全 文 ：书收稿日期:2012-02-09; 修订日期:2012-10-18
基金项目:广东省自然基金项目( No． 10151009001000011) 。
作者简介:黄聪华( 1989-) ，男( 汉族) ，江西抚州人，现为广东工业大学轻工
化工学院硕士研究生，硕士学位，主要从事农产品加工与保藏研究工作．
* 通讯作者简介:丁利君( 1965-) ，女( 汉族) ，湖南长沙人，现任广东工业
大学轻工化工学院教授，硕士学位，主要从事农产品加工与天然产物化学
研究工作．
芒萁总皂苷提取的响应面优化
黄聪华，丁利君* ，马源源，余 姣
(广东工业大学轻工化工学院，广东 广州 510006)
摘要:目的 优化芒萁总皂苷的提取工艺。方法 以芒萁为实验材料，通过响应面优化芒萁总皂苷的提取工艺，研究了提取
温度、时间、乙醇体积分数 3个因素对总皂苷提取影响的显著性和交互性。结果 提取温度、时间和乙醇体积分数对芒萁皂
苷的提取率的影响均具有显著性，温度和乙醇体积分数、时间和乙醇体积分数的交互关系影响显著。结论 优化得到的最佳
提取工艺: 乙醇体积分数54． 57%，于 66． 19℃提取 4． 5 h，经验证试验发现模拟的方程具有有效性和很好的预测性。
关键词:芒萁; 皂苷; 响应面法; 提取
DOI标识:doi: 10． 3969 / j． issn． 1008-0805． 2013． 01． 024
中图分类号:Ｒ284． 2 文献标识码:A 文章编号:1008-0805( 2013) 01-0054-03
Optimization of the Extraction Technology of the total Dicranopteris Saponins by Ｒe-
sponse Surface Method
HUANG Cong-hua，DING Li-jun* ，MA Yuan-yuan，YU Jiao
( School of Chemical Engineering and Light Industry，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，
China)
Abstract: Objective Dicranopteris as experimental materials ，via response surface optimization of extraction process of total
saponins of Dicranopteris．Methods Study the extraction temperature，time，volume fraction of ethanol the three factors on the ex-
traction effect of total saponins of distinctiveness and interactivity． Ｒesults Ｒesults show that the extraction temperature，time and
volume fraction of ethanol effects on the rate of extraction of Dicranopteris saponins had a significant，temperature and volume
fraction of alcohol，time and interactive effect of volume fraction of ethanol dramatically． Conclusion Optimum extraction process
of optimization : ethanol concentration 54． 57%，extraction 4． 5h on 66． 19 ℃，proven test found simulation of predictive equation
of validity and well．
Key words: Dicranopteris; Saponins; Ｒesponse surface method; Extraction
芒萁(Dicranopteris pedata) ，又名铁狼萁，属真蕨类，水龙骨
目，里白科，芒萁属植物，为多年生草本［1］。芒萁广泛分布于中
国长江以南各省区，朝鲜南部及日本，是我国热带、亚热带地区广
泛分布的酸性土壤指示植物。关于芒萁的植物化感作用对受体
的生理影响报道很多［2，3］。随着近年来芒萁提取物生物活性不
断被发现，而芒萁中主要物质有三萜类皂苷、黄酮类、生物碱类、
甾体及酚类等多种成分［4］，皂苷有很强的药理活性，尤其在抗氧
化、抗肿瘤、抗炎、保肝活性方面［5 ～ 8］，更展现出了其独特的生理
活性，而关于芒萁中的皂苷提取未见报道。本实验主要通过溶剂
提取法对芒萁中的总皂苷进行提取，在单因素基础上采用响应面
优化提取工艺，为芒萁皂苷的进一步研究提供参考。
1 材料
芒萁，采自广州大学城，60℃烘干 4 h，粉碎，粉末过 40 目数
的筛，备用齐墩果酸标准品，成都曼斯特公司，生产批号 MUST －
11090502，高氯酸、香草醛、无水乙醇、冰醋酸等均为分析纯。
ＲE － 52 型旋转蒸发仪(上海雅荣生化设备仪器有限公司) ;
722 型可见分光光度计(上海光谱仪器有限公司) ;SHZ2D(Ⅲ)型
循环水式真空泵(巩义市英峪予华仪器厂) ;HHSZ1 － 6 － S 电热
恒温水浴锅(上海博泰实验设备有限公司)。
2 方法
2． 1 皂苷的测定方法 香草醛 －高氯酸比色法［9］。采用齐墩果
酸标准曲线的制作:准确称取齐墩果酸 16． 0 mg，加无水乙醇溶
解，转入 50 ml容量瓶中加无水乙醇定容，摇匀制得 0． 32 mg /ml
的标准溶液，备用。
准确吸取齐墩果酸标准溶液 0，0． 1，0． 2，0． 3，0． 4，0． 5，0． 6，
0． 7 ml置于具塞试管中，于 70℃水浴挥去乙醇，加入新浓度 5%
香草醛 －冰乙酸溶液 0． 2 ml和高氯酸 0． 8 ml，摇匀;60℃水浴加
热 15 min，取出后立即用流水冷却;加入 5 ml 冰乙酸稀释，以不
加标准品溶液的平行样为空白在可见分光光度计 486 nm上测定
吸光值。每个浓度平行测定 3 次，以吸光值 3 次平均值和齐墩果
酸含量作图。齐墩果酸标准曲线见图 1。
芒萁皂苷含量的测定:准确吸取 0． 1 ml 芒萁提取液置于塞
试管中，于 70℃水浴挥去乙醇，加入新浓度 5%香草醛 －冰乙酸
溶液 0． 2 ml和高氯酸 0． 8 ml，摇匀;60℃水浴加热 15 min，取出后
立即用流水冷却;加入 5 ml冰乙酸稀释，以不加标准品溶液的平
行样为空白在可见分光光度计 486 nm上测定吸光值。与标准曲
线进行对照测得芒萁中皂苷的含量。
2． 2 单因素试验 选取浸提温度、时间、乙醇体积分数、固液比 4
个单因素，确定其适宜的提取范围。
2． 3 响应面优化试验设计 在单因素的基础上，考虑到固液比对
提取率的影响不大，故选取提取温度、提取时间、乙醇的体积分数
根据 Box － Behnken 的中心组合试验设计原理，每一个自变量取
3 个水平以 － 1，0，1 进行编码(表 1) ，以芒萁总皂苷提取率为响
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书应值(Y)。
图 1 齐墩果酸标准曲线
表 1 响应面试验设计表
水平 提取温度 /℃ 浸提时间 t /h 乙醇体积分数(%)
－ 1 60 3 40
0 70 4 50
1 80 5 60
3 结果
3． 1 提取芒萁皂苷的单因素试验
3． 1． 1 提取温度对芒萁皂苷提取率的影响 称取 5． 0 g芒萁粉 4
份，按固液比为 1∶ 20 加入 70%的酒精分别在温度分别为为 40，
50，60，70℃浸提 3 h，研究浸提温度对芒萁皂苷提取率的影响。
根据图 2 可以明显的看出 40 ～ 60℃随着温度的上升提取率明显
增加，温度的升高加速了分子的运动，促进芒萁中皂苷的溶出，高
于 60℃时，随温度升高，提取率增加趋于平缓，由于温度过高不
仅会挥发大量溶剂，还会溶出芒萁中的杂质成分，不利于后期的
处理，故选取 70℃为最佳。
图 2 提取温度对总皂苷提取率影响
3． 1． 2 提取时间对芒萁皂苷提取率的影响 称取 5． 0g 芒萁粉 4
份，在温度为 70℃、固液比为 1 ∶ 20，加入 70%的酒精分别浸提
2，3，4，5 h，研究浸提时间对芒萁皂苷提取率的影响。结果表明，
2 ～ 4 h总皂苷的提取率随时间的增加，固液接触时间延长有利于
芒萁皂苷的溶出，由图 3 可以看出 4 h 提取率达到最大，5h 处略
微有所下降，可能由于芒萁中的皂苷慢慢的水解为苷元的形式，
不利于皂苷的溶出。所以浸提时间选择 4 h。
图 3 浸提时间对总皂苷提取率影响
3． 1． 3 固液比对芒萁皂苷提取率的影响 称取 5． 0 g 芒萁粉 4
份，按固液比分别为 1∶ 10，1∶ 15，1∶ 20，1∶ 25 加入 50%的酒精
在温度为 70℃浸提 4 h，研究固液比对芒萁皂苷提取率的影响。
图 4 结果表明，固液比在 1:10 ～ 1:15 随着溶剂的增加皂苷溶出
的更加充分，提取率也明显增加，1∶ 15 ～ 1∶ 25 之间虽然溶剂增
加，但由于皂苷已基本溶出，对提取率增加不大，考虑到后期的浓
缩，乙醇用量经济问题，故选择 1∶ 15 为佳。
3． 1． 4 乙醇体积分数对总皂苷提取率的影响 称取 5． 0 g 芒萁
粉 4 份，在 70℃、固液比为 1 ∶ 20 分别加入体积分数为 40%，
50%，60%，70%的乙醇浸提 4 h，研究乙醇体积分数对芒萁皂苷
提取率的影响。图 5 可见，乙醇体积分数在 40% ～ 50%，提取率
随着乙醇浓度的升高提取率不断增大，由于低浓度乙醇会溶进大
量的水溶性杂质如多糖、果胶、蛋白质，不利于皂苷的提取，而乙
醇体积分数在 50% ～ 70%提取率又有了明显下降的趋势，可能
由于芒萁中的皂苷主要以糖苷形式存在，在乙醇的溶解度比较
低，所以高浓度的乙醇不利于皂苷的溶出，故选体积分数 50%乙
醇为佳。
图 4 不同固液比对总皂苷提取率影响
图 5 乙醇体积分数对总皂苷提取率影响
3． 2 芒萁总皂苷的响应面实验结果与分析
3． 2． 1 芒萁皂苷提取的响应面实验及其结果 在以上单因素实
验结果的基础上，根据 Box － Behnken试验设计进行试验，以 3 次
测量芒萁总皂苷的提取率的平均值为响应值。结果见表 2。
表 2 响应面实验结果
序号
A
温度 /℃
B
时间 t /h
C
乙醇体积分数(%)
Y
芒萁总皂苷提取率(%)
1 60 3 50 4． 255 ± 0． 011
2 70 3 60 4． 677 ± 0． 167
3 70 3 40 3． 965 ± 0． 069
4 60 4 60 4． 930 ± 0． 017
5 60 4 40 4． 175 ± 0． 094
6 70 4 50 5． 339 ± 0． 098
7 70 4 50 5． 502 ± 0． 138
8 70 4 50 5． 625 ± 0． 095
9 70 4 50 5． 344 ± 0． 054
10 70 4 50 5． 625 ± 0． 107
11 70 5 40 4． 031 ± 0． 095
12 70 5 60 5． 433 ± 0． 189
13 60 5 50 5． 159 ± 0． 145
14 80 3 50 3． 400 ± 0． 037
15 80 4 40 2． 243 ± 0． 005
16 80 4 60 3． 518 ± 0． 140
17 80 5 50 3． 103 ± 0． 011
采用 Design Expert 7． 1． 3． 1 统计软件进行回归分析。结果
见表 3。
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LISHIZHEN MEDICINE AND MATEＲIA MEDICA ＲESEAＲCH 2013 VOL． 24 NO． 1 时珍国医国药 2013 年第 24 卷第 1 期
书经 Design Expert 7． 1． 3． 1 软件模拟得二次回归方程:Y =
－ 70． 409 + 1． 599A + 4． 209B + 0． 503C － 0． 030AB + 1． 300E －
003AC + 0． 017BC － 0． 012A2 － 0． 349B2 － 6． 116E － 003C2，Ｒ
2 =
0． 993 2，调整 Ｒ2 = 9845 与预测 Ｒ2 = 0． 9629，两者非常接近说明
方程得到了很好的优化。通过 F 检验来分析方程、回归系数进
行显著性分析，由表 3 可知，模型的 P = 0． 0004(显著) ，说明二次
方程是显著的，本实验方法是可靠的。同时方程的失拟性 P =
0． 7036(不显著)进一步说明此模型与试验有很好的拟合性，因
此可以用这个方程来分析预测试验的结果。根据概率 P(prob ＞
F)值越小方程或因素影响越显著。P ＜ 0． 01 为高度显著;P ＜
0． 05为显著;P ＞ 0． 05 为不显著，可知除了二次项温度和时间
(AC)的交互作用对芒萁总皂苷的提取率的影响不显著，其余均
有很显著的关系。说明采用响应面对其提取工艺优化是有效的。
由回归方程的系数可知三个因素对芒萁总皂苷提取率的影响大
小为:温度 ＞乙醇体积分数 ＞时间。
表 3 响应面二次模型方差分析
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值(prob ＞ F)显著性
二次模型 16． 25 9 1． 81 114． 12 ＜ 0． 0001 ＊＊
A －温度 4． 89 1 4． 89 309． 08 ＜ 0． 0001 ＊＊
B －时间 0． 26 1 0． 26 16． 13 0． 0051 ＊＊
C －乙醇体积分数 2． 15 1 2． 15 135． 66 ＜ 0． 0001 ＊＊
AB 0． 36 1 0． 36 22． 79 0． 0020 ＊＊
AC 0． 068 1 0． 068 4． 27 0． 0776 －
BC 0． 12 1 0． 12 7． 52 0． 0228 *
A2 5． 65 1 5． 65 357． 37 ＜ 0． 0001 ＊＊
B2 0． 51 1 0． 51 32． 39 0． 0007 ＊＊
C2 1． 58 1 1． 58 99． 54 ＜ 0． 0001 ＊＊
残差 0． 11 7 0． 016
失拟性 0． 030 3 0． 010 0． 50 0． 7036 －
纯误差 0． 081 4 0． 020
总差 16． 36 16
＊＊高度显著;* 显著;－不显著
3． 2． 2 芒萁皂苷提取的响应面分析 由图 6 可以看出各因素间
的交互关系，提取温度和提取时间、提取时间和乙醇体积分数之
间的交互关系非常显著，表现为曲面较陡，且当提取温度在小于
65℃时，提取率随温度的升高而增大，随着温度继续升高提取率
有了略微的下降，其中由时间、温度和乙醇体积的体积分数的交
互关系，与单因素的结果比较，可以得出时间的增大，使得到最佳
提取率的最佳乙醇的体积分数值变大，由于时间增大，温度升高
增大了乙醇的挥发量，从而所需的乙醇量增大。而提取温度与乙
醇体积分数之间的交互关系不显著，表现为曲面较为平缓，图 6
中可以看出当固定温度时，乙醇的体积分数对提取率的影响不显
著，当温度固定时，乙醇的体积分数对提取率的影响不显著，而当
乙醇体积分数固定时，68℃时提取率有最大值。
3． 2． 3 验证实验 由回归方程预测因素水平内的最佳提取工艺
条件是，乙醇体积分数 54． 57%，于 66． 19℃提取 4． 5h。在最佳提
取工艺条件预测的提取率为 5． 79% 。以上述提取条件做三次平
行试验，得提取率为 5． 94% ，与预测值的误差仅为 2． 35%，证明
此模型是合适有效的。
图 6 各因素对芒萁总皂苷提取率影响的响应面图
4 结论
本实验采用 Box － Behnken 的中心组合试验并通过响应面分
析温度、时间、乙醇体积分数三个因素的交互关系对芒萁总皂苷
影响，其中温度和乙醇体积分数、时间和乙醇体积分数均而具有
显著影响，而温度和时间的交互关系对其影响不显著。说明采用
响应面优化的合理性，且模拟的二次项方程通过回归和检验分析
都具有很好的拟合性和有效性，优化得到的最佳提取工艺为乙醇
体积分数 54． 57%，于 66． 19℃提取 4． 5h。验证试验表明此方程
具有可预测性。
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