全 文 ：第 21 卷第 3 期
2 0 1 5 年 9 月
分析测试技术与仪器
ANALYSIS AND TESTING TECHNOLOGY AND INSTＲUMENTS
Volume 21 Number 3

Sep． 2015
分析测试新成果( 146 ～ 152)
收稿日期: 2015 － 08 － 06; 修订日期: 2015 － 08 － 31
基金项目:国家级大学生创新创业训练计划项目( 201510395009) ，福建省工业引导性( 重点) 项目( 2014H0040) ，福建省自然科
学基金 ( 2013J01052 ) ，闽江学院精品课程建设项目 ( MJW201233108 ) ，闽江学院教学研究与改革项目
( MJUB2013021，MJU2014B010)
作者简介:蔡淑敏( 1994 － ) ，女，本科生，E － mail: 1945731194@ qq． com．
通信作者:陈毅挺( 1978 － ) ，男，副教授，博士，研究方向为化学传感器与现代分离分析研究工作，E － mail: fjcyt@ foxmail． com．
响应面法优化微波提取翻白草总黄酮
蔡淑敏1，陈毅挺1，2，张美珠1，杨奕杰1
( 1． 闽江学院 化学与化学工程系，福建 福州 350108; 2． 福建省绿色功能材料重点实验室，福建 福州 350108)
摘要: 利用响应面法研究了翻白草总黄酮的微波辅助提取工艺． 在单因素试验的基础上，以乙醇体积分数、液固
比、提取温度、微波时间为自变量，总黄酮的得率为响应值，研究各因素及其交互作用对黄酮得率的影响． 结果表明
其最佳提取条件是:乙醇体积分数 55%、液固比 32 mL /g、温度 82 ℃、微波时间 10 min． 此条件下，翻白草中黄酮的
提取率为 6． 96 mg /g，与理论预测值基本吻合．
关键词:响应面法;翻白草;微波提取;黄酮
中图分类号: Ｒ284． 2 文献标志码: B 文章编号: 1006-3757( 2015) 03-0146-07
翻白草为多年生草本植物，具有抗菌和降血糖
作用，其有效成分包括黄酮、鞣质、生物碱、多糖
等［1］． 黄酮是中药材中重要的活性成分，药理试验
研究表明，其具有降脂、抗血栓、抗氧化、抗衰老、抗
心率失常等多种药理活性［2］． 黄酮常用的提取技术
有索氏提取法［3］、超声波提取法［4］、酶解法［5］、微波
提取法［6］和超临界流体萃取法［7］等． 微波提取具有
加热速度快、受热均匀、节能等优点，因而被广泛应
用于植物有效成分的研究领域［8 － 9］． 响应面分析法
是应用合理的试验设计，通过分析回归方程、响应曲
面等来寻求最优工艺参数，解决多变量问题的一种
统计方法［10］． 本研究利用响应曲面法优化翻白草
总黄酮的微波提取工艺，希望能为翻白草的进一步
开发利用提供一定的依据和参考．
1 仪器与材料
MCＲ －35 常压微波合成萃取仪、ＲE － 52C 旋转
蒸发仪( 巩义市予华仪器有限公司) ; SP － 722 可见
分光光度计 ( 上海光谱仪器有限公司) ; IKA － A11
basic分析用研磨机( 德国 IKA公司) ．
翻白草( 干燥全草) 购于安徽省毫州中药材交
易市场． 芦丁、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠购于国
药集团化学试剂有限公司;盐酸、石油醚购于上海成
海化学工业有限公司; 无水乙醇购于天津市福晨化
学试剂厂;所用化学试剂均为分析纯．
2 试验方法
2． 1 标准曲线
称取芦丁 15 mg，加无水乙醇溶解并定容至 100
mL，配制成质量浓度为 0． 15 mg /mL 的芦丁标准溶
液． 吸取 0． 5、1． 0、2． 0、3． 0、4． 0 mL 芦丁标准溶液，
分别移入 10 mL容量瓶中，各加入质量浓度为 0． 05
g /mL的 NaNO2溶液 0． 3 mL，振荡摇匀后放置 6
min;再加入质量浓度为 0． 10 g /mL 的 Al( NO3 ) 3溶
液 0． 3 mL，摇匀后放置 6 min，接着加入 1． 0 mol /L
NaOH溶液 2 mL，并用无水乙醇定容至刻度． 以未
加铝盐的试剂作为空白，摇匀并静置 10 min 后测定
溶液在 510 nm的吸光度［11］，并绘制标准曲线，得到
其回归方程为 A = 0． 0073 × ρ( μg /mL) － 0． 000 8，线
性相关系数 r为 0． 999 3．
2． 2 翻白草中黄酮的提取与测定［12］
将翻白草干草洗净，晾干，粉碎后混合均匀． 称
取 3 g翻白草粉末，加入 96 mL 体积分数为 55%的
乙醇溶液，在 82 ℃下微波提取 10 min 后取出，抽
DOI:10.16495/j.1006-3757.2015.03.010
第 3 期 蔡淑敏，等:响应面法优化微波提取翻白草总黄酮
滤． 使用旋转蒸发仪将滤液中的乙醇除去，得到黄
绿色浸膏． 用水溶解后加入石油醚萃取至石油醚层
澄清，取水层，用氢氧化钠溶液调节溶液 pH至 8． 5．
抽滤后加入稀盐酸，调节 pH约为 5． 0． 用乙酸乙酯
萃取并定容至 250 mL． 取 10 mL 上述溶液，通过水
浴加热除去乙酸乙酯，加入 5 mL 无水乙醇溶解后
移入 10 mL容量瓶中，按照 2． 1 节的方法测定溶液
的吸光度，通过标准曲线得出样品的总黄酮含量，从
而得到黄酮提取率:
提取率( mg /g) = ρ × V × n × 10
－3
W ( 1)
式中: ρ为通过标准曲线得到的总黄酮的质量浓度
( μg /mL) ; V 为测试液的体积 ( mL) ; n 为提取液稀
释的倍数; W为翻白草粉末的质量( g) ．
3 结果与讨论
3． 1 单因素条件试验
3． 1． 1 乙醇体积分数对黄酮得率影响
分别以体积分数为 20%、40%、60%、80%、
100%的乙醇( 液固比为 30 mL /g) 作为提取溶剂，在
80 ℃下微波提取 10 min，其结果如图 1 所示．
图 1 乙醇体积分数对黄酮提取率的影响
Fig． 1 Effect of ethanol concentration on extraction
yield of flavonoids
由图 1 可知，当乙醇体积分数为 60%时，总黄
酮的提取率最高，可能是由于在该乙醇溶液中，水溶
性和醇溶性的黄酮类物质都能较大程度的溶出［13］．
而乙醇浓度过大会使得水溶性黄酮类物质的溶出减
少，同时脂溶性物质溶出增多，尤其是叶绿素大量溶
出，给提纯去杂带来较大的麻烦［14］．
3． 1． 2 液固比对黄酮提取率的影响
控制提取温度为 80 ℃，以体积分数为 60%的
乙醇为溶剂，微波提取 10 min，分别测定当液固比为
10、20、30、40、50 mL /g 时翻白草中黄酮的提取率，
试验结果如图 2 所示．
图 2 液固比对黄酮提取率的影响
F ig． 2 Effect of ratio of liquid to material on extraction
yield of flavonoids
试验结果表明，当液固比为 30 mL /g 时，总黄酮
的提取率较高． 提取过程中液固比低于 30 mL /g 时，
提取不完全;而液固比高于 30 mL /g 时，可能造成某
些醇溶性物质的溶出量增加，它们与乙醇 －水体系结
合，从而导致黄酮类化合物的提取率不升反降［15］．
3． 1． 3 提取温度对黄酮提取率的影响
以体积分数为 60% 的乙醇( 液固比为 30 mL /
g) 为溶剂微波提取 10 min，考察提取温度为 60、70、
80、90、100 ℃对总黄酮提取率的影响，总黄酮提取
率与提取温度的关系如图 3 所示．
图 3 提取温度对黄酮得率的影响
Fig． 3 Effect of extraction temperature on extraction
yield of flavonoids
741
F
图
分析测试技术与仪器 第 21 卷
由图 3 可以看出: 60 ～ 80 ℃范围内，黄酮提取
率随着温度的升高而升高; 温度高于 80 ℃后，提取
率又有所下降，这可能是由于温度升高使翻白草内
部细胞破碎更剧烈，但过高的温度也会造成部分黄
酮类物质分解，导致提取率下降．
3． 1． 4 微波时间对黄酮提取率的影响
以体积分数为 60%的乙醇 ( 液固比为 30 mL /
g) 为提取剂，控制提取温度为 80 ℃，考察提取时间
分别为 5、10、15、20 和 25 min 对总黄酮的提取率的
影响，实验结果如图 4 所示．
图 4 提取时间对黄酮得率的影响
Fig． 4 Effect of extraction time on extraction
yield of flavonoids
由图 4 可知: 微波时间为 10 min 时，黄酮提取
率达到最大值; 超过 10 min 后则提取率明显下降，
这可能是微波施加时间过长，造成部分黄酮类物质
出现分解，导致提取率下降［16］．
3． 2 响应面试验设计及回归方程的方差分析
在单因素试验基础上，根据 Box － Beknhen 中心
组合试验的设计原理，设计四因素三水平的响应面
试验( 试验因素水平如表 1 所列) ，响应面试验的设
计及结果如表 2 所列．
表 1 试验设计因素和水平
Table 1 Factorsand levels of experimental design
因素
水平
－ 1 0 1
A ( 乙醇体积分数 /% ) 40 60 80
B［液固比 / ( mL/g) ］ 20 30 40
C ( 提取温度 /℃ ) 70 80 90
D ( 微波时间 /min) 5 10 15
表 2 响应面试验设计及结果
Table 2 Design and results of response surface analysis
试验号
因素
A B C D
提取率 / ( mg /g)
实测值 预测值
1 0 － 1 0 1 3． 91 3． 86
2 － 1 0 0 1 4． 64 4． 59
3 0 － 1 1 0 4． 93 4． 89
4 0 1 1 0 5． 01 4． 99
5 1 1 0 0 5． 34 5． 40
6 － 1 1 0 0 5． 50 5． 56
7 0 － 1 0 － 1 3． 68 3． 78
8 1 0 － 1 0 4． 24 4． 34
9 1 － 1 0 0 3． 53 3． 62
10 0 0 － 1 1 3． 59 3． 71
11 1 0 0 － 1 3． 53 3． 38
12 1 0 0 1 4． 55 4． 47
13 0 0 1 － 1 4． 06 4． 09
14 － 1 0 0 － 1 5． 17 5． 05
15 0 0 0 0 6． 18 6． 69
16 － 1 0 1 0 5． 98 5． 93
17 0 0 0 0 6． 68 6． 69
18 0 － 1 － 1 0 3． 42 3． 24
19 0 0 0 0 6． 78 6． 69
20 1 0 1 0 4． 03 4． 01
21 0 1 0 1 5． 19 5． 14
22 0 0 － 1 － 1 3． 57 3． 61
23 0 1 － 1 0 5． 39 5． 24
24 － 1 － 1 0 0 5． 16 5． 24
25 0 0 1 1 4． 52 4． 63
26 0 1 0 － 1 4． 49 4． 59
27 － 1 0 － 1 0 4． 12 4． 20
28 0 0 0 0 6． 85 6． 69
29 0 0 0 0 6． 94 6． 69
利用 Design － expert 8． 05 软件对上述结果进行
多元回归拟合，得到总黄酮含量( Y) 对乙醇体积分
数( A) 、液固比( B) 、提取温度( C) 及微波时间( D)
841
第 3 期 蔡淑敏，等:响应面法优化微波提取翻白草总黄酮
的二次多项回归方程为:
Y =6．69 －0．45 ×A +0．52 ×B +0．35 ×C +0．16 ×D +0．
37 ×AB －0．52 ×AC +0．39 ×AD －0．47 ×BC +0．12 ×BD －0．
11 ×CD －0．85 ×A2 －0．88 ×B2 －1．22 ×C2 －1．46 ×D2 ( 2)
对试验结果进行方差分析和显著性检验的结果
如表 3 所列．
表 3 响应面二次回归模型的方差分析
Table 3 Analysis of variance for response surface quadratic regression equation
方差来源 平方和 SS 自由度 DF 均方 MS F值 P
模型 32． 82 14 2． 34 59． 51 ＜ 0． 000 1
A 2． 39 1 2． 39 60． 56 ＜ 0． 000 1
B 3． 30 1 3． 30 83． 71 ＜ 0． 000 1
C 1． 47 1 1． 47 37． 32 ＜ 0． 000 1
D 0． 30 1 0． 30 7． 64 0． 015 2
AB 0． 54 1 0． 54 13． 72 0． 002 4
AC 1． 07 1 1． 07 27． 20 0． 000 1
AD 0． 60 1 0． 60 15． 25 0． 001 6
BC 0． 89 1 0． 89 22． 67 0． 000 3
BD 0． 055 1 0． 055 1． 40 0． 256 1
CD 0． 048 1 0． 048 1． 23 0． 286 3
A2 4． 69 1 4． 69 119． 13 ＜ 0． 000 1
B2 5． 03 1 5． 03 127． 68 ＜ 0． 000 1
C2 9． 60 1 9． 60 243． 82 ＜ 0． 000 1
D2 13． 86 1 13． 86 351． 90 ＜ 0． 000 1
残差 0． 55 14 0． 039
失拟项 0． 20 10 0． 020 0． 22 0． 976 5
纯误差 0． 36 4 0． 089
合计 33． 37 28
对模型进行方差分析可知，方程模型 F = 5
9． 51、P ＜ 0． 000 1，达到极显著水平，具有统计学意
义［17］． 失拟检验不显著 ( F = 0． 22、P = 0． 9765 ＞ 0
． 05) ，说明数据中没有异常点，不需要引入更高次
数的项［18］． 自变量一次项 A、B、C、D 和二次项 A2、
B2、C2、D2的均达到显著水平; 交互项 AB、AC、AD、
BC的交互效应显著．
为了直观地表现两个因素对翻白草总黄酮得率
的影响，令其他因素为一固定值，分析两个因素对翻
白草总黄酮得率的影响［19］，得到的响应面和等高线
如图 5、6 所示．
图 5、6 直观地反映了各因素交互作用对响应值
的影响，等高线的形状可反映出交互效应的强弱大
小，椭圆形表示 2 个因素交互作用显著，圆形则与之
相反［20］． 由图 5、6 可见: 乙醇体积分数和液固比、
乙醇体积分数和提取温度、乙醇体积分数和微波时
间、提取温度与液固比之间的交互作用显著． 与之
相比，微波时间与液固比、微波时间与提取温度的交
互作用曲线则较为平滑，交互作用不显著． 6 个响
应面均为开口向下的凸形曲面，说明三萜类物质的
提取率存在极高值; 同时 6 个响应曲面的等高线中
心均位于水平 － 1 ～ 1 之间，说明提取的最优条件存
在于所设计的因素水平范围之内［21］． 根据 Design －
Expert 软件分析得出本实验最佳提取工艺条件为:
乙醇体积分数 54． 82%，液固比 32． 02 mL /g，提取温
度 81． 61 ℃，微波时间 10． 17 min，此条件下的预测
941
分析测试技术与仪器 第 21 卷
提取率为 6． 83 mg /g．
为了操作方便，将最佳提取条件定为:乙醇体积
分数 55%、液固比 32 mL /g、提取温度 82 ℃、微波时
间 10 min，在此条件下重复试验 5 次，得到的总黄酮
的提取率分别为 6． 95、7． 12、6． 29、7． 07、7． 37 mg /g，
其平均值为 6． 96 mg /g，稍高于预测值． 试验结果表
明，响应面法适用于翻白草中黄酮的微波提取工艺
优化．
( a) 乙醇体积分数与液固比 ( b) 乙醇体积分数与提取温度
( c) 乙醇体积分数与微波时间 ( d) 液固比与提取温度
( e) 液固比与微波时间 ( f) 提取温度与微波时间
图 5 两因素交互作用对黄酮提取率影响的响应面
F ig． 5 Ｒesponse surfacets for effects of cross － interaction among factors on extraction rate of flavonoids
051
F
图
第 3 期 蔡淑敏，等:响应面法优化微波提取翻白草总黄酮
( a) 乙醇体积分数与液固比 ( b) 乙醇体积分数与提取温度
( c) 乙醇体积分数与微波时间 ( d) 液固比与提取温度
( e) 液固比与微波时间 ( f) 提取温度与微波时间
图 6 两因素交互作用对黄酮提取率影响的等高线
Fig． 6 Contour plots for the effects of cross － interaction among factors on extraction rate of flavonoids
4 结论
利用响应曲面法中 Box － Behnken模式，对翻白
草总黄酮微波辅助提取工艺进行了优化，得到最佳
的微波提取条件，实验值与响应面法预测值接近．
响应面优化的微波提取法具有提取得率高、提取时
间短、控制方便、节能环保等优点，有望用于翻白草
中黄酮类物质的提取．
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Microwave Assisted Extraction of Total Flavornoids from
Potentilla Discolor Bunge by Ｒesponse Surface Methodology
CAI Shu － min1，CHEN Yi － ting1，2，ZHANG Mei － zhu1，YANG Yi － jie1
( 1． Department of Chemistry and Chemical Engineering，Minjiang University，Fuzhou 350108，China;
2． Fujian Provincial Key Laboratory of Green Functional Materials，Fuzhou 350108，China)
Abstract: The response surface methodology ( ＲSM ) was applied to optimize the extraction conditions of total
flavornoids in potentilla discolor by the microwave － assisted extraction ( MAE ) ． Based on the results of single
factor experiments，the effects of three independent variables ( the concentration of ethanol，extraction time，
extraction temperature，solid to liquid ratio) and interaction on the total flavornoids yield were investigated． The
results showed that the optimum conditions for the extraction of flavonoids were: ethanol concentration，55 %，
extraction temperature，82 ℃，extraction time，10 min，and ratio of solvent to material，32 mL /g，under these
conditions，the flavonoids yield was 6． 96 mg /g，which was consistent with the predicted value in the main．
Key words: ＲSM; potentilla discolor Bunge; MAE; flavornoids
Classifying number: Ｒ284． 2
251