全 文 ：·论著·
星点设计-效应面法优化香青兰挥发油提取工艺*
王晓雨1 祁 容2 陈 文1
(1．石河子大学药学院，新疆石河子，832002;2．北京大学心血管研究所，北京，100191)
【摘要】目的:通过星点设计优化香青兰挥发油提取工艺。方法:以冷浸时间、超声时间、提取时间为考察因素，各
因素考察 3个水平。采用 Design-Expert8． 05b软件进行实验设计和实验数据的处理。结果:优化后的提取工艺为冷浸
时间 8． 00h，超声时间 0． 00min，提取时间 3． 00h。结论:星点设计优化香青兰挥发油提取具有良好的预测性。
【关键词】香青兰;星点设计;挥发油
中图分类号:Ｒ284． 2 文献标识码:A
To Optimize the Extraction Process of Volatile Oil from Moldavica Dragonheadby
Central Composite Design and Ｒesponse Surface Method
WANG Xiao-yu1，QI Ｒong2，CHEN Wen1
(1． Shihezi University School of Phamacy，Xinjiang Shihezi，832002;
2． Institute of Cardiovascular Sciences，Peking University，Beijing，100191)
【Abstract】Objective:to optimize extraction process of volatile oil inmoldavica dragonheadthrough central composite
design．Methods:effects of factors，such as immersion time，ultrasonic time and extraction time，on the extractive efficiency
were studied by three levelseach factor． Experimentaldesign and data were processed using Design-Expert8． 05b software．
Ｒesults:optimizedprocedure of extraction process wassoaking for 8． 00h，ultrasonic for 0． 00min，extraction for 3． 00h． Con-
clusion:central composite design method provided a good prediction to the optimization ofvolatile oil extraction of moldavica
dragonhead．
【Key words】Moldavica dragonhead;Central composite design;Volatile oil
香青兰为唇形科一年生草本植物，别名为山薄
荷、摩眼子、玉米草等［1］，是维药之一，至今已有八
百多年的历史，主要治疗冠心病、心绞痛、保护缺血
心肌、外感头痛、发烧等［2］。香青兰在我国西北地
区分布较为广泛，新疆以东疆和南疆栽培较多［3］。
为降低香青兰入药时挥发油的的损失，采用现
将挥发油提取出来后再入药。中药提取及制备工艺
最常用的优化方法是正交设计法和均匀设计法，国
内外近年来常以星点设计效应面优化法进行试验设
计［4 ～ 7］，星点设计(central composite design，CCD)是
一种新型的试验设计方法，它具有试验次数少，试验
精度高等特点，在药学应用上成效显著［8］。本实验
以挥发油得量为指标，采用三因素三水平的星点设
计表安排提取工艺试验，结合响应面法优化挥发油
提取工艺，为香青兰的深入研究提供参考。
1 材料与方法
1． 1 仪器和试剂
DZTW 型调温电热套(北京市永光明医疗仪器
厂生产) ;电子技术天平(常熟市金羊天平仪器厂生
产) ;TP300 超声波提取器(北京市天鹏电子新技术
有限公司) ;DHG-9240 电热恒温鼓风干燥箱(上海
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第 5 期 农 垦 医 学 第 35 卷
* 基金项目:国家“重大新药创制”科技重大专项项目(2011ZX09401-007) ;国家自然科学资金地区面上项目(81360054)。
通讯作者:陈文，教授，硕士生导师，主要从事药物制剂与新剂型研究。
齐欣科学仪器有限公司) ;挥发油提取器，香青兰
(经石河子大学药学院李鹏副教授分别鉴定为唇形
科青兰属植物香青兰，Dracocephalum moldavica L) ，
水为蒸馏水，其他试剂均为分析纯。
1． 2 方法
1． 2． 1 挥发油提取 香青兰在 40℃烘干，粉碎机
粉碎，过 20 目筛。将 400g 药材加入 5 000mL 烧瓶
中，加 10 倍蒸馏水振摇混匀，连接挥发油测定器与
回流冷凝管。按 2010 年版《中国药典》一部附录
XD挥发油测定方法进行测定。自冷凝管上端加水
使充满挥发油测定器的刻度部分，并溢流入烧瓶时
为止。电热套缓缓加热至沸，保持相应时间，停止加
热，放置 1h，开启测定器下端的活塞，将水缓缓放出
收集挥发油。提取液冷却后，用乙醚萃取至水层为
无色，合并乙醚液，室温条件下乙醚挥散至小体积，
加无水硫酸钠脱水，过滤，转移至称量瓶中，挥干乙
醚得纯挥发油，密闭保存。试验平行重复 3 次，得
率取平均值。
表 1 香青兰挥发油提取工艺水平表
因素 低值 高值 － alpha + alpha
A冷浸时间(h) 0 8 － 2． 72717 10． 7272
B超声时间(min) 0 10 － 3． 40896 13． 409
C提取时间(h) 3 7 1． 63641 8． 36359
表 2 香青兰提取工艺星点设计安排
实验
号
A B C
挥发油提取量(mL)
实验值 理论值
1 － 1． 000 － 1． 000 － 1． 000 0． 15 0． 15
2 － 1． 000 1． 000 1． 000 0． 20 0． 21
3 1． 000 － 1． 000 1． 000 0． 25 0． 26
4 0． 000 1． 682 0． 000 0． 30 0． 28
5 0． 000 0． 000 0． 000 0． 30 0． 30
6 1． 000 － 1． 000 － 1． 000 0． 17 0． 18
7 0． 000 0． 000 1． 682 0． 22 0． 21
8 1． 000 1． 000 － 1． 000 0． 21 0． 22
9 0． 000 0． 000 0． 000 0． 30 0． 30
10 － 1． 000 1． 000 － 1． 000 0． 17 0． 18
11 1． 682 0． 000 0． 000 0． 30 0． 28
12 0． 000 － 1． 682 0． 000 0． 22 0． 22
13 0． 000 0． 000 0． 000 0． 30 0． 30
14 0． 000 0． 000 0． 000 0． 30 0． 30
15 0． 000 0． 000 0． 000 0． 30 0． 30
16 0． 000 0． 000 0． 000 0． 30 0． 30
17 － 1． 682 0． 000 0． 000 0． 19 0． 18
18 0． 000 0． 000 1． 682 0． 13 0． 12
19 － 1． 000 － 1． 000 1． 000 0． 18 0． 18
20 1． 000 1． 000 1． 000 0． 27 0． 30
1． 2． 2 星点试验设计 根据工业化生产实际，本试
验采用水蒸气蒸馏法提取挥发油。药材粒径以通过
20 目筛为准。根据预试验结果，药材的粉碎度不考
虑，因为粗粉提取量过少，而过 50 目筛的药材的粘
度过大影响提取，所以只选择冷浸时间(A)、超声时
间(B)和提取时间(C)3 个因素为自变量，每个因素
确定 3 个水平，共 20 个试验点(6 个中心点) ，以挥
发油得率作因变量考察指标，采用星点设计提取工
艺条件，运用响应面分析法分析以寻求最优工艺参
数，因素水平编码见表 1，试验安排和结果见表 2。
2 结果
2． 1 数据分析
应用 Design-Expert8． 05b 软件对表 2 中的数据
进行二次多元回归拟合，得到微波功率、料液比及提
取时间与挥发油得率之间的二次多项回归方程:
提取量 = 0． 30 + 0． 030* A + 0． 019* B + 0． 027
C + 5* 10 － 3* A* B + 0． 013* A* C － 0． 000* B*
C －0． 024* A2 － 0． 018* B2 － 0． 048* C2，表明该回
归模型的拟合情况良好，其校正决定系数(adj-Ｒ2)
为 0． 8303(r = 0． 9573) ，表明此模型能解释 95．
73% 效应值变化，因此该模型拟合程度良好。对上
述回归模型进行显著性检验，结果见表 3。结果表
明，一次项冷浸时间和提取时间挥发油得率的线性
效应极显著(P ＜ 0． 0001) ;二次项中 A2，B2，C2 对
挥发油得率的曲面效应显著(P ＜ 0． 05) ;AB，BC 的
P ＞ 0． 05，说明 A、B 因素间的交互作用不显著。依
据回归方程，在保持 1 个因素编码值为 0 时，采用
Design-Expert8． 05b 软件绘制其他 2 个因素与响应
值关系的三维响应面图，结果见图 1 ～ 3。
图 1
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2013 年 10 月
第 35 卷 第 5 期
农 垦 医 学
Journal of Nongken Medicine
Oct． 2013
Vol． 35 No． 5
图 2
表 3 回归模型方差分析
方差来源 SS df MS F P
A 0． 012 1 0． 012 75． 58 ＜ 0． 0001
B 4． 744 × 10 －3 1 4． 744 × 10 －3 29． 86 0． 0003
C 0． 010 1 0． 010 63． 55 ＜ 0． 0001
AB 2． 000 × 10 －4 1 2． 000 × 10 － 4 1． 26 0． 2881
AC 1． 250 × 10 －3 1 1． 250 × 10 － 3 7． 87 0． 0186
BC 0． 000 1 0． 000 0． 000 1． 0000
A2 8． 031 × 10 －3 1 8． 031 × 10 －3 50． 54 ＜ 0． 0001
B2 4． 828 × 10 －3 1 4． 828 × 10 －3 30． 38 0． 0003
C2 0． 034 1 0． 034 212． 07 ＜ 0． 0001
残差 1． 589 × 10 －3 10 1． 589 × 10 －4
失拟项 1． 589 × 10 －3 5 3． 178 × 10 －4
误差 0． 000 5 0． 000
总离差 0． 071 19
模型 0． 069 9 7． 688 × 10 －3 48． 38 ＜ 0． 0001
由图 1 ～ 3 可知，冷浸时间和提取时间对挥发油
的提取影响较为显著，且响应曲面陡峭。为确定 3
个影响因素的最佳取值，通过 Design-Expert8． 05b
软件分析，得出最佳工艺冷浸时间 8． 00，超声时间
0． 00 min，提取时间 0． 30h，此时 400g香青兰挥发油
提取量最大估计值为 0． 30mL。
2． 2 模型的验证
为了验证此提取模型方程的适用性，在冷浸时
间、超声时间、提取时间最优的水平上，重复试验 3
次，挥发油得量为 0． 30mL，ＲSD 值为 0． 07%，与预
测值 0． 30mL吻合极好，说明用此模型指导实践具
有非常好的效果。
3 讨论
本试验虽采用了超生辅助提取方法，利用超声
波可导致药材细胞壁冲破，形成微小的孔洞［9］提高
高挥发油的提取量。根据星点设计结果，超声辅助
提取对香青兰挥发油提取没有辅助作用，可能是由
于香青兰的细胞壁较薄，在粉碎时大部分的细胞壁
都已破碎。
由验证试验结果可以得知预测结果和验证结果
相符，由此可知星点设计优化香青兰挥发油提取工
艺具有良好的预测性，同时也为本课题后期的实验
奠定了一定的基础。
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［收稿日期:2013 － 10 － 15］
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