全 文 ：响应面分析法优化乳苣总黄酮提取工艺的研究
高义霞 1 ,景红艳 1 ,姜祖君1 ,张　继 1, 2 ,杨　声 1＊
(1.天水师范学院生命科学与化学学院 ,甘肃 天水 741001;2.西北师范大学生命科学学院 ,甘肃 兰州
730070)
　　摘要　目的:利用响应面法优化乳苣总黄酮的提取工艺条件。方法:以提取溶剂乙醇浓度 、液固比 、提取温度
及提取时间为影响因子 ,应用 Box-Behnken中心组合设计建立数学模型 ,以提取总黄酮得率作为响应值 ,进行响应
面法分析(RSM)。结果:乳苣总黄酮提取的最佳工艺为:乙醇浓度 63.78%, 液固比 40∶1, 提取温度 90℃,提取时间
1.07 h, 理论提取率 14.04%,实际测得值为 13.79%,两者较接近。结论:Box-Behnken设计结合响应面分析法可以
很好地对乳苣总黄酮提取工艺进行优化。
关键词　乳苣;总黄酮;响应面分析法
中图分类号:R284.2　　文献标识码:A　　文章编号:1001-4454(2010)04-0621-04
OptimizationoftheExtractionTechnologyofTotalFlavonoidsfrom
MulgediumtataricumUsingResponseSurfaceAnalysis
GAOYi-xia1 , JINGHong-yan1 , JIANGZu-jun1 , ZHANGJi1 , 2 , YANGSheng1
(1.ColegeofLifeScienceandchemistry, TianshuiNormalUniversity, Tianshui741001, China;2.ColegeofLifeScience, North-
westNormalUniversity, Lanzhou730070, China)
Abstract　Objective:Responsesurfaceanalysismethodology(RSM)wasusedtooptimizetheextractiontechnologyoftotalfla-
vonoidsfromMulgediumtataricum.Methods:Ethanolconcentration, solvent-solidratio, extractiontemperatureandextractiontime
wereselectedasinfluencingfactorsduringextraction.TheexperimentmathematicalmodelwasarrangedaccordingtoBox-Behnkencen-
tralcompositeexperimentdesign.Results:Theoptimalextractionconditionswereasfolowing:ethanolconcentration63.78%, sol-
vent-solidratio40∶1, extractiontemperature90 ℃, andextractiontime1.07 h, thepredictedvalueofextractionrateoftotalfla-
vonoidswas14.04% undertheoptimumconditions, andtheexperimentalvaluewas13.79%.Conclusion:ThecombinationofBox-
BehnkendesignandresponsesurfaceanalysiscanwelloptimizetheextractiontechnologyoftotalflavonoidsfromMulgediumtataricum.
Keywords　MulgediumtataricumL.;Totalflavonoids;Responsesurfaceanalysismethodology(RSM)
收稿日期:2009-12-24作者简介:高义霞(1982-),女,助教 ,研究方向:资源植物学;Tel:15809418607, E-mail:egaoxy@126.com。＊通讯作者:杨声 , E-mail:ysh@mail.tsnc.edu.cn。
　　乳苣(MulgediumtataricumL.)又名蒙山莴苣 、
紫花山莴苷 、苦菜等 ,多年生草本植物 ,分布在俄罗
斯 、欧洲印度 、伊朗 、阿富汗及我国各省 ,甘肃也有广
泛分布 ,生长于海拔 1200 ～ 4300 m的地区 ,常生长
在湖边 、草甸 、田边 、河滩 、固定沙丘以及砾石地 〔1〕。
民间作为野菜采食 ,有抗菌 、消炎 、止痛等功效 。王
晓雄等从乳苣全草中分离到三萜类和倍半萜类化合
物 ,并确定了其结构 〔2-4〕。关于乳苣总黄酮提取研
究 ,笔者未见国内外文献报道 ,本实验在预实验基础
上 ,以提取溶剂乙醇浓度 、液固比 、提取温度及提取
时间 4个因素为影响因子 ,应用 Box-Behnken中心
组合设计建立数学模型 ,以提取总黄酮得率作为响
应值 ,利用响应面分析(RAS)软件分析 ,优化提取工
艺条件 。响应面分析法是一种优化多变量系统的有
效试验工具 〔5〕。它是研究因素与响应值之间 、因素
与因素之间相互关系的 ,并且克服了传统正交试验
只能给出最佳因素水平组合 ,而无法找出整个区域
上因素的最佳组合和响应值的最优值的缺陷 〔6〕。
本实验以提取总黄酮得率为指标 ,应用响应面法对
乳苣总黄酮提取工艺条件进行优化 ,得到乳苣总黄
酮的最佳提取工艺 ,为将来中试开发提供参考。
1　材料 、仪器与方法
1.1　材料　乳苣(MulgediumtataricumL.)采自甘
肃省白银市靖远县农田和水渠边 ,经天水师范学院
生命科学与化学学院汪之波老师鉴定为菊科乳苣属
乳苣 。乳苣全草 ,室温干燥 ,粉碎 ,过 80目筛 ,备用 。
1.2　试剂及仪器　芦丁标准品购自南京替斯艾么
中药技术研究所 。乙醇 、亚硝酸钠 、硝酸铝 、氢氧化
钠等均为分析纯试剂 。电子天平(北京赛多利斯天
平有限公司), RE-52AA旋转蒸发仪(上海亚荣生化
仪器厂), SHZ-D循环水式真空泵(河南开封宏兴科
教仪器厂)。
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1.3　实验方法
1.3.1　标准曲线的制作:精密称取经 120 ℃干燥
至恒重的芦丁对照品 25 mg,置 100 mL容量瓶中 ,
加 75%乙醇至刻度 ,摇匀 ,得对照品液(0.25 mg/
mL)。吸取 0、2、3、4、5、6、7 mL,分别置于 25 mL容
量瓶中 ,加 5%亚硝酸钠 1 mL摇匀放置 6 min,加
10%硝酸铝 1 mL摇匀放置 6 min,加 4%氢氧化钠
10 mL,用 75%乙醇稀释至刻度 ,放置 15 min后 ,以
空白试剂为参比液 ,于波长 510 nm测其吸光度 〔7-9〕。
以吸光度为纵坐标 ,芦丁标准液浓度为横坐标 ,绘制
标准曲线 ,回归方程为 y=11.988x-0.0037, R2 =
0.9997。
1.3.2　乳苣总黄酮含量测定:准确称取乳苣干粉
1 g,置于 100mL烧瓶内 ,以一定液固比加入乙醇水
溶液 ,于一定温度下回流提取一定时间后 ,过滤 。滤
渣以同样条件提取 、过滤 ,合并滤液 ,然后用乙醇水
溶液定容。用 “1.3.1”项下方法测定乳苣总黄酮得
率 。
提取液总黄酮含量(以芦丁计)(mg)=样液中黄酮含量
(mg)×提取液定容体积(mL)/样液体积(mL)
得率(%)=样液中黄酮的含量(mg)/乳苣重量(mg)×
100%
1.3.3　乳苣总黄酮最佳提取条件的确定:通过单
因素预实验 ,选择水浴温度 、乙醇浓度 、提取时间 、液
固比 4个因素 ,应用 Design-Expert7.0软件 ,设计 4
因素 3水平(共 29个试验点 5个中心点)的响应面
试验 ,利用响应面试验结果 ,确定乳苣中总黄酮的最
佳提取条件 。试验因素与水平设计见表 1。
　表 1 　响应面试验因素与水平表
编码号 A乙醇浓度/% B液固比 C提取温度/℃ D提取时间/h
-1 60 20∶1 50 1
0 70 30∶1 70 2
1 80 40∶1 90 3
2　结果与分析
以乙醇浓度 A、液固比 B、提取温度 C和提取时
间 D为自变量 ,以乳苣总黄酮得率为响应值(Y),进
行响应面分析试验。试验方案及结果见表 2。
　　采用 Design-expert7.0软件对表 2中数据进行
多项式拟合回归 ,建立多元二次响应面回归模型:
Y=10.73 -0.85A+1.29B+0.28C-0.67D-
0.33AB-0.11AC+0.0075AD-0.025BC-0.85BD
+0.23CD-1.0A2 +0.26B2 +0.52C2 -0.71D2 ,各
因素的方差分析结果见表 3。
　表 2 　响应面分析方案及实验结果
实验号 A B C D Y黄酮得率 /%
1 60 20∶1 70 2 9.46
2 60 40∶1 70 2 12.71
3 80 20∶1 70 2 8.02
4 80 40∶1 70 2 9.95
5 70 30∶1 50 1 10.81
6 70 30∶1 50 3 9.49
7 70 30∶1 90 1 11.29
8 70 30∶1 90 3 10.9
9 60 30∶1 70 1 10.99
10 60 30∶1 70 3 8.36
11 80 30∶1 70 1 9.45
12 80 30∶1 70 3 6.85
13 70 20∶1 50 2 10.02
14 70 20∶1 90 2 10.5
15 70 40∶1 50 2 12.42
16 70 40∶1 90 2 12.8
17 60 30∶1 50 2 10.69
18 60 30∶1 90 2 11.2
19 80 30∶1 50 2 9.42
20 80 30∶1 90 2 9.51
21 70 20∶1 70 1 8.3
22 70 20∶1 70 3 9.44
23 70 40∶1 70 1 12.8
24 70 40∶1 70 3 10.54
25 70 30∶1 70 2 10.69
26 70 30∶1 70 2 10.32
27 70 30∶1 70 2 11.03
28 70 30∶1 70 2 10.72
29 70 30∶1 70 2 10.9
　　由表 3知 ,模型的 “Prob>F”值小于 0.01,表明
二次方程拟合极显著 ,失拟项 F值为 4.34,表明失
拟项相对于绝对误差是不显著的 ,而不显著的失拟
项才可用 。乙醇浓度(A)、料液比(B)和提取时间
(D)的 “Prob>F”值小于 0.01,表明其对总黄酮得
率影响极显著 ,提取温度(C)的 “Prob>F”值大于
0.05,表明其对总黄酮得率影响不显著。且影响乳
苣总黄酮得率的各因素按影响大小排序依次为料液
比 、乙醇浓度 、提取时间 、提取温度。二次项 A2 、B2
和 C2影响显著 ,交互项按影响大小排列依次为 BD、
AB、CD、AC、BC、AD,其中 BD达到极显著水平 ,其
它不显著 ,表明各因素对黄酮得率不是简单线性关
系。各交互因素响应曲面图如图 1,同样可看出料
液比和提取时间交互影响显著 ,表现为曲线图陡峭 ,
其他因素曲线较平滑。
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图 1　各因素两两交互作用对总黄酮提取率影响的响应面图
　　决定系数 R2 =0.9391, CV值为 4.8%,说明模
型拟合好 ,实验误差小 ,实验操作可信 ,可用此模型
对乳苣总黄酮提取进行分析和预测 〔10, 11〕。
通过回归模型预测的乳苣总黄酮提取的最佳工
艺条件为:乙醇浓度 63.78%,液固比 40∶1,提取温
度 90 ℃,提取时间为 1.07 h,在此条件下 ,乳苣总黄
酮得率理论上可达 14.045%。考虑到实际操作的
可行性 ,将乳苣总黄酮的提取条件在回归方程得
到的理论值基础上修正为:乙醇浓度 64%, 液固
比 40∶1,提取温度 90 ℃,提取时间为 1 h,采用此
工艺条件进行验证实验 ,实际测得乳苣总黄酮得
率为 13.79%,与实际值相差不大 ,说明采用响应
面法得到的工艺参数可靠 , 具有一定的实际价
值 。
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　表 3 　乳苣总黄酮提取回归模型的方差分析
变异来源 平方和 自由度 均方 F值 Prob>F
A 8.69　 1 8.69 　 35.39　 <0.0001
B 19.97 1 19.97 81.35 <0.0001
C 0.94 1 0.94 3.83 0.0705
D 5.40 1 5.40 22.00 0.0003
AB 0.44 1 0.44 1.77 0.2041
AC 0.044 1 0.044 0.18 0.6781
AD 0.000225 1 0.000225 0.0009166 0.9763
BC 0.0025 1 0.0025 0.010 0.9210
BD 2.89 1 2.89 11.77 0.0041
CD 0.21 1 0.21 0.86 0.3689
A2 6.92 1 6.92 28.20 0.0001
B2 0.44 1 0.44 1.80 0.2015
C2 1.76 1 1.76 7.17 0.0181
D2 3.25 1 3.25 13.25 0.0027
残余 3.44 14 0.25
模型 52.95 14 3.78 15.41 <0.0001
失拟项 3.15 10 0.31 4.34 0.0850
纯误差 0.29 4 0.073
总和 56.39 28
3　讨论
响应面分析克服了正交设计只能处理离散的水
平值 ,而无法找出整个区域上因素的最佳组合和响
应值的最优值的缺陷 。响应面分析方法是研究几种
因素间交互作用的回归分析方法〔12〕。采用响应曲
面分析法中的 Box-Behnken模式 ,对乳苣总黄酮提
取工艺条件进行了优化 ,并得出最佳工艺参数 。实
验结果表明 ,模型拟合程度高 ,实验误差小 ,可用于
实际预测 。优化的工艺条件为:乙醇浓度 63.78%,
液固比 40∶1,提取温度 90 ℃,提取时间 1.07 h,理
论得率 14.04%,实际测得值为 13.79%,优化得到
的预测结果与实验结果吻合较好 。说明采用响应面
法优化得到的乳苣总黄酮提取工艺条件可靠 。
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《中药材 》杂志为国家首批公布的可登处方药广告的专业媒体 。
·624· JournalofChineseMedicinalMaterials　　第 33卷第 4期 2010年 4月