全 文 ：广 东 化 工 2013年 第 7期
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响应面法优化垂盆草总黄酮超声提取工艺
张本洁，孙冬杰，陈雨秋，郑亚，于小凤
(江苏大学 药学院，江苏 镇江 212013)

[摘 要]目的：优化垂盆草总黄酮的超声提取工艺。方法：以总黄酮得率为指标，采用响应面设计方法对影响总黄酮得率的乙醇浓度、料液
比及超声温度进行优化。结果：最佳工艺条件为：采用 60 %乙醇，料液比 26∶1，在 60 ℃下超声提取 20 min，在此最佳条件下，总黄酮得率为
21.7 mg·g-1，实验结果与模型预测值相符。结论：利用超声方法提取垂盆草总黄酮工艺稳定可靠。
[关键词]垂盆草；总黄酮；超声提取；响应面设计
[中图分类号]R284.2 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2013)07-0012-02

Optimization of Ultrasound-assisted Extraction of Total Flavonoids from Sedum
Sarmentosum Bunge by Response Surface Methodology

Zhang Benjie, Sun Dongjie, Chen Yuqiu, Zheng Ya, Yu Xiaofeng
(College of Pharmacy, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China)

Abstract: Objective: To optimize the ultrasound-assisted extraction technology of total flavonoids from Sedum sarmentosum Bunge. Method: The factors such
as ethanol concentration, liquid-material ratio and extraction temperature were optimized by response surface methodology. Result: The highest extraction rate of
total flavonoids by ultrasound-assisted extraction could arrive at 21.7 mg·g-1 using 60 % ethanol concentration, liquid-material ratio of 26∶1, extraction temperature
60 ℃, and extraction time 20 min, which was agreed with model predictions. Conclusion: The extraction process by ultrasound-assisted was stable and reliable.
Keywords: sedum sarmentosum bunge；total flavonoids；ultrasonic-assisted extraction；response surface methodology

垂盆草为景天科植物垂盆草(Sedum sarmentosum Bunge)的新鲜
或干燥全草，我国大部分地区均有分布，是集药用、食用、绿化于
一身的植物。具有清利湿热，解毒之功效，用于湿热黄疽，小便不
利，痈肿疮疡[1]。垂盆草中含有氰苷、黄酮类、甾醇类和三萜类等
化合物[2-6]。近年来对垂盆草进一步的研究表明其中所含的黄酮和三
萜类成分为抗肝炎活性的疗效中发挥起到了重要的作用[2,6]，是一类
极具开发前景的天然植物资源。目前，对其中的黄酮成分及种类已
作了较深入研究，但提取工艺方面研究较少[7-8]。本论文用先进的超
声法对垂盆草总黄酮进行提取，利用响应面设计方法优化其总黄酮
超声提取工艺参数，为垂盆草资源的合理开发利用提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料
垂盆草购自江苏镇江九泰医药有限公司，经江苏大学药学院
沈绛英副主任中药师鉴定为景天科植物垂盆草 (Sedum
sarmentosum Bunge)的干燥全草。粉碎过 40目筛备用。
芦丁对照品(100080-200306)购自中国生物制品检定所，其它
试剂均为国产分析纯。
UV-2550型紫外可见分光光度计(日本岛津公司)，DHG-9145
鼓风干燥箱(上海一恒科技有限公司)，KQ—250DB型超声波仪(昆
明市超声仪器有限公司)，BS 110 S型电子天平(北京赛多利斯仪
器系统有限公司)。
1.2 方法
1.2.1 芦丁标准曲线的绘制
精密称取 105 ℃干燥至恒重的芦丁对照品 11.6 mg，加 70 %
的乙醇溶解，定容至 50 mL，得 232μg·mL-1的芦丁标准品溶液，
量取该标准品溶液 0、0.5、1、2、3、4 mL置于 10 mL容量瓶，
分别加入 5 % NaNO2 0.3 mL，摇匀放置 6 min，10 % Al(NO3)3 0.3
mL，摇匀放置 6 min，4 % NaOH 4 mL，摇匀放置 15 min，最后
用 70 %乙醇定容至刻度，于 510 nm波长处测定吸光度，以样品
浓度对吸光度进行线性回归，得吸光度与浓度的回归方程
A=0.0104C+0.0038，R2=0.9993。式中 A---提取液的吸光度；C---
提取液黄酮类物质的质量浓度。结果表明，在 11.6~92.8 μg·mL-1
之间芦丁对照品浓度与吸光度成良好线性关系。
1.2.2 垂盆草总黄酮的提取及含量测定
准确称取 1.0 g垂盆草粉末置于 100 mL锥形瓶中，加入一定
体积的不同浓度分数的乙醇溶液。设定超声参数，提取规定时间
后取出冷却静置。离心，精密移取上清液 1 mL，置于 10 mL容量
瓶中，参考 1.2.1法，计算黄酮得率。
1.2.3 试验设计
根据中心组合设计原理，结合响应面分析方法，综合单因素
试验结果，以乙醇浓度(A)、料液比(B)、超声温度(C)三个因素为
自变量，以-1、0、+1 分别代表自变量的低、中、高水平，按方
程 X1=( x1-60)/10，X2=(x2-25)/5，X3=(x3-50)/10对自变量进行编码，
以总黄酮的提取得率为响应值，设计 3因素 3水平共 17个实验点
的响应面分析实验，因子编码及水平见表 1。

表 1 响应面因素水平编码表
Tab.1 Factors and levels of response surface experiment
编码水平 因素
-1 0 1
乙醇浓度A/% 50 60 70
料液比B/(mL·g -1) 20∶1 25∶1 30∶1
超声温度C/℃ 40 50 60

2 响应面试验结果与讨论
2.1 二次响应面回归模型的建立与显著性检验

表 2 垂盆草中黄酮类化合物响应面设计与结果
Tab.2 Design and results of response surface analysis on total
flavonoids from Sedum sarmentosum Bunge
影响因素
试验号 乙醇浓度A 料液比B 提取温度C
总黄酮得
率/(mg·g-1)
1 1.00 0.00 -1.00 14.8
2 -1.00 1.00 0.00 17.4
3 0.00 1.00 1.00 20.1
4 0.00 0.00 0.00 19.7
5 0.00 0.00 0.00 19.5
6 0.00 1.00 -1.00 16.1
7 1.00 0.00 1.00 18.6
8 1.00 1.00 0.00 15.8
9 0.00 0.00 0.00 19.8
10 -1.00 0.00 1.00 19.5
11 0.00 0.00 0.00 19.9
12 1.00 -1.00 0.00 15.3
13 -1.00 -1.00 0.00 15.1
14 -1.00 0.00 -1.00 16.8
15 0.00 -1.00 -1.00 15.0
16 0.00 -1.00 1.00 18.2
17 0.00 0.00 0.00 19.6
[收稿日期] 2013-03-10
[基金项目] 江苏大学大学生科研立项(11A149)
[作者简介] 张本洁(1991-)，女，江苏淮安人，主要研究方向为中药活性研究。
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取1.0 g垂盆草粉末17份，固定超声时间20 min，择优选取乙
醇浓度A、料液比B、超声温度C 3个重要因素。响应面设计法试
验结果见表2。
应用Design-Expert 8.0.5软件对表2中的数据进行二次多元回
归拟合，得到乙醇浓度(A)、料液比(B)、超声温度(C)与垂盆草总
黄酮之间的二次多项回归方程：
Y=19.70-0.54A+0.73B+1.71C-0.45AB+0.28AC+0.20BC-1.86A2-
1.94 B2-0.41C2
对上述回归模型进行显著性检验，结果见表3。

表 3 回归模型方差分析结果
Tab.3 Results of egression analysis
方差来源 平方和 自由度 均方和 F值 Pr>F
A-乙醇浓
度/% 2.31 1 2.31 36.15 0.0005***
B-料液比
/(mL·g-1) 4.20 1 4.20 65.78 < 0.0001***
C-超声温
度/℃ 23.46 1 23.46 366.99 < 0.0001***
AB 0.81 1 0.81 12.67 0.0092**
AC 0.30 1 0.30 4.73 0.0661
续表3
方差来源 平方和 自由度 均方和 F值 Pr>F
BC 0.16 1 0.16 2.50 0.1577
A2 14.61 1 14.61 228.47 <0.0001***
B2 15.81 1 15.81 247.24 < 0.0001***
C2 0.72 1 0.72 11.21 0.0123*
残差 0.45 7 0.064
失拟差 0.35 3 0.12 4.63 0.0863
绝对误差 0.100 4 0.025
总离差 65.44 16
模型 65.00 9 7.22 112.97 < 0.0001***
模型确定
系数 0.9932
模型调整
确定系数 0.9844
信噪
比 26.235
注：***差异极显著(p<0.001)，**差异高度显著(p<0.01)，*差异显著(p<0.05)

2.2 响应面分析及最优条件的确立
借助Design-Expert软件依据回归方程来绘制响应面立体分析
图及等高线，考察拟合
响应曲面的形状，分析乙醇浓度、料液比和超声温度对垂盆草总
黄酮得率的影响。结果见图 1～3。



图 1 乙醇浓度和料液比对总黄酮得率影响的响应面和等高线
Fig.1 Response surface and contour of interrelated influence of ethanol concentration and liquid-material ratio to flavonoids yield



图 2 乙醇浓度和超声温度对总黄酮得率影响的响应面与等高线
Fig.2 Response surface and contour of interrelated influence of ethanol concentration and temperature to flavonoids yield



图 3 料液比与超声温度对总黄酮得率影响的响应面与等高线
Fig.3 Response surface and contour of interrelated influence of solid-liquid ratio and temperature to flavonoids yield

(下转第 11页)
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表6 不同氧化产品的红外吸收峰数据
Fig.6 IR-spectrum of different oxidized production
PNBA/cm-1 PNBA-1/cm-1 PNBA-2/cm-1 PNBA-3/cm-1
3117 3115 3112 3112
2961 2960 2918 2914
2854 2848 2850
2675 2672 2667 2667
2555 2548 2553 2548
1957
1825
1697 1695 1692 1688
1608 1605 1601 1602
1544 1545 1521 1521
1432 1430 1426 1426
1352 1353 1350 1349
1313 1311
1296 1297 1290 1287
1206
1113 1109 1112 1105
1056
1015 1014 1011 1014
936 937 930 930
880 875 878 881
862 857 853 853
803 801 800 797
718 717 714 717
619 595
564 561 560 560
513 511 507 507
448 445 445
403

通过与对硝基苯甲酸标准样品的IR光谱比较可以看到，所制
的产品为对硝基苯甲酸。标准对硝基苯甲酸的IR吸收峰数据来自
SDBS，主要吸收峰列入表5，标号PNBA：3117 cm-1, 3082 cm-1,
3064 cm-1为苯环上的C-H伸缩振动，2996 cm-1, 2973 cm-1, 2961
cm-1, 2866 cm-1, 2854 cm-1, 2675 cm-1, 2555 cm-1为-COOH中的O-H
伸缩振动，1697 cm-1是-COOH 上的C=O的伸缩振动，1608 cm-1,
1544 cm-1，1432 cm-1是苯环的骨架振动υ(C=C),1323 cm-1,1313
cm-1, 1283 cm-1, 1252 cm-1为COOH中C-O伸缩振动，1389 cm-1，
1352 cm-1，1296 cm-1，513 cm-1是-NO2的伸缩，936 cm-1是苯甲酸
的二聚体间形成OH….O=C氢键的面外振动，880 cm-1, 862 cm-1是
C-N伸缩振动，803 cm-1，789 cm-1, 718 cm-1是对位取代苯的C-H
面外变形振动。
硝化反应未加催化剂制备的硝化产品为原料，氧化过程也不
加催化剂，最终产品的红外吸收峰如图2 PNBA-1和表5 PNBA-1
所示，比较特殊的是，561 cm-1，448 cm-1处的吸收峰在其他谱图
中也有出现，只是强度有些不同。含锌盐的聚对硝基苯乙烯为原
料，氧化过程不加催化剂所制备产品的红外吸收峰如图2和表5所
示，在619 cm-1,445,403 cm-1处的弱吸收峰可能是杂质峰。采用未
加金属盐作催化剂的硝化产品为原料，氧化过程中加入锌盐制备
的产品红外吸收峰如图2中PNBA-3和表5中PNBA-3所示，在1206
cm-1，1056 cm-1，595 cm-1处有明显的吸收峰，507 cm-1处也有弱
吸收峰，这些可能是杂质或副产物的吸收峰。
3 结论
在硝化反应过程中硝基取代苯环的对位氢。氧化反应引入的
硝基使 α-H 比较活跃，能够被氧化生成羧基。当反应温度为 100
℃，反应时间为 18 h，反应体系为浓硫酸与水 1∶1混合，重铬酸
钾稍微过量，加入一定的金属盐作催化剂的条件下能够使产率达
到 28 %。具体的反应条件还有待于进一步的优化。

参考文献
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(上接第 13页)
2.3 最优提取条件的确定
为确定各因素的最佳取值，利用 Design-Expert 软件中
Optimization的 Numerical功能，在模型浓度范围内选择最低点为
出发点，使用最大值优化，得超声提取垂盆草总黄酮的理论工艺
为：乙醇浓度为 59 %，料液比为 26.25∶1，超声温度为 60 ℃，
得率为 21.13 mg·g-1。为验证响应面法的可行性，采用修正的最佳
提取工艺为：乙醇浓度 60 %，料液比 26∶1，超声温度 60 ℃，超
声时间 20 min进行验证试验，结果如表 4。

表 4 验证实验结果
Fig.4 Results of confirmatory experiment
实验序号 总黄酮得率/(mg·g-1) 平均值/(mg·g-1) 相对标准偏差/%
1 22.0
2 21.5 21.7 1.22
3 21.6

由实验结果可知，该优化条件三次提取平均值与理论值的偏
差为 1.22<3 %，说明实验值与理论值有较好的拟合性。
3 结论
本实验采用先进的超声法对垂盆草总黄酮进行提取。根据
Box-Behnken中心组合设计法及响应面分析法，利用 Design expert
8.0.5软件，对垂盆草总黄酮的超声提取工艺进行优化，表明该方
法真实可信。通过该方法得出最佳提取工艺为：乙醇浓度 60 %，
料液比 26∶1，提取温度 60 ℃，提取时间 20 min。在此条件下垂盆
草总黄酮得率为 21.7 mg·g-1 ，比优化前单因素试验的提取率有很大
提高。这表明利用响应面分析法优化垂盆草总黄酮提取是可行的。

参考文献
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(本文文献格式：张本洁，孙冬杰，陈雨秋，等．响应面法优化垂
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