全 文 ：粮食与油脂
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响应面法优化提取宽叶独行菜中绿原酸工艺研究
葛　爽 1，陈　彤 2，徐传远 2
（1. 华北理工大学基础医学院，　河北唐山　063000；
2. 华北理工大学生命科学学院，　河北唐山　063000）
摘　要：为优化超声波法提取宽叶独行菜中绿原酸的工艺条件，通过单因素试验对乙醇浓度、材料
粒度、液料比及超声功率等工艺参数进行研究，并通过响应面法优化提取工艺，建立了宽叶独行菜
绿原酸提取得率的多元二次回归方程。结果表明，宽叶独行菜中绿原酸提取的最优参数为乙醇浓
度 80%、材料粒度 100目、液料比 50∶1 （mL/g），超声功率 225 W，在此实验条件下，绿原酸得率的
理论值为 0.795%，实际验证值为 0.782%。
关键词：宽叶独行菜；绿原酸；响应面法；超声辅助
Optimization of extraction for chlorogenic acid from Lepidium
latifolium by response surface methodology
GE Shuang1，CHEN Tong2，XU Chuan-yuan2
（1. School of Basic Medical Sciences，North China University of Science and Technology，
Tangshan 063000，Hebei，China；
2. College of Life Sciences，North China University of Science and Technology，Tangshan 063000，
Hebei，China）
Abstract：Using the extraction yield as the assessment index，the extraction technology of chlorogenic
acid from Lepidium latifolium was optimized，through single factor experiments of ethanol
concentration，material mesh，liquid–to–solid ratio and ultrasonic power. With response surface
methodology，a quadratic regression model was established to optimize the extraction procedure. The
results showed that the optimum extraction conditions were as follows；ethanol concentration of 80%，
material mesh of 100，liquid–to–solid ratio of 50∶1（mL/g） and ultrasonic power of 225 W. Under
such conditions，the predicted and experimental values of chlorogenic acid from Lepidium latifolium
were 0.795% and 0.782%，respectively.
Key words： Lepidium latifolium L.；chlorogenic acid；response surface methodology；ultrasonic–
assisted
中图分类号：TS201.2 文献标识码：A 文章编号：1008―9578（2016）05―0082―04
收稿日期：2015–07–09
基金项目：国家自然科学基金项目（31301355）
通信作者：徐传远（1978― ），男，副教授，博士，研究方向：油菜分子细胞遗传研究。
宽叶独行菜（Lepidium latfolium L）又名大辣、止
痢草，属十字花科多年生草本植物，广泛分布于我国
的华北、西北、西藏等地，其分布特点显示它对干旱、
盐渍、低温与高温环境有很强的适应能力，因此研究
它对于逆境的广谱适应机制具有重要科学意义〔1〕。
宽叶独行菜具有一定的药用价值，其全草入药具有清
热燥湿，治疗菌痢及胃肠炎的功效〔2〕。此外，宽叶独
行菜的化学成分分析显示其蛋白质含量较高，故可作
为青饲料饲喂家畜，也有部分地区将其作为野菜食
用〔3〕。所以，宽叶独行菜是一种极具研究和开发价值
的资源植物。
绿原酸（Chlorogenic acid）是植物在有氧呼吸过
程中产生的苯丙素类化合物〔4〕，具有利胆、抗菌、降
压、增高白血球及兴奋中枢神经系统、抗肿瘤、清除自
由基等作用〔5–6〕，是众多药材的有效成分，并成为某些
中药制剂质量控制的重要指标〔7〕。除药用作用外，绿
原酸还可用作抗氧化剂应用于食品工业〔8〕。绿原酸在
植物中广泛存在，但含量高的植物并不多，高浓度绿
原酸的价格昂贵，是目前国际公认的“植物黄金”〔9〕。
目前国外多从咖啡豆中提取绿原酸，而国内主要以金
银花或杜仲为提取原料〔10〕。本试验主要研究超声波
法提取宽叶独行菜中绿原酸的工艺，为今后宽叶独行
菜中的综合利用提供参考。
1　材料与方法
1.1　材料与试剂
宽叶独行菜：采自唐山地区；
无水乙醇（分析纯）：山东利尔康医疗科技股份有
限公司；
绿 原 酸 标 准 品：中 国 国 药 集 团 化 学 试 剂 有 限
公司。
1.2　主要仪器
SHB–III 循环水式多用真空泵：郑州长城科工贸
有限公司；752 型紫外可见分光光度计：上海光谱仪
器有限公司；KQ–250DE 型数控超声波清洗器：昆山
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市超声仪器有限公司；DHG–9070A 电热鼓风干燥箱：
中仪国科科技有限公司；FA1204B 电子天平：上海精
科天美科学仪器有限公司；不锈钢分选筛：浙江上虞
市华丰五金仪器有限公司。
1.3　实验方法
1.3.1　绿原酸标准曲线的绘制
用天平准确称取绿原酸标准品 2.0 mg 于 25 mL
容量瓶中，用 70% 乙醇溶解、定容，准确吸取上述溶液
0.0、1.0、2.0、3.0、4.0 mL 于 25 mL 容量瓶中并用相应
浓度的乙醇溶液定容。在紫外分光光度计中扫描绿原
酸的最大吸收波长，作光吸收曲线，在最大波长下测
定上述不同浓度绿原酸溶液的吸光度值。以绿原酸
浓度为横坐标，吸光度为纵坐标绘制绿原酸的标准曲
线，得到其线性回归方程。
1.3.2　宽叶独行菜绿原酸的提取
1.3.2.1　绿原酸提取工艺
将宽叶独行菜洗净，沥干水分后放入托盘中，在
55~60 ℃的条件下干燥 24 h 左右至脆，经植物粉碎
机粉碎后过筛（20~160 目），干燥备用。
准确称取宽叶独行菜粉末 0.5 g，按照一定的液料
比与相应浓度的乙醇溶液混合，并用保鲜膜封口，将
溶液混匀后置于超声波清洗器中进行超声辅助提取，
提取完成后将溶液取出、冷却，用循环水式多用真空
泵进行抽滤，得滤液，测量并记录滤液体积。
1.3.2.2　绿原酸提取得率的测定
准确吸取绿原酸提取液 0.1 mL，用相应浓度的乙
醇溶液稀释 50 倍，使用紫外分光光度计在绿原酸的
最大吸收波长处测定其吸光度。根据绿原酸标准品的
线性回归方程即可得到吸光度所对应的绿原酸浓度。
本实验中关于绿原酸的提取得率的计算如下：
绿原酸提取得率=
绿原酸浓度×稀释倍数×提取液体积
实验样品质量
×100%
式中：绿原酸浓度，μg/mL；稀释倍数，50；提取
液体积，mL；试验样品质量，0.5 g。
1.3.3　单因素试验设计
以绿原酸提取得率为指标，准确称取宽叶独行菜
粉末 0.5 g，选取乙醇浓度、液料比、材料粒度及超声功
率等作为影响绿原酸超声提取的单因素进行试验，每
组试验重复三次，结果取平均值。
1.3.4　响应面试验设计
在单因素试验的基础上，对影响提取得率的 4 个
主要因素，即提取剂乙醇的浓度、液料比、材料粒度及
超声功率，采用 Box–Behnken 设计方案进行响应面分
析。每个因素取高中低三个水平，分别以 1、0、–1 编
码表示，使用软件 Design–Expert 8.0.6.1 进行数据分
析，建立数学模型，进而确定超声辅助提取宽叶独行
菜中绿原酸的最佳工艺参数。试验自变量因素编码及
水平设计见表 1。
表 1　试验因素与水平
因素
水平
-1 0 1
A 乙醇浓度 /% 60 70 80
B 材料粒度 / 目 100 120 140
C 液料比 /（mL/g） 30∶1 40∶1 50∶1
D 功率 /W 175 200 225
2　结果与分析
2.1　绿原酸标准曲线图
经测定，绿原酸的最大吸收波长为 329 nm，用紫
外分光光度计在波长 329 nm 处测定溶液的吸光度，并
以绿原酸浓度为横坐标，吸光度为纵坐标绘制标准曲
线（图 1），并得到线性回归方程：Y=0.062 7x–0.001 6，
R2=0.997 4。
图 1　绿原酸标准曲线图
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
3.2 6.4 9.6 12.8 16㐫࣋䚤≿Ꮢ  ®HN-
।ٵ
Ꮢ
R

2.2　单因素试验结果
2.2.1　乙醇浓度对宽叶独行菜绿原酸提取得率的影响
乙醇浓度 30%、40%、50%、60%、70%、80%、
90%，材料粒度 80 目，液料比 10：1，超声功率 250 W，
考察乙醇浓度对宽叶独行菜绿原酸提取得率的影响，
结果如图 2 所示。
图 2　乙醇浓度对绿原酸提取得率的影响
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
30 40 50 60 70 80 90΅䚳≿Ꮢ 
㐫࣋
䚤᣼
ंᓃ
⢳

由图 2 可以看出，当乙醇浓度在 30%~70% 之间，
绿原酸的提取得率随乙醇浓度的增大而增大，当乙醇
浓度为 70% 时，提取得率达到最大值 0.47%，这可能
是因为绿原酸易溶于乙醇，乙醇的体积分数越大越有
利于宽叶独行菜中绿原酸的提取〔11〕。当乙醇浓度超
过 70% 时，绿原酸的提取得率逐步降低，这可能与溶
剂的介电性能和极性有关。故选择 70% 的乙醇溶液
作为提取溶剂。
2.2.2　材料粒度对宽叶独行菜绿原酸提取得率的影响
乙 醇 浓 度 70%，材 料 粒 度 40、60、80、100、120、
140、160 目，料液比 10∶1（mL/g），超声功率 250 W，
考察材料粒度对宽叶独行菜绿原酸提取得率的影响，
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结果如图 3 所示。
图 3　材料粒度对绿原酸提取得率的影响
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
40 60 80 100 120 140 160ᱼ᫅ㆾᏒ Ⱊ
㐫࣋
䚤᣼
ंᓃ
⢳

由图 3 可知，材料粒度为 120 目时具有最高的绿
原酸提取得率，这可能是因为目数过小时，材料颗粒
较大，细胞不易破碎，绿原酸不易溶出；而目数过大时
材料具有较强的表面吸附作用，也限制了绿原酸的进
一步溶出，所以最佳的提取粒度为 120 目。
2.2.3　液料比对宽叶独行菜绿原酸提取得率的影响
乙醇浓度 70%，材料粒度 120 目，液料比 10∶1、
20∶1、30∶1、40∶1、50∶1、60∶1、70∶1（mL/g），超 声 功
率 250 W，考察液料比对宽叶独行菜绿原酸提取得率
的影响，结果如图 4 所示。由图 4 可以看出，随着液
料比从 10∶1（mL/g）增加到 40∶1（mL/g），绿原酸的
提取得率逐步增加，并在 40∶1（mL/g）处达到最大提
取得率 0.67%；当液料比超过 40∶1（mL/g）时提取得
率逐步下降，故液料比选择 40∶1（mL/g）为宜。
图 4　液料比对绿原酸提取得率的影响
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
10 20 30 40 50 60 70⋞᫅℀  N-H
㐫࣋
䚤᣼
ंᓃ
⢳

2.2.4　超声功率对宽叶独行菜提取得率的影响
乙醇浓度70%，材料粒度120目，液料比40∶1（mL/g），
超声功率 150、175、200、225、250W，考察超声功率对
绿原酸提取得率的影响，其结果如图 5 所示。
图 5　超声功率对绿原酸提取得率的影响
0.60
0.62
0.64
0.66
0.00
0.70
150 175 200 225 250䊱ผߋ⢳ 8
㐫࣋
䚤᣼
ंᓃ
⢳

由图 5 可知，当超声功率为 200 W 时，提取得率
为最高值 0.698%，故超声功率选择 200 W 为宜。
2.3　宽叶独行菜绿原酸提取工艺的响应面优化
2.3.1　回归模型的建立及方差分析
综合单因素试验结果和试验变量的因素水平设
计（表 1），利用 Design–Expert 8.0.6.1 软件对表 2 的数
据进行多元回归拟合，并通过逐步回归法去掉不显著
项，得到回归模型，其多元回归方程为：
Y=0.56+0.078A+9.058E–0.03B+0.17C+0.013D+
0.073AC–0.040BD–0.026A2–0.099C2
由 表 3 的 方 差 分 析 结 果 可 知，该 回 归 模 型 ρ
＜0.000 1，表现为极显著，说明提取得率（Y）与回归
方程中各因素的关系极显著；失拟项 ρ=0.878 6，表现
为不显著，说明方程与实际拟合中非正常误差所占比
例小，这就说明该回归模型的拟合情况较好，可以用
来分析并预测宽叶独行菜绿原酸的最佳提取工艺条
件。结合表中的 F 值和 ρ 可知，各单因素对绿原酸提
取得率的影响顺序为 C＞A＞D＞B，即液料比＞乙醇
浓度＞超声功率＞材料粒度，其中料液比和乙醇浓度
的影响均为极显著；二次项中 C2＞A2，且 C2 的影响
表现为极显著；回归模型中的交互项 AC、BD 也存在
一定的相互作用，AC 的交互作用表现为极显著。
2.3.2　响应面分析
为研究试验因素之间的交互作用强度以及确定
各因素的最佳水平范围，结合拟合回归方程，利用
Design–Expert 8.0.6.1 软件做出了交互项的响应面图，
以考察其对提取得率的影响。
2.3.2.1　乙醇浓度与液料比
乙醇浓度与液料比的交互作用响应面如图 6 所
示，随着乙醇浓度的增加提取得率逐渐变大，随着液
料比的增大提取得率也是不断升高，而且液料比的影
响略大于乙醇浓度。除此之外，乙醇浓度和液料比之
间的交互作用相对较为明显，在弓形曲面的最高点
处，绿原酸的提取得率达到最大值，此时的乙醇浓度
约为 80% 左右，液料比约为 50∶1（mL/g）。
表 2　响应面实验设计及结果
实验号 因素 Y
/%A B C D
1 1 –1 0 0 0.571 1
2 –1 1 0 0 0.461 8
3 0 –1 1 0 0.594 0
4 –1 0 1 0 0.264 6
5 0 0 0 0 0.612 5
6 0 1 0 1 0.547 5
7 –1 0 0 1 0.470 5
8 0 –1 0 –1 0.479 4
9 1 0 0 –1 0.584 9
10 –1 –1 0 0 0.410 4
11 1 0 0 1 0.596 0
12 –1 0 0 –1 0.429 0
13 0 0 –1 –1 0.272 8
14 0 –1 –1 0 0.288 4
15 0 1 0 –1 0.549 1
16 0 0 –1 1 0.300 8
17 0 0 1 –1 0.645 7
18 0 0 0 0 0.535 9
19 0 1 –1 0 0.280 4
20 1 1 0 0 0.631 6
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21 0 0 0 0 0.656 4
22 0 –1 0 1 0.636 2
23 1 0 –1 0 0.281 6
24 1 0 1 0 0.795 0
25 0 0 0 0 0.550 3
26 –1 0 1 0 0.484 1
27 0 0 1 1 0.571 6
28 0 1 1 0 0.617 8
29 0 0 0 0 0.550 5
表 3　回归模型的方差分析结果
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 Pr＞F 显著性
模型 0.510 8 0.064 42.44 ＜0.000 1 **
A 0.074 1 0.074 48.64 ＜0.000 1 **
B 0.001 1 0.0014 0.65 0.429 4
C 0.340 1 0.340 224.62 ＜0.000 1 **
D 0.002 1 0.002 1.44 0.244 2
AC 0.022 1 0.022 14.27 0.0012 **
BD 0.006 1 0.006 4.15 0.055 2
A2 0.004 1 0.004 3.18 0.089 9
C2 0.068 1 0.068 45.03 ＜0.000 1 **
残差 0.030 20 0.002
失拟项 0.020 16 0.001 0.46 0.878 6
纯误差 0.011 4 0.003
总计 0.540 28
图 6　乙醇浓度（A）和液料比（C）
对绿原酸提取得率影响的响应面图
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
50.00 80.00
45.00 75.0040.00 70.0035.00 65.00
30.00 60.00$喝⋞᫅℀喋N-H喌 喝΅䚳≿Ꮢ 
㐫࣋
䚤᣼
ंᓃ
⢳

2.3.2.2　材料粒度与超声功率
图 7　材料粒度（B）和超声功率（D）
对绿原酸提取得率影响的响应面图
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
225.00
215.00
205.00195.00
185.00175.00 100.00
108.00
116.00
124.00
132.00
140.00
%喝䊱ผߋ⢳ 8 #喝ㆾᏒ Ⱊ
㐫࣋
䚤᣼
ंᓃ
⢳

材料粒度与超声功率的交互作用响应面图如图 7
所示，可以看出随着超声功率的增大提取得率略有提
高，材料粒度对提取得率的影响并不明显，而且图中
的曲面相对平缓，这说明材料粒度与超声功率之间的
交互作用较弱。
2.3.3　工艺参数优化与验证
通过软件的优化分析，可以得到宽叶独行菜绿原
酸提取的最佳工艺条件为乙醇浓度 80%、材料粒度
100 目、液料比 50∶1（g/mL），超声功率 225 W，在此
条件下宽叶独行菜绿原酸提取得率为 0.795%。为了
检验响应面法的可靠性，在上述最佳工艺条件下进行
超声辅助提取宽叶独行菜中绿原酸的实验，重复测定
3 次，实际得到的绿原酸提取得率为 0.782%，与预测
值基本吻合。
3　结论
本研究采用超声辅助法提取宽叶独行菜绿原酸，
通过单因素试验考察了乙醇浓度、材料粒度、液料比
及超声功率的影响，并通过响应面分析法对工艺参数
进行优化，得到最佳提取条件为乙醇浓度 80%、材料
粒度 100 目、液料比 50∶1（mL/g），超声功率 225 W，
在此条件下宽叶独行菜绿原酸提取得率的预测值为
0.795%，实际验证值为 0.782%，高于单因素试验中提
取得率的最高值 0.698%，优化效果明显。
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