ ０．５２１３
１６ １ １ ０ ０ ０．４９０４
１７ ０ １ ０ １ ０．５７１１
１８ －１ ０ ０ －１ ０．５２８４
１９ ０ －１ －１ ０ ０．５１５３
２０ １ ０ ０ １ ０．５２４８
２１ ０ －１ １ ０ ０．５４５０
２２ －１ ０ １ ０ ０．５４３８
２３ １ ０ －１ ０ ０．４８２１
２４ －１ －１ ０ ０ ０．４７８６
２５ ０ ０ ０ ０ ０．５２１３
２６ ０ ０ ０ ０ ０．５４６２
２７ ０ ０ ０ ０ ０．５２０１
２８ ０ ０ ０ ０ ０．５３４３
２９ ０ ０ ０ ０ ０．５３４３
２９个实验点分为析因点和零点，实验号１～２４是
析因实验，实验号２５～２９是中心实验。其中析因点为
自变量取值在Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３ 所构成的三维顶点，零点为
区域的中心点，零点实验重复５次，用以估计实验误
差。各因素经回归拟合后，得黄酮提取率对微波功率、
微波时间、乙醇浓度、液固比的二次多项回归方程为：
Ｙ＝０．５３－０．０２７Ｘ１＋（２．９６７Ｅ－００３）Ｘ２＋０．０１３
Ｘ３＋０．０４０Ｘ４－０．０２６Ｘ１Ｘ２－（３．５５０Ｅ－００３）Ｘ１Ｘ３＋
０．０３５Ｘ１Ｘ４ ＋ （２．３７５Ｅ－００３）Ｘ２Ｘ３ ＋０．０１５Ｘ２Ｘ４ ＋
（５．３２５Ｅ－００３）Ｘ３Ｘ４－０．０２０Ｘ１２－（３．２０３Ｅ－００３）Ｘ２２－
（１．４２８Ｅ－００３）Ｘ３２－０．０１８Ｘ４２。
模型的可信度可由方差分析和相关系数来分析。
由表３可知，模型在Ｐ≤０．０１的水平上高度显著，表明
试验设计可信。本试验的相关系数为０．９３２７，根据相
关系数越接近１，预测值与实验值的相关系越好可得，
本实验所得的模型能较好地描述实验结果。
表４ 各因素方差分析
方差来源 平方和 自由度 均方 Ｆ Ｐｒｏｄ＞Ｆ
模型 ０．０４３ １４ ３．０５Ｅ－０３ ６．６８ ０．０００５
Ｘ１ ８．９４Ｅ－０３ １ ８．９４Ｅ－０３ １９．５７ ０．０００６
Ｘ２ １．０６Ｅ－０４ １ １．０６Ｅ－０４ ０．２３ ０．６３８１
Ｘ３ １．９９Ｅ－０３ １ １．９９Ｅ－０３ ４．３５ ０．０５５８
Ｘ４ ０．０１９ １ ０．０１９ ４１．４５ ＜０．０００１
Ｘ１Ｘ２ ２．６０Ｅ－０３ １ ２．６０Ｅ－０３ ５．６９ ０．０３１７
Ｘ１Ｘ３ ５．０４Ｅ－０５ １ ５．０４Ｅ－０５ ０．１１ ０．７４４７
Ｘ１Ｘ４ ４．８９Ｅ－０３ １ ４．８９Ｅ－０３ １０．７１ ０．００５６
Ｘ２Ｘ３ ２．２６Ｅ－０５ １ ２．２６Ｅ－０５ ０．０４９ ０．８２７３
Ｘ２Ｘ４ ９．５２Ｅ－０４ １ ９．５２Ｅ－０４ ２．０８ ０．１７０９
Ｘ３Ｘ４ １．１３Ｅ－０４ １ １．１３Ｅ－０４ ０．２５ ０．６２６
Ｘ１２ ２．６３Ｅ－０３ １ ２．６３Ｅ－０３ ５．７５ ０．０３１
Ｘ２２ ６．６６Ｅ－０５ １ ６．６６Ｅ－０５ ０．１５ ０．７０８４
Ｘ３２ １．３２Ｅ－０５ １ １．３２Ｅ－０５ ０．０２９ ０．８６７３
Ｘ４２ ２．０４Ｅ－０３ １ ２．０４Ｅ－０３ ４．４６ ０．０５３２
残差 ６．４０Ｅ－０３ １４ ４．５７Ｅ－０４
失拟项 ５．９３Ｅ－０３ １０ ５．９３Ｅ－０４ ５．１ ０．０６５２
纯误差 ４．６５Ｅ－０４ ４ １．１６Ｅ－０４
总离差 ０．０４９ ２８
注：Ｐｒｏｄ＞Ｆ的值小于０．００１为极其显著，Ｐｒｏｄ＞Ｆ的值小
于０．０１为高度显著，Ｐｒｏｄ＞Ｆ的值小于０．０５为显著。
由表４可知，该模型极其显著（Ｐｒ＞Ｆ值小于
０．００１）且失拟项不显著，说明试验结果与模型拟合较
好。在表３的第一次项中，微波功率与液固比对黄酮
提取率的影响极其显著（其Ｐｒ＞Ｆ值小于０．００１）；在
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基础研究 第４０卷 第３期
２０１５年３月
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交互项中，微波功率与液固比的交互作用对提取的影
响为高度显著（Ｐｒ＞Ｆ值小于０．０１）；在二次项中，微
波功率的平方表现显著（Ｐｒ＞Ｆ值小于０．０５）。由此
可见，各因素对黄酮提取率的影响次序为液固比＞微
波功率＞乙醇浓度＞微波时间。
２．２．３ 响应面分析
为了更直观地观察其中两个因素同时对提取率的
影响，我们利用二元二次方程绘出相应的曲面图和等
高线图，见图５～图７。
0.56
0.53
0.51
0.49
0.47
黄
酮
提
取
率
（ %
）
C：乙醇浓度（%） 30
35
40
45
50 350
325
300
275
250 A：微波功率（W）
图５ 乙醇浓度与微波功率的交互对提取率的影响
由图５可知，随着微波功率的增加，提取率先上升
后下降；随着乙醇浓度的增加，提取率呈现上升趋势。
这说明在一定的范围内，同时增加微波功率和乙醇浓
度，有利于黄酮的浸出；两者继续增加，提取液温度高，
溶剂挥发加快，提取率下降。
0.55
0.54
0.52
0.51
0.50
黄
酮
提
取
率
（ %
）
C：乙醇浓度（%）
30
35
40
45
50 5.0
4.5
4.0
3.5
3.0 B：微波时间（min）
图６ 微波时间与乙醇浓度的交互对提取率的影响
由图６可知，提取率随着乙醇浓度的递增而逐渐
增高，而且增幅较大；而提取率随着微波时间的递增先
增高后缓慢下降。这是由于在一定的微波功率和液固
比下，乙醇浓度增加和微波时间的延长，都有利于黄酮
的提取。
0.58
0.55
0.52
0.49
0.46
黄
酮
提
取
率
（ %
）
D：液固比（mL/g）
20.0
22.5
25.0
27.5
30.0 50
45
40
35
30 C：乙醇浓度（%）
图７ 乙醇浓度与液固比的交互对提取率的影响
由图７可知，提取率随液固比和乙醇浓度的增加
而增加，而随液固比变化，提取率增幅较大。这可能是
由于在液固比为２０∶１～３０∶１范围内，溶剂的增加有
利于黄酮类物质的溶出，从而提高其提取率。
２．２．４ 试验验证
经响应面法优化的最佳工艺条件为微波功率
２７３．８１Ｗ、微波时间５ｍｉｎ、乙醇浓度５０％、液固比
３０∶１（ｍＬ／ｇ），在此条件下所得的黄酮提取率为
０．５９３２％。实际黄酮提取率为０．５８８１％，与模型预测
值相差０．００５１％，与理论预测值基本吻合。
３ 结论
采用中心试验设计与响应面分析法，建立千年健
黄酮提取率的回归方程。回归方程的决定系数为
０．９３２７，方程较显著，拟合良好，可以进行实际预测。
方差分析结果表明：各个因素对提取率影响大小次序
为液固比＞微波功率＞乙醇浓度＞微波时间。经模型
优化所得的最佳提取条件为微波功率２７３．８Ｗ、微波
时间５ｍｉｎ、乙醇浓度５０％、液固比３０∶１（ｍＬ／ｇ），在
此条件下提取率为０．５８８１％。
参考文献：
［１］赵璐，左志芳．千年健提取方法的研究进展［Ｊ］．科技信息，
２０１２（３６）：１３８．
［２］周诚，麦惠环．越南产千年健挥发油成分分析［Ｊ］．中药材，
２００２（１０）：７１０－７２０．
［３］邱琴，丁玉萍，赵文强，等．千年健挥发油化学成分的研究
［Ｊ］．上海中医药杂志，２００４，３８（３）：５１－５３．
［４］杨再波，赵超．固相萃取／气相色谱／质谱法分析千年健中挥
发性化学成分［Ｊ］．精细化工，２００７，２４（２）：１４９－１５３．
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第４０卷 第３期
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