全 文 ：工 艺 技 术
2016年第02期
Vol . 37 , No . 02 , 2016
响应面法优化微波辅助提取
平卧菊三七三萜的工艺研究
叶芝红，赵 艳，朱艳萍，郑国栋*
（江西农业大学食品科学与工程学院江西省天然产物与功能食品重点实验室，江西南昌 330045）
摘 要：本文研究了用微波辅助提取平卧菊三七三萜的工艺。考察乙醇浓度、微波时间、微波功率、提取温度和料液比
等因素对平卧菊三七三萜提取得率的影响。在单因素实验基础上利用Box-Behnken实验设计方法和响应面分析法，确
定其最佳提取工艺条件。实验结果表明，当乙醇浓度90%和微波功率600 W时，微波辅助提取平卧菊三七三萜的最佳
提取条件为：微波时间8.6 min、提取温度57.7 ℃、料液比1∶33 g/mL。在此条件下平卧菊三七三萜的提取率为2.13%，与
模型预测值2.14%之间具有良好的拟合性。
关键词：平卧菊三七，三萜，微波辅助提取，响应面优化
Optimization of microwave-assisted extraction of triterpenoids
from Gynura procumbens by response surface methodology
YE Zhi-hong，ZHAO Yan，ZHU Yan-ping，ZHENG Guo-dong*
（Jiangxi Key Laboratory of Natural Products and Functional Food，College of Food Science and Engineering，Jiangxi
Agricultural University，Nanchang 330045，China）
Abstract：To optimize technological parameters for mircrowave-assisted extraction yield of total triterpenoids
from Gynura procumbens. The experiments investigated the effects of extraction，such as ethanol concentration，
extraction time，microwave power，temperature，and ratio of solid to liquid. Further，the experiments were optimized
using a Box-Behnken method of test design and response surface methodology on the basis of the single
factor experiment. When the ethanol concentration was 90% and microwave power was 600 W，the optimal
extraction conditions were as follows：extraction time was 8.6 min，temperature was 57.7 ℃ and ratio of solid to
liquid was 1∶33 g/mL. Under these conditions，the extraction yield of total triterpenoids from Gynura procumbens
was up to 2.13%，which was well matched with predicted yield 2.14%.
Key words：Gynura procumbens；triterpenoids；mircrowave-assisted extraction；response surface methodology
中图分类号：TS201.1 文献标识码：B 文 章 编 号：1002-0306（2016）02-0291-05
doi：10.13386/j.issn1002-0306.2016.02.050
收稿日期：2015－05－29
作者简介：叶芝红（1990-），女，硕士研究生，研究方向：天然产物的分离提取，E-mail：18770051363@163.com。
* 通讯作者：郑国栋（1969-），男，博士，副教授，研究方向：天然产物的分离提取和功能食品，E-mail：zrs150716@aliyun.com。
基金项目：江西省研究生创新专项资金项目（YC2015-S198）。
平卧菊三七（Gynura procumbens）是一种多年生
菊科三七属植物，又名续命草、神仙草，生于林间溪
旁坡地砂质土上，攀援于灌木或乔木上，主要分布于
东南亚及我国南部和西南部地区[1]。2012年5月平卧
菊三七被国家卫生部批准为新资源普通食品，近年
来在江西省靖安、丰城和都昌等地通过无性繁殖等
技术进行了大面积人工栽培，是一种比较容易开发
和应用潜力很大的食物。三萜化合物多数是一类基
本母核由30个碳原子组成的萜类化合物，其结构是
由六个异戊二烯单体聚合而成。三萜化合物在自
然界种类繁多，分布广泛，大多为四环三萜和五环三
萜，少数有链状、单环和三环等结构[2]。三萜化合物
具有抗癌、抑菌、抗肿瘤、降糖、降脂等广泛的生理
活性[3-7]。
研究表明平卧菊三七含有丰富的黄酮类、多糖
类、绿原酸、多不饱和脂肪酸等多种生物功能活性因
子 [8-10]，国内外药理研究表明其及其粗提物具有降
压、降糖、降脂、抗菌等功效[11-14]。然而平卧菊三七提
取三萜还未见报道，本研究以平卧菊三七为原料，采
用响应面设计分析法对微波辅助提取三萜化合物工
艺进行优化，以期获得较高的提取得率，为后续平卧
菊三七活性物质的研究和利用提供实验基础和参考
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Science and Technology of Food Industry 工 艺 技 术
2016年第02期
依据。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
平卧菊三七 采自江西农业大学中药园，清洗
晒干粉碎过60目筛；齐墩果酸标准品 成都曼思特
生物科技有限公司；无水乙醇、香草醛、高氯酸、冰醋
酸等试剂 均为分析纯级。
XH-100B电脑微波催化合成萃取仪 北京祥鹄
科技发展有限公司；V5600型可见分光光度计 上海
元析仪器有限公司；TDL-5-A低速大容量离心机 上
海安亭科学仪器厂；HH-60数显恒温磁力搅拌循环
水箱 常州市国华电力仪表设备有限公司；JSP-200
粉碎机 浙江省永康市金穗机制造厂；QT-2漩涡混
合器 上海琪特分析仪器有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 齐墩果酸标准曲线的绘制 参照孟宪军[15]的
方法。检测标准曲线的绘制过程如下：称取一定量的
齐墩果酸标准品，用无水乙醇溶解后配成0.15 mg/mL
的齐墩果酸标准溶液，精确吸取溶液0.00、0.10、0.20、
0.30、0.40、0.50、0.60、0.70 mL，分别加入试管中，首
先将所有试管置于水浴锅中加热挥尽乙醇溶剂，然
后分别加入新制的5%香草醛-冰乙酸0.40 mL和高氯
酸1.0 mL，利用涡流混合器迅速混匀后将试管置于
60 ℃水浴中加热15 min，取出流水冷却至室温，加
5.0 mL冰醋酸，迅速混匀溶液，静置15 min，在547 nm
处测定吸光值，以吸光度为纵坐标，齐墩果酸质量为
横坐标，绘制标准曲线。
1.2.2 平卧菊三七三萜类化合物提取 称取平卧菊
三七粉末1 g，加入一定浓度的乙醇溶液提取剂，在
一定的温度、一定提取时间和一定的微波功率条件
下进行微波辅助提取，将不同条件下处理得到的提
取液进行离心（3500 r/min，15min），得到平卧菊三七
三萜的待测液，每份样液分别取上清液0.20 mL置于
试管中，在恒温水浴锅中沸水浴挥干溶剂，然后分别
加入新制的5%香草醛-冰乙酸0.40 mL和高氯酸
1.0 mL，利用涡流混合器迅速混匀后将试管置于60 ℃
水浴中加热15 min，取出流水冷却至室温，加5.0 mL
冰醋酸，迅速混匀溶液，静置15 min，在547 nm处测
定吸光值，根据标准曲线计算平卧菊三七三萜的提
取得率，计算公式如下：
三萜得率（%）= 提取的三萜质量
平卧菊三七粉末质量
×100
1.2.3 单因素实验设计 以平卧菊三七三萜提取得
率为指标，在固定其他实验条件的情况下，分别考察
乙醇浓度、微波时间、微波功率、提取温度和料液比
对三萜提取得率的影响。
1.2.3.1 乙醇浓度对平卧菊三七三萜提取得率的影
响 按1.2.2的操作方法，在微波时间8 min，微波功
率600 W，提取温度60 ℃，料液比1∶30 g/mL的条件下，
分别考察乙醇浓度为50%、60%、70%、80%、90%、
95%对平卧菊三七三萜提取得率的影响。
1.2.3.2 微波时间对平卧菊三七三萜提取得率的影
响 按1.2.2的操作方法，在乙醇浓度90%，微波功率
600 W，提取温度60 ℃，料液比1∶30 g/mL的条件下，
分别考察微波时间为2、4、6、8、10、12 min对平卧菊
三七三萜提取得率的影响。
1.2.3.3 微波功率对平卧菊三七三萜提取得率的影
响 按1.2.2的操作方法，在乙醇浓度90%，微波时间
8 min，提取温度60 ℃，料液比1∶30 g/mL的条件下，分
别考察微波功率为300、400、500、600、700、800 W对
平卧菊三七三萜提取得率的影响。
1.2.3.4 提取温度对平卧菊三七三萜提取得率的影
响 按1.2.2的操作方法，在乙醇浓度90%，微波时间
8 min，微波功率600 W，料液比1∶30 g/mL的条件下，
分别考察提取温度为30、40、50、60、70、80 ℃对平卧
菊三七三萜提取得率的影响。
1.2.3.5 料液比对平卧菊三七三萜提取得率的影响
按1.2.2的操作方法，在乙醇浓度90%，微波时间8 min，
微波功率600 W，提取温度60 ℃的条件下，分别考察
料液比为1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40、1∶45 g/mL对平
卧菊三七三萜提取得率的影响。
1.2.4 响应面法优化平卧菊三七三萜提取实验 在
单因素实验的基础上优化实验条件，选择微波时间、
提取温度和料液比为自变量，运用Design Expert 6.0.1
软件按照Box-Behnken设计方法进行3因素3水平的
响应曲面法分析，并对数据进行多项式回归分析，建
立二次响应回归模型，拟合二次回归方程，得到微
波辅助提取三萜的最佳工艺参数。实验设计方案见
表1。
1.3 数据处理
单因素中均取3次平行实验的平均值进行分析
作图，采用OriginPro 8.5软件作图；响应面优化实验
的数据用Design-expert 6.0.1软件分析处理。
2 结果与分析
2.1 标准曲线
齐墩果酸标准溶液中齐墩果酸的质量与吸光度
拟合的回归方程：A=0.0083m+0.0057，R2=0.9993。结
果表明，齐墩果酸在质量为0.015～0.105 mg时与其吸
光度线性关系良好。
2.2 单因素实验结果分析
2.2.1 乙醇浓度对平卧菊三七三萜提取得率的影响
由图1可知，随着乙醇浓度的升高，三萜的提取得
率逐渐增加后降低，当90%时，三萜得率最高，根据
极性的相似相容原理，表明在90%的乙醇溶液极性
是最适合提取，且提取效果最好。
2.2.2 微波时间对平卧菊三七三萜提取得率的影响
由图2可知，在微波时间2~8 min间，随着微波时
因素
编码水平
-1 0 1
X1微波时间（min） 6 8 10
X2提取温度（℃） 50 60 70
X3料液比（g/mL） 1∶25 1∶30 1∶35
表1 响应曲面法实验因素水平编码表
Table 1 Factors and levels of the response surface methodology
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图1 乙醇浓度对平卧菊三七三萜提取得率的影响
Fig.1 Effect of ethanol concentration on the yield of triterpenoids
from Gynura procumbens
乙醇浓度（%）
40 50 60 70 80 90 100
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
三
萜
得
率
（
%）
图2 微波时间对平卧菊三七三萜提取得率的影响
Fig.2 Effect of microwave time on the yield of triterpenoids
from Gynura procumbens
微波时间（min）
0 2 4 6 8 10 12 14
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
三
萜
得
率
（
%）
间的延长三萜的提取得率增大；在8 min后，提取
得率迅速下降。原因可能是当微波时间过长时，会
造成三萜结构的破坏或者是其活性成分的损失因而
造成三萜得率的下降 [16]，因此选取的最佳微波时间
8 min。
2.2.3 微波功率对平卧菊三七三萜提取得率的影响
由图3可知，随着微波功率的升高，三萜的提取得
率逐渐提高，当微波功率大于600 W后其上升的幅度
较小，从提取效果和后续处理能耗等方面考虑，选取
微波功率600 W为宜。
2.2.4 提取温度对平卧菊三七三萜提取得率的影响
由图4可知，不同的提取温度对三萜提取得率的影
响不同，三萜的提取得率随着温度的升高先增大后
减小，当温度为60 ℃时提取得率最大。所以提取温度
为60 ℃提取效果最好。
2.2.5 料液比对平卧菊三七三萜提取得率的影响
由图5可知，三萜的提取得率随着料液比的增大呈现
先增大后减小的趋势，在1∶30 g/mL时达到最大值，这
主要是因为在一定范围内当溶液体积增大时，三萜
溶解的更多。但是当溶剂含量过大时，溶剂对微波的
能量吸收增加，导致细胞液对微波能量的吸收减少，
造成细胞破壁不完全，细胞内容物质不能充分溶出，
从而使其含量出现下降趋势。
2.3 响应面法优化实验结果
2.3.1 建立模型 在单因素实验结果的基础上，根
据Box-Behnken组合设计原理，以三萜提取得率为响
应值（Y），利用Design Expert 6.0.1软件设计了3因素3
水平的响应面实验，对三萜的提取条件进行优化，共
进行17个实验点，其中包含12个析因点和5个零点实
验，12个析因点实验用以考察微波时间、提取温度、
料液比3个因素对微波提取三萜含量的影响是否显
著，5次零点实验用作误差估计。实验设计和结果见
表2。
2.3.2 方差分析与显著性检验 利用软件对实验结
果进行二次多项式回归拟合，对表2的数据进行方差
分析后得到模型的二次多项式回归方程如下：
Y=2.06+0.12X1-0.16X2+0.13X3-0.18X12-0.31X22-
0.12X32+0.040X1X2-0.013X1X3-0.020X2X3
图3 微波功率对平卧菊三七三萜提取得率的影响
Fig.3 Effect of microwave power on the yield of triterpenoids
from Gynura procumbens
微波功率（W）
200 300 400 500 600 700 800 900
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
三
萜
得
率
（
%）
图4 提取温度对平卧菊三七三萜提取得率的影响
Fig.4 Effect of extraction temperature on the yield of
triterpenoids from Gynura procumbens
提取温度（℃）
20 30 40 50 60 70 80 90
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
三
萜
得
率
（
%）
图5 料液比对平卧菊三七三萜提取得率的影响
Fig.5 Effect of different soild-liquid ratio on the yield of
triterpenoids from Gynura procumbens
料液比（g/mL）
1∶20 1∶25 1∶30 1∶35 1∶40 1∶45 1∶50
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
三
萜
得
率
（
%）
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实验号 X1 X2 X3 得率（%） 预测值（%）
1 6 50 30 1.69 1.65
2 10 50 30 1.78 1.81
3 6 70 30 1.28 1.25
4 10 70 30 1.53 1.57
5 6 60 25 1.47 1.51
6 10 60 25 1.79 1.77
7 6 60 35 1.77 1.79
8 10 60 35 2.04 2.00
9 8 50 25 1.65 1.65
10 8 70 25 1.38 1.37
11 8 50 35 1.93 1.94
12 8 70 35 1.58 1.58
13 8 60 30 2.00 2.06
14 8 60 30 2.06 2.06
15 8 60 30 2.14 2.06
16 8 60 30 2.07 2.06
17 8 60 30 2.05 2.06
表2 响应面实验设计方案与结果
Table 2 Test design and results of RSM
来源 自由度 平方和 均方 F值 p值 显著性
模型 9 1.12 0.12 46.41 ＜0.0001 **
X1 1 0.11 0.11 40.37 0.0004 **
X2 1 0.20 0.20 76.48 ＜0.0001 **
X3 1 0.13 0.13 49.52 0.0002 **
X12 1 0.14 0.14 51.37 0.0002 **
X22 1 0.41 0.41 154.29 ＜0.0001 **
X32 1 0.056 0.056 21.07 0.0025 **
X1X2 1 6.40×103 6.40×103 2.39 0.1660
X1X3 1 6.25×104 6.25×104 0.23 0.6438
X2X3 1 1.60×103 1.60×103 0.60 0.4648
残差 7 0.019 2.68×103
失拟项 3 8.62×103 2.87×103 1.14 0.4351
纯误差 4 0.010 2.53×103
总差 16 1.14
表3 方差分析与显著性检验
Table 3 The variance analysis and significance test
注：*，影响显著（p＜0.05）；**，影响极显著（p＜0.01）；R2=0.9835；
R2Adj=0.9623。
从表3回归方差分析结果表明，响应面的回归模
型极显著（p＜0.0001）；模型的失拟项不显著（p=
0.4351＞0.05），说明该模型对本实验拟合较好。从表3
还可以看出因素一次项X1、X2、X3和二次项X12、X22、X32
即微波时间、提取温度和料液比对实验结果的影响
极显著（p＜0.05），而各因素交互项X1X2、X1X3、X2X3对
实验结果的影响不显著（p＞0.05），即微波时间、提取
温度和料液比之间交互作用不显著。
2.3.3 响应面分析与优化 根据回归方程绘制响应
曲面图和等高线图，分析微波时间、提取温度和料液
比等因素及其交互作用对微波辅助提取三萜得率的
影响。结果见图6~图8。
通过响应面的坡度陡峭程度和等高线图椭圆形
状可以直观反映出两个因素交互作用的强弱程度，
如果响应面坡度相对平缓说明因素间的交互效应
弱，即当实验条件改变时其对响应值影响不大；反
之，如果响应面坡度非常陡峭说明因素间的交互作
用强，即当实验条件有变异时响应值会差异较大。等
高线呈椭圆形表示两个因素交互作用显著，而等高
线接近圆形表示交互作用不显著。故由图6~图8可
知，微波时间和提取温度、微波时间和料液比以及提
取温度和料液比的交互作用都不显著，与上述方差
分析和显著性检验相符。
2.3.4 验证实验 通过Design Expert 6.0.1软件对优
化后的回归方程分析，在各个实验因素水平范围内微
图6 三萜提取得率=f（X1，X2）响应曲面图（X3=1∶30 g/mL）
Fig.6 The yield of triterpenoids in Gynura procumbens=f（X1，X2）
response surface plot（X3=1∶30 g/mL）
2.10
三
萜
得
率
（
%）
50.00X2：提取温度（℃） 6.00
1.89
1.68
1.47
1.25
55.00
65.00
60.00
70.00
7.00
8.00
9.00
10.00
X1：微波时间（min）
图7 三萜提取得率=f（X1，X3）响应曲面图（X2=60 ℃）
Fig.7 The yield of triterpenoids in Gynura procumbens=f（X1，X3）
tesponse surface plot（X2=60 ℃）
2.12
三
萜
得
率
（
%）
1∶25.00X3：料液比（g/mL） 6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
X1：微波时间（min）
1.96
1.81
1.66
1.51
1∶27.50
1∶32.50
1∶35.00
1∶30.00
图8 三萜提取得率=f（X2，X3）响应曲面图及等高线图（X1=8 min）
Fig.8 The yield of triterpenoids in Gynura procumbens=f（X2，X3）
response surface plot（X1=8 min）
2.12
三
萜
得
率
（
%）
1∶25.00X3：料液比（g/mL） 50.00 X2：提取温度（℃）
1.93
1.74
1.56
1.37
1∶27.50
1∶32.50
1∶35.00
1∶30.00
55.00
65.00
60.00
70.00
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2016年第02期
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结果虽然表明皂土的澄清效果最好，所得澄清酒的
透光率可高达97.03%，但不同澄清剂发挥作用的机
理并不相同，从充分利用不同澄清剂的作用效能的
角度来看，仍需进行多种澄清剂复合澄清工艺优化
的研究，进一步提升发酵果酒的澄清效果。
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波辅助提取三萜的最佳参数为：微波时间8.59 min、
提取温度57.64 ℃、料液比1∶32.78 g/mL，在此最佳工
艺条件下平卧菊三七三萜的最大提取得率为2.14%。
为了验证回归模型的有效性，结合实验所得的
最佳工艺条件和实际操作的可行性，选择在微波时
间8.6 min，提取温度57.7 ℃，料液比1∶33 g/mL的条件
下，进行3次重复验证性实验，分别是2.13%、2.12%、
2.14%，实际平均得率为2.13%，与预测值2.14%较接
近。结果表明该模型是合理有效的，微波辅助提取有
效的对三萜提取工艺进行了优化。
3 结论
本文在单因素实验结果的基础上以三萜的提取
得率为衡量指标，采用响应面分析法研究微波辅助
提取三萜的工艺参数，得到最佳工艺条件为微波时
间8.6 min，提取温度57.7 ℃，料液比1∶33 g/mL，在此
条件下平卧菊三七三萜的平均提取率为2.13%。
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（上接第290页）
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