全 文 ：收稿日期:2010-05-13
作者简介:张秀秀(1984-), 女 , 山西人 , 硕士 , 从事植物中
活性成分的研究。 E-mail:zxx20083344@ 163.
com
＊通讯作者:邰源临 ,从事植物开发方面的研究。
doi:10.3969/j.issn.1006-9690.2011.02.007
响应面法优化蕤核叶片总黄酮提取工艺
张秀秀1 ,魏学智 1 ,张　强 1 ,徐建国2 ,邰源临 3＊
(1.山西师范大学生命科学学院 , 山西 临汾 041000;2.山西师范大学工程学院 ,山西 临汾 041000;
3.水利部水土保持植物开发管理中心 ,北京 100083)
摘　要　采用超声波辅助提取的方法从蕤核叶片中提取总黄酮。利用响应面法(RSM法)研究了超声提取时间 、
乙醇浓度 、液固比 、提取温度等因素对总黄酮得率的影响 , 确定了超声波辅助提取蕤核叶片总黄酮的最佳工艺参
数。结果表明 , 超声波辅助提取蕤核叶片总黄酮的最佳工艺条件为:超声时间 50.1 min, 乙醇浓度 59.5%, 液料比
24.9∶1,提取温度 72.8℃。在此条件下总黄酮得率为 1.151 mg· g-1。
关键词　蕤核;总黄酮;响应面法;提取工艺;超声波
中图分类号:S682.2　　　文献标识码:A　　　文章编号:1006-9690(2011)02-0027-05
OptimizationofExtractingTotalFlavonoidsfromPrinsepiaunifloraBatal.
UsingResponseSurfaceMethodology
ZhangXiuxiu1 , WeiXuezhi1 , ZhangQiang1 , XuJianguo2 , TaiYuanlin3
(1.SchoolofLifeScience, ShanxiNormalUniversity, Linfen041000, China;2.ProjectAcademy,
ShanxiNormalUniversity, Linfen041000, China;3.PlantDevelopmentCenterforSoilandWaterCon-
servation, MinistryofWaterResources, Beijing100083, China)
Abstract　TotalflavonoidswereextractedfromPrinsepiaunifloraBatal.leavesbyusingultrasonicmeth-
od.Ultrasonictime, ethanolconcentration, liquid-solidratioandextractiontemperaturewereselectedas
influencingfactorsduringextraction, andtheprotocolofextractingtotalflavoniodsfromPrinsepiauniflora
Batal.leaveswasoptimizedbyresponsesurfacemethodology.Theresultsshowedthattheoptimumextrac-
tionconditionswere:ultrasonictime50.1 min, ethanolconcentration59.5%, liquid-solidratio24.9∶1
andextractiontemperature72.8 ℃.Theextractionratewas1.151mg·g-1 undertheseconditions.
Keywords　PrinsepiaunifloraBatal.;totalflavonoids;responsesurfacemethodology;extractionproto-
col;ultrasound
　　蕤核(PrinsepiaunifloraBatal.)是蔷薇科扁核木
属 (PrinsepiaRoyle)植物 ,生长于 800 ～ 1 000 m的
向阳山坡 ,分布于山西 ,陕西 ,内蒙古 ,甘肃等地 [ 1] ,
是黄土高原地区的乡土植物。蕤核具有耐旱 、耐寒 、
耐贫瘠和保持水土的作用 ,是我国水土保护造林的
良好树种 。另外 ,蕤仁还具有疏风散热 、养肝明目的
药用价值 [ 2] 。长期以来 ,对扁核木属的研究主要集
中于引种栽培 [ 3-5] 、光合特性 [ 6]和蕤仁的药用研究
等方面。近期研究发现 ,蔷薇科扁核木属植物叶片
中含有含有熊果酸 、齐墩果酸等生物活性物质 ,这些
化合物对淋巴细胞变异有显著的抑制作用[ 7-8] 。黄
酮类物质作为一种生物活性物质 ,对人类的肿瘤 、衰
老 、心血管等疾病的预防和治疗具有重要意
义[ 9-11] ,因此对蕤核叶片中黄酮类物质提取工艺的
研究具有重要价值 。
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第 30卷第 2期
2011年 4月 　　　　　　　　　　　　　 中 国 野 生 植 物 资 源ChineseWildPlantResources　　　　　　　　　　 　Vol.30 No.2Apr.2011
本实验首次对蕤核叶片中的黄酮类物质进行提
取 ,就影响蕤核叶片总黄酮提取率的几个重要因素
作了系统研究。选取超声提取时间 、乙醇浓度 ,液固
比和提取温度做为影响因素 ,以总黄酮得率为响应
值 ,根据 Box-Benhnken中心组合设计实验 [ 12] 。运
用响应面法对提取工艺进行了优化 ,建立了超声波
辅助提取工艺的优化数学模型 ,并对该优化模型的
拟合效果进行了检验和验证 ,确定了蕤核叶片总黄
酮提取的最佳条件。
1　材料与方法
1.1　实验材料和仪器
蕤核叶片采自山西省临汾市龙祠村。烘干 ,粉
碎过 60目筛后备用 。芦丁标准品(国药集团化学
试剂有限公司),其余所用试剂均为分析纯 。
RE-52A型旋转蒸发仪 ,上海青浦沪西仪器
厂;SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵 ,郑州长城科工
贸有限公司;721型可见分光光度计 ,上海天普分析
仪器有限公司;101-3BS型电热鼓风干燥箱 ,金坛
市荣华仪器有限公司;KQ-500E超声波清洗器 ,昆
山市超声仪器有限公司。
1.2　实验方法
1.2.1　总黄酮含量的测定
参照总黄酮 [ 13]的测定方法。以吸光度值 A为
纵坐标 ,浓度 C(mg·L-1)为横坐标绘制标准曲线 ,
进行线性回归 ,求得其回归方程为:A=0.0113C+
0.0005 (R2 =0.9998)。
1.2.2　实验设计
(1)单因素实验
准确称取 1.0 g蕤核叶片粉末 ,放入 150 mL锥
形瓶中 ,在其他条件相同的情况下 ,采用不同超声提
取时间 、乙醇浓度 、液固比 、提取温度进行提取 、过
滤 、定容 ,计算总黄酮得率 ,逐个考察各提取条件对
提取效果的影响 。
(2)Box-Benhnken中心组合设计实验
根据单因素实验结果 ,以影响蕤核叶片总黄酮
得率的主要因素为输入变量 ,以总黄酮得率为指标 ,
进行 Box-Benhnken中心组合设计实验 。
2　结果与分析
2.1　蕤核叶片总黄酮超声波提取单因素实验
2.1.1　超声时间对蕤核叶片总黄酮得率的影响
在乙醇浓度 60%、液料比为 20∶1、提取温度为
70 ℃的条件下 ,不同超声时间对蕤核叶片总黄酮得
率的影响结果见图 1。
图 1　超声时间对总黄酮得率的影响
由图 1可知 ,超声 20 ～ 40 min内总黄酮得率随
着时间的增加呈上升趋势 ,这是因为随着时间的延
长 ,反应进行的比较完全 ,蕤核叶片中的黄酮成分不
断地溶出 ,使得得率上升 。但继续延长提取时间 ,黄
酮成分已基本溶出 ,使得总黄酮得率不升反降 ,表明
过长时间的提取无法增加总黄酮的得率 ,并且延长
提取时间还会增加能耗 。
2.1.2　乙醇浓度对蕤核叶片总黄酮得率的影响
图 2　不同乙醇浓度对总黄酮得率的影响
在液料比为 20∶1、超声时间 40 min、提取温度
为 70℃的条件下 ,不同乙醇浓度对蕤核叶片总黄酮
得率的影响结果见图 2。
由图 2可知 ,随着乙醇浓度的提高 ,蕤核叶片总黄
酮得率呈上升趋势 ,当乙醇浓度达到 60%时总黄酮得
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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　中 国 野 生 植 物 资 源　　　　　　　　　　　　　　　　第 30卷
率最大 ,之后随着浓度的增加 ,得率反而降低。乙醇浓
度过高时 ,一些醇溶性杂质 、亲脂性强的成分溶出量增
加 ,这些成分与蕤核黄酮竞争乙醇 -水分子结合 ,使溶
液黏度变大 ,增大了传递过程中溶剂的阻力 ,减缓了黄
酮向主体溶剂的扩散 ,减少了粉末表面与溶剂之间黄
酮的浓度差 ,从而导致黄酮提取得率的减少。
2.1.3　液料比对蕤核叶片总黄酮得率的影响
在乙醇浓度 60%、超声时间 40 min、提取温度
为 70 ℃的条件下 ,不同液料比对蕤核叶片总黄酮得
率的影响结果见图 3。
图 3　液料比对总黄酮提取率的影响
由图 3可知 ,当液料比小于 20∶1时 ,随着液料
比的增加 ,总黄酮的得率随之增加 ,在液料比为 20
∶1时达到峰值 ,这是因为随着溶剂倍数的增大 ,溶
剂与蕤核叶片粉末之间的接触面变大 ,从而有利于
促进蕤核叶片中黄酮成分的溶出 ,但过高的液料比
反而使总黄酮得率降低。
2.1.4　提取温度对蕤核叶片总黄酮得率的影响
在乙醇浓度 60%、超声时间 40 min、液料比为
20∶1的条件下 ,不同提取温度对蕤核叶片总黄酮得
率的影响结果见图 4。
图 4　提取温度对总黄酮得率的影响
从图 4可以看出 ,随着温度的升高 ,溶剂的粘度
减小 ,分子运动速度加快 ,提取液的扩散系数增加 ,
促使提取速度加快 。总黄酮的提取率随温度的升高
而增加 ,当温度达到 70 ℃时 ,温度再增加 ,提取率增
加较小 ,考虑到温度高于乙醇沸点易挥发 ,因此提取
温度范围选择 60 ℃ ～ 80 ℃之间为宜。
2.2　超声波辅助提取工艺优化模型的建立
表 1　实验因素和水平编码值
水平 A时间 /min B乙醇浓度 /% C液料比 D温度 /℃
-1 20 50 10∶1 60
0 40 60 20∶1 70
1 60 70 30∶1 80
　　在单因素实验的基础上 ,根据 Box-Behnken中
心组合原理设计了 4因素 3水平的响应面法实验 ,
实验因素及水平编码见表 1。
由 DesignExpert7.1.6的试验设计功能可知 ,
Box-Behnken中心组合实验包括 29个试验点 ,分
为两类:其一是因析点 ,自变量取值在 A、B、C、D、所
构成的三维定点 ,共有 24个因析点;其二是零点 ,为
区域中心点 ,零点试验重复 5次用来估计实验误差。
由方差分析可知:回归的失拟性检验 P>0.05,
差异不显著 ,可以认为所选用的二次回归模型是适
当的;回归方程的显著性检验 P<0.001,极显著 ,说
明模型的预测值与实际值非常吻合 ,模型成立。对
回归系数显著性检验 ,在 α=0.05显著水平剔除不
显著项 , 得到的优化后的方程为:Y=0.130 +
0.051A+0.027B+0.030C-0.033AB+0.033AC+
0.034AD-0.078BD-0.078A2 -0.106B2 -0.048C2
-0.038D2。
各因素的 F值可以反映出各个因素对实验指
标的重要性 , F值越大 ,表明对实验指标的影响越
大 ,即重要性越大。实验可得 ,影响蕤核叶片总黄酮
得率顺序为:A(超声波提取时间)>C(液料比)
>B(乙醇浓度)>D(提取温度)。
由方差分析可知 , AB, AC, AD和 BD之间存在
交互作用 ,因此剔除不显著项后的回归方程中 ,固定
两个因素在零水平上 ,研究另两个因素间的交互作
用。分析结果见图 5 ～ 7。
由图 5 ～ 7可知 ,随着超声时间 A和乙醇浓度 B
的增加 ,蕤核叶片中总黄酮的提取率呈上升趋势 ,达
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第 2期　　　　　　　　　　　　　张秀秀 ,等:响应面法优化蕤核叶片总黄酮提取工艺　　　　　　　　　　　　　
到一定程度时 ,总黄酮的提取率最大;但当超声时间
和乙醇浓度继续增加时 ,提取率开始下降 。因此只
有它们取值适中时 ,才能获得最高的总黄酮提取率 。
超声时间 A与液料比 C具有正相关的协同作用 ,交
互作用可以获得更高的总黄酮提取率 ,但二者增大
到一定值时 ,提取率增加的不明显 。超声时间 A与
提取温度 D的交互作用表明 ,提取温度和提取时间
在零水平以下时 ,提取率随着水平的增加而明显增
加;当二者在零水平以上时 ,提取率随水平的增加而
下降 ,原因是高温长时间对提取率并没有太大的促
进 ,反而会影响提取效果 。因此 ,只有当提取时间 、
乙醇浓度 、料液比 、提取温度合理搭配时才能获得更
好的提取效果。
图 5　超声时间和乙醇浓度对总黄酮提取率的
交互作用分析
图 6　超声时间和液料比对总黄酮提取率的
交互作用分析
图 7　超声时间和提取温度对总黄酮提取率的
交互作用分析
通过回归模型预测 ,可以得到蕤核叶片总黄酮提取
的最佳工艺条件为 ,超声时间 50.1 min,乙醇浓度
59.5%,液料比 24.9∶1和提取温度 72.8 ℃。在此
条件下 ,模型预测总黄酮得率可以达到 1.149 mg·
g-1。
取 2.000g蕤核叶片样品 ,在以上最佳条件下
提取 ,重复 3次取平均值 ,测得蕤核叶片总黄酮得率
为 Y=0.151mg·g-1 ,与理论值(1.149 mg· g-1)
非常接近 ,其相对误差为 0.17%,进一步验证了数
学回归模型的适合性(表 2)。
表 2　最佳工艺条件验证结果
编号 总黄酮得率/mg· g-1
平均得率
/mg· g-1
RSD
/%
理论得率
/mg· g-1
相对误差
/%
1 1.149
2 1.150 1.151 0.2 1.149 0.17
3 1.153
3　结　论
本文在单因素实验的基础上 ,将响应面法应用
于优化超声波提取蕤核叶片中的总黄酮 。建立的蕤
核叶片总黄酮提取条件优化模型为:Y=0.130 +
0.051A+0.027B+0.030C-0.033AB+0.033AC+
0.034AD-0.078BD-0.078A2 -0.106B2 -0.048C2
-0.038D2。采用此模型在本实验范围内能较准确
地预测蕤核叶片中总黄酮得率。
通过实验结果的方差分析可知 ,在本实验范围
内 ,各因素对蕤核叶片中的总黄酮得率的影响作用
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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　中 国 野 生 植 物 资 源　　　　　　　　　　　　　　　　第 30卷
大小顺序为超声时间 >液料比 >乙醇浓度 >提取温
度 。
超声波提取蕤核叶片中总黄酮的最优工艺条件
为:超声时间 50.1 min,乙醇浓度 59.5%, 液料比
24.9∶1和提取温度 72.8 ℃。在此条件下 ,总黄酮
得率可以达到 1.151 mg· g-1 ,其总黄酮含量仅次
于香椿:1.725 mg· g-1 ,而比菠菜 (0.102 mg·
g-1)、韭菜(0.062 mg· g-1)和黄花菜(0.527 mg·
g-1)含量都高。实验结果与理论得率极为接近 ,本
实验建立的优化模型对蕤核叶片总黄酮的开发利用
具有指导意义。
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