全 文 ：125※工艺技术 食品科学 2011, Vol. 32, No. 08
响应面分析法优化竹节草黄酮提取工艺
吴冬青，徐新建，张 丽，安红钢，林 敏
(河西学院化学系，甘肃 张掖 734000)
摘 要：研究超声波辅助法提取竹节草黄酮工艺。利用响应面分析法对影响竹节草黄酮得率的4个主要因素(提取时
间、提取功率、乙醇体积分数和固液比)进行研究。结果表明：最佳的竹节草黄酮提取工艺参数为提取时间 39min、
提取功率 70W、乙醇体积分数 65%、固液比 1:21(g/mL)。在此条件下黄酮得率实测值为 20.07mg/g，实测值与回归
模型预测值(20.29mg/g)相对误差为 1.1%，说明采用响应面法优化得到的提取条件可靠。
关键词：竹节草；黄酮；响应面法；提取工艺
Optimization of Extraction Process for Flavonoids from Polygomun aviculane L. by Response Surface Methodology
WU Dong-qing，XU Xin-jian，ZHANG Li，AN Hong-gang，LIN Min
(Department of Chemistry, Hexi University, Zhangye 734000, China)
Abstract：Ultrasound assistance was applied to extract flavonoids from Polygomun aviculane L. using aqueous ethanol as
extraction solvent. Four main factors (extraction time, ultrasound power, ethanol concentration and solid-to-liquid ratio) affect-
ing the yield of flavonoids were optimized by response surface methodology. The results showed that the optimal extraction
conditions were extraction time of 39 min, ultrasound power of 70 W, ethanol concentration of 65%, and solid-to-liquid ratio of
1:21 (g/mL). Under these conditions, the observed yield of flavonoids was 20.07 mg/g, and the relative error in comparison with
the predicted one was 1.1%, suggesting that the optimal extraction conditions are reliable.
Key words：Polygomun aviculane；flavonoids；response surface method；extraction technique
中图分类号：TS201.1 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2011)08-0125-04
收稿日期：2010-07-04
基金项目：甘肃省高等学校研究生导师科研项目(1009-08)；
甘肃省高校河西走廊特色资源利用省级重点实验室面上项目(XZ1008)
作者简介：吴冬青(1961—)，女，教授，本科，研究方向为天然产物有效成分提取、纯化和分析。E-mail：hxuwdq@163.com
竹节草(Polygomun aviculane L.)，又称扁竹蓼、乌
蓼、扁蓄等，为蓼科蓼属植物，主要分布在我国的西
部地区。其全草可入药，是我国民间常用的一种中草
药，主治细菌性痢疾、腮腺炎等症，也可用作妇科止
血剂[ 1 ]。
黄酮类化合物是植物的次级代谢产物，在自然界分
布广泛，且具有显著的抗炎、抗衰老、抗氧化等功效[2 ]。
超声波提取方法是新发展起来的一种提取物质有效成分
方法，具有提取时间短、得率高特点[ 3 ]。采用超声波
提取物质有效成分是目前常用方法之一。本实验利用超
声波法提取竹节草中黄酮类化合物，为确定竹节草黄酮
类化合物的最佳提取工艺，选择提取时间、提取功率、
乙醇体积分数、固液比为自变量，以竹节草黄酮得率
为响应值，借助Design Expert Version 7.1.6软件设计进
行了中心组合试验，对提取工艺进行优化，旨在为竹
节草黄酮的进一步开发利用提供一定参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
竹节草采集甘肃省陇南市成县。
芦丁(生化试剂) 中国医药(集团)上海化学试剂公
司；9 5 % 乙醇、硝酸铝、亚硝酸钠、氢氧化钠等均
为分析纯。
1.2 仪器与设备
WFJ2100型可见分光光度计 上海尤尼柯仪器有限
公司；RE-52型旋转蒸发仪 上海青浦沪西仪器厂；SN-
2000直插式超声波发生器 广州辛诺科超声设备公司。
1.3 方法
1.3.1 竹节草黄酮提取工艺[4-7]
工艺流程：竹节草→洗净→晾干→粉碎→过 60目
筛→ 80%乙醇→浸泡 1h→超声→提取两次→抽滤→滤液
合并→减压浓缩→定容→得黄酮备用液。
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1.3.2 黄酮含量测定[4-7]
准确移取质量浓度 0.5mg/mL芦丁标准溶液 0、0.4、
0.8、1.2、1.6、2.0mL，分别置于 10mL容量瓶中，加
入 5% NaNO2 0.5mL，摇匀，放置 6min后，加入 10%
Al(NO3)3 0.5mL，摇匀，再放置 6min，然后加 4% NaOH
溶液 5mL，用 30%乙醇定容，摇匀，放置 10min后，
在波长 510nm处测定吸光度(以试剂空白为参比)，以样
品质量浓度(x)为横坐标，吸光度(A)为纵坐标作图，得
回归直线方程：A=0.4785x－ 0.006，R2=0.9997。
黄酮得率 /(mg/g)=xd/m
式中：d 为稀释倍数，m 为样品质量 g。
1.3.3 响应面法试验设计[8-15]
在单因素试验的基础上，借助Design Expert软件，
采用中心组合试验设计(central composite design，CCD)
原理，选取提取时间、提取功率、乙醇体积分数、固
液比为试验因素，以竹节草黄酮得率为试验指标，进
行响应面分析试验，试验因素水平设计见表 1。
2.2 回归方程的方差分析
因素
水平 X1提取时 X2提取 X3乙醇体 X4固液比
间 /min 功率 /W 积分数 /% (g/mL)
2 60 90 90 1:30
1 50 80 80 1:25
0 40 70 70 1:20
－ 1 30 60 60 1:15
－ 2 20 50 50 1:10
表 1 竹节草黄酮提取响应面法试验的因素水平编码
Table 1 Factors and levels in central composite design
根据 CCD中心组合试验设计方案进行试验，用统
计软件Design Expert Version 7.1.6对试验数据进行回归
分析，可推测出最佳提取工艺参数。
2 结果与分析
2.1 竹节草黄酮提取响应面法试验优化设计与结果
按照CCD中心组合试验方案进行4因素5水平试验，
试验结果见表 2。
将表 2试验数据采用软件Design Expert Version 7.1.
6进行多元回归分析，各试验因素对响应值的影响不是
简单的线性关系，试验因素对响应值影响的回归方程
为 ：
Y=1.990－0.04000X1＋0.008333X2－0.02400X3＋
0.1500X4－0.0006250X1X2＋0.0006250X1X3＋0.02200X1X4－
0.003750X2X3＋0.001875X2X4－0.02100X3X4－0.07200X12－
0.1200X22－0.05500X32－0.07400X42
4个试验因素均以量纲线性编码处理，方程中各项
系数绝对值的大小能反映各因素对响应值的影响程度。
试验 X1提取 X2提取 X3乙醇体 X4固 得率 Y/
号 时间 功率 积分数 液比 (mg/g)
1 － 1 － 1 － 1 － 1 15.65
2 1 － 1 － 1 － 1 14.40
3 － 1 1 － 1 － 1 15.85
4 1 1 － 1 － 1 14.80
5 － 1 － 1 1 － 1 15.50
6 1 － 1 1 － 1 14.25
7 － 1 1 1 － 1 15.95
8 1 1 1 － 1 14.55
9 － 1 － 1 － 1 1 18.80
10 1 － 1 － 1 1 18.35
11 － 1 1 － 1 1 19.40
12 1 1 － 1 1 18.95
13 － 1 － 1 1 1 17.90
14 1 － 1 1 1 17.75
15 － 1 1 1 1 18.20
16 1 1 1 1 17.90
17 － 2 0 0 0 17.70
18 2 0 0 0 16.05
19 0 － 2 0 0 15.25
20 0 2 0 0 14.75
21 0 0 － 2 0 17.95
22 0 0 2 0 17.15
23 0 0 0 － 2 14.25
24 0 0 0 2 19.35
25 0 0 0 0 19.65
26 0 0 0 0 19.75
27 0 0 0 0 19.95
28 0 0 0 0 20.15
29 0 0 0 0 20.00
30 0 0 0 0 19.80
表 2 竹节草黄酮提取 CCD响应面试验设计及结果
Table 2 Central composite design arrangement and experimental results
方差来源 总和 自由度 均方 F值 P值
X1 0.038 1 0.038 32.45 ＜ 0.0001***
X2 0.001667 1 0.001667 1.41 0.2538
X3 0.014 1 0.014 11.84 0.0036**
X4 0.56 1 0.56 469.05 ＜ 0.0001***
X1X2 0.00000625 1 0.00000625 0.005281 0.943
X1X3 0.00000625 1 0.00000625 0.005281 0.943
X1X4 0.0081 1 0.0081 6.84 0.0195*
X2X3 0.000225 1 0.000225 0.19 0.669
X2X4 0.00005625 1 0.00005625 0.048 0.8304
X3X4 0.006806 1 0.006806 5.75 0.0299*
X12 0.14 1 0.14 119.38 ＜ 0.0001***
X22 0.39 1 0.39 326.25 ＜ 0.0001***
X32 0.083 1 0.083 69.84 ＜ 0.0001***
X42 0.15 1 0.15 125.7 ＜ 0.0001***
残差 0.018 15 0.001183
模型 1.18 14 0.085 71.47 ＜ 0.0001***
失拟项 0.016 10 0.001607 4.77 0.0492
纯误差 0.001683 5 0.0003367
表 3 回归方程方差分析结果
Table 3 Variance analysis of regression equation for the yield of
flavonoids
注：* ** .差异极显著，P ＜ 0 . 00 1；** .差异高度显著，P＜ 0 . 01；
*.差异显著，P＜ 0 .05。
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采用Design Expert Version 7.1.6软件对表 2数据进
行 A N OV A 分析，结果见表 3。
由表 3 可看出，X 1、X 4、X 12、X 22、X 32、X 42 对黄
酮得率的影响极显著，X 3 对黄酮得率影响高度显著，
X1X4、X3X4两个交互项对黄酮得率影响显著，其他项系
数均不显著。拟合模型检验极显著(P＜ 0.001)，方程决
定系数 R2=0.9852，说明该方程与实际情况拟合良好，可
以用该方程代替真实实验点进行分析。
2.3 响应面分析与优化
根据回归模型作出了各个因素交互作用的响应曲面
和等高线见图 1。
由图 1A可看出，提取时间和提取功率对黄酮得率
的交互影响显著。随提取功率增大，黄酮得率先增后
减；随着提取时间增加，总黄酮得率也是先增后减，
提取时间增长，黄酮得率反而降低，这由于超声时间
过长，对有效成分结构有所破坏。当提取时间在 40min
左右和提取功率在 70W左右区域范围黄酮得率较高。
由图 1B可看出，提取时间和乙醇体积分数对黄酮
得率的交互影响与图 1A 相比较，对响应值交互影响的
范围相对比较窄。当提取功率、固液比不变的情况下，
乙醇体积分数 65%、提取时间 39min时，黄酮得率最佳。
由图 1C可看出，随着提取时间增加，总黄酮得率
是先增后减，但变化不很显著；提取时间在 35～40min
区域黄酮得率随固液比的增加而增加，但固液比大于
1:27响应值增加缓慢。溶剂量加大，会造成回收溶剂时
间较长，能源消耗较大。因此，从成本考虑溶剂加入
量要适宜。
由图 1D可看出，提取功率和乙醇体积分数对黄酮
得率的交互影响显著，随着提取功率、乙醇体积分数
的增大，黄酮得率是一个升高而后又降低的过程。在
提取功率为 70W、乙醇体积分数为 65%附近可达到响应
A.提取时间与提取功率
20.200
19.525
18.850
18.175
17.500
黄
酮
得
率
/(
m
g/
g)
提取功率
1.00
0.50
0.00－0.50－1.00 －1.00－0.50
0.50
0.00
1.00
提取
时间
B.提取时间与乙醇体积分数
20.200
19.625
19.050
18.475
17.900
黄
酮
得
率
/(
m
g/
g)
乙醇体积分数
1.00
0.50
0.00
－0.50－1.00 －1.00－0.50
0.50
0.00
1.00
提取
时间
C.提取时间与固液比
20.700
19.575
18.450
17.325
16.200
黄
酮
得
率
/(
m
g/
g)
固液比
1.00
0.50
0.00
－0.50
－1.00 －1.00
－0.50
0.50
0.00
1.00
提取
时间
D.提取功率与乙醇体积分数
20.2
19.6
19.0
18.4
17.8
黄
酮
得
率
/(
m
g/
g)
乙醇体积分数
1.00
0.50
0.00
－0.50
－1.00 －1.00
－0.50
0.50
0.00
1.00
提取
功率
E.提取功率与固液比
20.7
19.6
18.5
17.4
16.3
黄
酮
得
率
/(
m
g/
g)
固液比
1.00
0.50
0.00
－0.50
－1.00 －1.00
－0.50
0.50
0.00
1.00
提取
功率
F.乙醇体积分数与固液比
固定水平都为零水平。
图 1 各因素交互作用对黄酮得率影响的响应面图
Fig.1 Response surface plot showing the effects of any two factors on
the yield of flavonoids
2.080
1.985
1.890
1.795
1.700
黄
酮
得
率
/(
g/
10
0g
)
固液比
1.00
0.50
0.00－0.50
－1.00 －1.00
－0.50
0.50
0.00
1.00
乙醇
体积
分数
2011, Vol. 32, No. 08 食品科学 ※工艺技术128
值最高点。
由图 1E可看出，黄酮得率与提取功率呈现较明显
的二次抛物线关系，固液比对黄酮得率的影响较提取功
率显著。提取功率在 60～80W、固液比在 1:25附近可
达到响应值最高点。
由图 1F可看出，乙醇体积分数和固液比对黄酮得
率有交互影响，固液比对响应值的影响明显强于乙醇体
积分数，乙醇体积分数在 60%～70%范围内，随固液
比增大响应值增大，乙醇体积分数在 80%～90%范围
内，随固液比增大响应值先增后降。经分析，乙醇体
积分数在 65%、固液比 1:20附近响应值可达到较高值。
总体来看，固液比 4个试验因素中固液比对响应值
影响最为显著。
2.4 提取条件优化
为确定各因素的最佳取值，利用 Design Expert软
件进行岭脊分析。通过分析，得出回归模型存在最大
值点，黄酮得率最大预测值为 20.29mg/g，各因素 X1(提
取时间)、X 2(提取功率)、X 3(乙醇体积分数)、X 4(固液
比)对应的编码值分别为－ 0 . 08、－ 0 . 03、－ 0.47、
0.28。其对应的竹节草黄酮提取最佳工艺参数为提取时
间 39.2min，提取功率 69.7W，乙醇体积分数 65.3%，固
液比 1:21.4。为了便于实际操作，最终确定竹节草黄酮
提取最佳工艺参数为提取时间 39min，提取功率 70W，
乙醇体积分数 65%，固液比 1:21(g:mL)。为了检验响应
面法的可行性，在以上优化条件下进行 5 次验证实验，
结果表明，理论值 20.29mg/g与实验平均值 20.07mg/g相
对误差为 1.1%，说明该方程与实验情况拟合很好，响
应面对竹节草黄酮提取工艺的优化是可行的，得到的黄
酮提取工艺具有实际应用价值。
3 结 论
3.1 采用响应面法对影响竹节草黄酮提取工艺的提取时
间、提取功率、乙醇体积分数、固液比 4 个主要因素
进行方差分析。结果表明：X 1、X 4、X 12、X 22、X 32、
X42对黄酮得率的影响极显著；X 3对黄酮得率的影响高
度显著；X 1X 4、X 3X 4 对黄酮得率影响显著，说明试验
因素与响应值不是简单的线性关系。方差分析显示拟
合模型检验极显著，同时决定系数为 0.9852，说明回归
方程能很好的预测竹节草黄酮得率随各因素变化的规律。
3.2 利用统计学方法建立了二次多项式模型，确定黄
酮最佳提取工艺参数：提取时间 3 9 m i n，提取功率
70W，乙醇体积分数 65%，固液比 1:21(g/mL)，回归
模型预测黄酮得率(20.29mg/g)与实验平均值(20.07mg/g)相
对误差 1.1%，表明将响应面设计引用到竹节草黄酮提取
工艺研究可行、结果可靠。
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