全 文 ：成都中医药大学学报
Journal of Chengdu University of TCM
2012 年 6 月第 35 卷第 2 期
June. 2012，Vol. 35，No. 2
响应面法优化罗勒挥发油提取工艺研究
董自亮 徐瑞超 梅雪 肖丹
(成都中医药大学 药学院，成都 611137)
摘 要:目的:优化罗勒中挥发油提取的工艺条件。方法:在单因素试验的基础上，利用中心组合设
计及响应面分析法优化了罗勒中挥发油的水蒸汽法提取工艺，建立了液料比、浸泡时间、蒸馏时间与挥发
油提取率之间的数学模型。结果:确定罗勒中挥发油提取的最佳工艺条件，即加入 10 倍的水，浸泡 75
min，然后蒸馏提取 340 min，在此条件下提取，挥发油得率为 1. 061%。结论:利用优化工艺参数提取罗
勒挥发油时，具有最大的提取产量。
关键词:罗勒;挥发油;提取;响应面分析法
中图分类号:R282. 71;R284. 4 文献标识码: 文章编号:1004-0668 (2012)02-0072-04
基金项目:国家“十一·五”科技支撑计划项目 (编号:2007BAI40B20)
作者简介:董自亮，男，1985 年生，在读硕士研究生;通讯作者:肖丹，女，1962 年生，教授;研究方向:中药新制剂、
新剂型。
罗勒为唇形科罗勒属 (Ocimum basilicum L. )
植物，又名九层塔、甜罗勒，主要分布于东半球热
带地区，我国西南多个省区均有分布［1］，主要成
分为挥发油类，临床用于治疗心虚，房颤，动脉硬
化，高血压，高血脂，头痛、咳嗽，腹泻等［2］。
因其特有的活性物质及营养成分，成为一种备受世
界关注的多用途植物，在营养保健、工业用油、香
料工业、食品防腐、调味剂开发等方面都有较高的
开发利用价值。
我国对罗勒的研究主要集中在化学成分、药理
活性等方面，对工艺报道较少，且工艺参数差异很
大［3-4］，因此有必要对罗勒挥发油的最佳工艺条件
做进一步的研究。中心组合设计 (Central compos-
ite design，CCD)和响应面分析法 (Response sur-
face methodology，RSM)是近几年来国外药学工作
者常用的实验设计和优化法，使用方便，优选条件
预测性好［5］。目前鲜见响应面法应用于罗勒挥发
油工艺参数优化的报道，本研究在单因素初步试验
的基础上，利用响应面法对罗勒挥发油提取的主要
工艺条件进行了优化。
1 材料与仪器
1. 1 材料
罗勒购自荷花池中药材市场，经马云桐副教授
鉴定为唇形科植物 (Ocimum basihcum L. )罗勒，
粉碎后过 40 目筛;无水硫酸钠 (成都市科龙化工
试剂厂) ，水为纯净水。
1. 2 仪器
挥发油测定器 (符合 2010 年版中国药典一部
附录 XD挥发油测定法标准) ;101 型电热鼓风干
燥箱 (天津市泰斯特仪器有限公司) ;HH-6 数显
恒温水浴锅 (江苏省金坛市恒丰仪器制造有限公
司) ;FA-1104 型电子天平 (上海新诺仪器设备有
限公司)。
2 方法与结果
2. 1 方法
采用水蒸汽蒸馏法［6］进行挥发油提取。精密
称取过 40 目筛罗勒粉末 50 g，放入 1000 mL 圆底
烧瓶中，加入相应质量倍数的水和数粒玻璃珠，振
摇混匀，置于电热套中，按实验设计浸泡至规定时
间后，接好挥发油测定装置。自冷凝管上端加水使
其充满挥发油测定管的刻度部分并溢流入烧瓶为
止。缓缓加热至沸，并保持微沸至规定时间。停止
加热，放置片刻，开启测定管下端的活塞缓缓将水
放出，至油层上端到达刻度 0 线上面 5 mm 处为
止。放置 1 h以上，再开启活塞使油层下降至其上
端恰与刻度 0 线平齐，读取挥发油量，经无水硫酸
钠干燥后，计算挥发油得率。
2. 2 单因素试验
2. 1. 1 液料比 (加水量)对提取率的影响
·27·
DOI:10.13593/j.cnki.51-1501/r.2012.02.001
第 2 期 董自亮 等 响应面法优化罗勒挥发油提取工艺研究
称取 6 份 50 g 样品，分别加 3、6、9、12、
15、18 倍量的水，浸泡 1 h，然后提取 5 h，考察
液料比对挥发油提取率的影响，得到二者关系如图
1 所示。
图 1 加水量对挥发油提取率的影响
从图 1 可以看出，随着水量的增加，提取率呈
增长趋势，当增加到一定程度时，趋于平缓，甚至
有下降的趋势。表明加水倍数超过 12 倍时，对提
取率影响不明显。
2. 1. 2 浸泡时间对提取率的影响
称取 6 份 50 g样品，加 10 倍量的水，分别浸
泡 20、40、60、80、100、120 min，然后提取 5 h，
考察浸泡时间对挥发油提取率的影响，得到二者关
系如图 2 所示。
图 2 浸泡时间对挥发油提取率的影响
从图 2中可以看出，随着浸泡时间的增加，提取
率增长明显;浸泡 80 min以后，提取率变化不明显。
2. 1. 3 蒸馏时间对提取率的影响
称取 8 份样品，加 10 倍量的水，浸泡 1 h，然
后分别蒸馏 60、120、180、240、300、360、420、
480 min，考察蒸馏时间对挥发油提取率的影响，
得到二者关系如图 3 所示。
图 3 蒸馏时间对挥发油提取率的影响
从图 3 中可以看出，随着蒸馏时间的增加，提
取率呈线性增长，当增加到一定程度时，增长趋于
平缓，之后提取率有下降的趋势，考虑可能是由于
蒸馏时间过长，含量损失所致。
2. 3 响应面分析法优化罗勒挥发油提取工艺的研究
在单因素试验结果基础上，根据中心组合试验
设计原理，分别用自变量 X1、X2、X3 来表示加水
质量倍数、浸泡时间及蒸馏时间，以挥发油得率
(Y)为响应值 (表 1)进行三因素五水平试验设
计。采用 SAS V8 软件对所得数据进行分析，回归
分析结果见表 2 ～表 4，响应面分析结果见图 4 ～
图 6。
复相关系数 r = 0. 9812，F = 29. 07，P =
0. 0009 ＜ 0. 01，拟合度较高，表明该方程有较大的
可信度。
表 1 因素水平表
因 素
水 平
-1. 732 -1 0 + 1 + 1. 732
(X1)液料比 (倍) 6 7. 69 10 12. 31 14
(X2)浸泡时间 (min) 30 42. 68 60 77. 32 90
(X3)蒸馏时间 (min) 120 170. 72 240 309. 28 360
表 2 中心组合试验设计表及效应值
试验号 液料比 X1 浸泡时间 X2 蒸馏时间 X3 提取率 (%)
1 7. 69 42. 68 170. 72 0. 72
2 12. 31 42. 68 170. 72 0. 77
3 7. 69 77. 32 170. 72 0. 85
4 12. 31 77. 32 170. 72 0. 85
5 7. 69 42. 68 309. 28 0. 91
6 12. 31 42. 68 309. 28 0. 93
7 7. 69 77. 32 309. 28 1. 07
8 12. 31 77. 32 309. 28 0. 95
9 6 60 240 0. 84
10 14 60 240 0. 82
11 10 30 240 0. 79
12 10 90 240 0. 92
13 10 60 120 0. 79
14 10 60 360 1. 04
15 ～ 20 10 60 240 0. 97
注:每次试验药材的投料量为 50 g;15 ～ 20 号为重复试验，
用平均值表示。
表 3 回归分析结果
方差来源 自由度 标准误 t值 Pr ＞ | t | 显著性
X1 1 0. 038218 5. 90 0. 0020 ＊＊
X2 1 0. 004477 5. 24 0. 0034 ＊＊
X3 1 0. 001119 3. 62 0. 0152 *
X1 * X1 1 0. 001703 -4. 84 0. 0047 ＊＊
X2 * X1 1 0. 000203 -2. 93 0. 0328 *
X2 * X2 1 0. 000030238 -3. 92 0. 0112 *
X3 * X1 1 0. 000050728 -2. 31 0. 0689
X3 * X2 1 0. 000006766 -0. 46 0. 6635
X3 * X3 1 0. 000001890 -1. 71 0. 1472
＊＊差异极显著 (P ＜ 0. 01) ;* 差异显著 (P ＜ 0. 05)
·37·
成都中医药大学学报 2012 年第 35 卷
表 4 方差分析结果
方差来源 自由度 平方和 均方 F值 Pr ＞ F
线性项 3 0. 114445 0. 8141 72. 35 0. 0002
二项式 3 0. 016055 0. 1142 10. 15 0. 0144
交互项 3 0. 007438 0. 0529 4. 70 0. 0643
总模型 9 0. 137937 0. 9812 29. 07 0. 0009
图 4 提取率对浸泡时间 (X2)与液料比 (X1)
的响应面和等高线图
图 5 提取率对蒸馏时间 (X3)与液料比 (X1)
的响应面和等高线图
图 6 提取率对蒸馏时间 (X3)与浸泡时间 (X2)
的响应面和等高线图
采用 SAS RSREG程序对响应值与各因素进行回
归拟 合 后，得 到 回 归 方 程:Y = -1. 547313 +
0. 225674X1 + 0. 023443X2 + 0. 004051X3 －
0. 008228X1
2 － 0. 000594X1X2 － 0. 000118X2
2 －
0. 000117X1X3 －0. 000003125X2X3 －0. 00000324X3
2。
由图 4 ～图 6 可以看出，每个效应面都具有较
优区域，将各较优区域重叠，选取挥发油提取量最
佳工艺范围为:液料比 (X1)8. 0 ～ 10. 2;浸泡时
间 (X2)62 ～ 85;蒸馏时间 (X3)320 ～ 360。考
虑到节约成本，简化实验、投入产出比等因素，最
终确定试验优化工艺为:以 10 倍量的水浸泡 75
min，蒸馏提取 340 min。在此条件下进行提取，由
回归方程预测挥发油理论得率可达 1. 061%。
验证实验:在上述响应面分析法求得的最佳工
艺条件下对罗勒挥发油进行 3 次提取试验，发现响
应值的实验值与回归方程预测值吻合良好，结果见
表 5。
表 5 验证实验结果
编号
挥发油提
取率 (%)
提取率平
均值 (%)
提取率
RSD (%)
提取率预
测值 (%)
Bias*
(%)
1 1. 057
2 0. 998
3 1. 043
1. 033 2. 99 1. 061 2. 67
注:* 为偏差 (%) = (预测值-实测值) /预测值 × 100%
3 结论与讨论
3. 1 罗勒植物资源丰富，化学成份种类繁多，具
有抗菌、抗氧化、抗肿瘤、抗血栓、降血糖、降血
脂、抗突变、抗寄生虫的功能，提高机体免疫
力［7-15］，预防疾病的发生，应用前景广阔。
3. 2 本研究在单因素试验基础上选取对提取率影
响较大的 3 种因素即浸泡时间、蒸馏时间和料液比
进行考察，通过效应面法建立了挥发油提取率与 3
个因素之间关系的二次多项式方程模型，并绘制出
三维曲面图及等高线图，对其综合分析，得出最佳
工艺条件:料液比 110;浸泡时间 75 min;蒸馏
时间 340 min。
3. 3 利用中心组合试验设计和响应面分析法，借
助 SAS 统计软件能简便、可靠地进行优化试验和
数据分析。本研究应用该方法对罗勒中挥发油提取
的工艺条件进行优化，取得了较好的效果。
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(下转第 77 页)
·47·
第 2 期 艾莉 等 基于近红外光谱技术的伪品人工牛黄鉴别研究
速、准确的特点。
4 讨论
本课题成功的应用了近红外光谱分析技术对人
工牛黄进行真伪鉴别，鉴别结果与理化检验结果一
致，但是实验过程中建立模型样品数有限，有待于
今后在实践中逐步积累，完善数据库，不断增强模
型的适用性。目前近红外光谱技术已经被应用于多
种中药材的鉴别和定性、定量分析研究中，随着化
学计量学和计算机技术的不断发展，近红外光谱技
术必将凭借其准确、快速、无损检测等特点在中药
领域得到更广泛的应用。
本次试验研究对人工牛黄的真伪鉴别、打击中
药非法添加、规范牛黄市场秩序均具有一定的参考
价值。
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(收稿日期:2011-09-02 责任编辑:薛红
檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵
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