全 文 ：中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 44 卷 第 12 期 2013 年 6 月 ·1579·
Box-Behnken 设计-效应面法优选甘草切制工艺
陈 洁 1，戴衍朋 2，孙立立 2*，周 倩 2
1. 山东中医药大学，山东 济南 250355
2. 山东省中医药研究院，山东 济南 250014
摘 要：目的 优选甘草的最佳切制工艺。方法 以甘草苷、甘草酸的量和外观性状为评价指标，采用 Box-Behnken 设计-
效应面法考察润制、蒸制、烘制法切制甘草饮片对其质量的影响，优选甘草切制工艺参数。结果 甘草最佳切制工艺为润制
6 h、蒸制 30 min、烘制 2 h、烘制温度 60 ℃。结论 优选的甘草切制工艺合理可行。
关键词：甘草；Box-Behnken 设计；效应面法；切制工艺；甘草苷；甘草酸
中图分类号：R283.1 文献标志码：A 文章编号：0253-2670(2013)12 - 1579 - 05
DOI: 10.7501/j.issn.0253-2670.2013.12.011
Optimization of cutting technology for Glycyrrhiza uralensis by Box-Behnken
design-response surface method
CHEN Jie1, DAI Yan-peng2, SUN Li-li2, ZHOU Qian2
1. Shandong University of Traditional Chinese Medicine, Jinan 250355, China
2. Shandong Academy of Chinese Medicine, Jinan 250014, China
Abstract: Objective To optimize the cutting technology for Glycyrrhiza uralensis. Methods Using the contents and appearance
characters of liquirtin and glycyrrhizic acid as indexes, the effects of different cutting methods, such as embellishing, steaming, and
baking, on the quality of G. uralensis were investigated by Box-Behnken design-response surface method, so as to optimize the cutting
technology parameters of G. uralensis. Results The optimal parameters were as follows: embellishing time of 6 h, steaming time of 30
min, drying time of 2 h, and drying temperature of 60 . ℃ Conclusion The optimized cutting technology of G. uralensis is feasible.
Key words: Glycyrrhiza uralensis Fisch.; Box-Behnken design; response surface method; cutting technology; liquirtin; glycyrrhizic acid

甘草为豆科甘草属植物甘草 Glycyrrhiza
uralensis Fisch.、胀果甘草 G. inflata Batal. 或光果
甘草 G. glabra L. 的干燥根和根茎，具有补脾益气、
祛痰止咳、调和诸药等功效[1]，是临床常用的大宗
中药材。
甘草须经炮制成饮片后才能药用，甘草饮片软
化切制过程中常存在冬季泡润时间长致成分流失、
夏季泡润温度高易发霉变质等问题，《中国药典》和
各省炮制规范中均未规定具体的切制工艺参数，故
甘草饮片切制工艺缺乏规范，随意性大，不仅造成
甘草质量不稳定，更为严重的是药材易发霉变质，
致使甘草饮片质量参差不齐，稳定性差，从而危害
患者健康，对临床疗效影响甚大。为了规范甘草的
切制工艺，优选切制参数，本实验采用 Box-Behnken
设计-效应面优化法，以甘草中主要有效成分甘草
苷、甘草酸的量与切制后饮片外观性状为指标，考
察不同浸泡闷润时间、蒸制时间、烘干温度和烘干
时间对甘草饮片质量的影响，优选甘草饮片切制工
艺参数，为甘草饮片切制工艺的规范提供科学依据，
从而保证其临床应用的安全、有效。
1 仪器与试药
Waters 2965 高效液相仪（美国 Waters 公司），

收稿日期：2013-01-28
基金项目：国家“十一五”科研支撑计划项目（2006BA109b06-08）；中医药行业科研专项（201007012-1-8）
作者简介：陈 洁（1987—），女，山东潍坊人，硕士研究生，主要从事中药新药开发与炮制原理研究。
Tel: 13506419551 E-mail: chenjie870111@126.com
*通信作者 孙立立 Tel: (0531)82949829
网络出版时间：2013-05-03 网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/12.1108.R.20130503.1615.001.html
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含 Waters 2996 二极管阵列检测器；LC—35OA 型超
声波中药处理机（济宁市中区鲁超仪器厂）；XS205
DU 型电子天平（梅特勒-托利多仪器有限公司）；
DHG—9146A 电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏实验
设备有限公司）。
甘草药材购自内蒙古亿利科技甘草分公司，经
山东省中医药研究院林慧彬研究员鉴定为豆科植物
甘草 Glycyrrhiza uralensis Fisch. 的根和根茎。
甘草苷（批号 111610-201005）、甘草酸铵（批
号 110731-201116）购于中国药品生物制品检定所；
乙腈（色谱纯，迪马科技），水为蒸馏水；其余试剂
为分析纯。
2 方法与结果
2.1 甘草苷和甘草酸的测定[1]
2.1.1 色谱条件 色谱柱为Dikma Diamonsil C18柱
（250 mm×4.6 mm，5 μm）；流动相为乙腈-0.05%磷
酸溶液，梯度洗脱：0～8 min，19%乙腈；8～35 min，
19%～50%乙腈；35～36 min，50%～100%乙腈；
36～40 min，100%～19%乙腈；检测波长为 237 nm；
柱温为 30 ℃；体积流量为 1.0 mL/min；进样量为
10 μL。理论板数按甘草苷峰计算不低于 5 000。
2.1.2 对照品溶液的配制 精密称取甘草苷 10.51
mg 置 25 mL 量瓶中，加 70%乙醇约 20 mL，超声
溶解，放冷，加 70%乙醇定容至刻度，摇匀，取 1 mL
置 10 mL 量瓶中，加 70%乙醇定容至刻度，摇匀，
即得甘草苷对照品储备液；精密称取甘草酸铵 10.36
mg 置 25 mL 量瓶中，加 70%乙醇约 20 mL，超声
溶解，放冷，加 70%乙醇定容至刻度，摇匀，即得
甘草酸铵对照品储备液（甘草酸量＝甘草酸铵量/
1.020 7）；分别吸取 2 种对照品储备液各 5 mL，置
10 mL 量瓶中，摇匀，制备成混合对照品溶液（含
甘草苷 21.02 μg/mL、甘草酸铵 207.2 μg/mL）。
2.1.3 供试品溶液的制备 取甘草药材粉末（过 3
号筛）约 0.2 g，精密称定，置 100 mL 具塞圆底烧
瓶中，精密加入 70%乙醇 100 mL，密塞，称定质量，
超声（功率 250 W，频率 40 kHz）30 min，放至室
温，再称定质量，用 70%乙醇补足减失的质量，摇
匀，滤过，用 0.45 μm 微孔滤膜滤过，即得。
2.1.4 线性关系的考察 按“2.1.1”项下色谱条件，
取甘草苷和甘草酸铵混合对照品溶液 2、5、10、15、
20 μL 进样，记录色谱图。以峰面积为纵坐标（Y），
进样量为横坐标（X）进行线性回归，得线性回归
方程：甘草苷 Y＝30 046 X＋5 089.8，r＝0.999 7；
甘草酸铵 Y＝87 613 X－6 553.4，r＝1.000 0；结果
表明甘草苷在 42.04～420.40 ng，甘草酸铵在
414.4～4 144.0 ng 与峰面积呈良好的线性关系。
2.1.5 样品测定 精密吸取混合对照品溶液和供试
品溶液各 10 μL，注入 HPLC 色谱仪，记录色谱图
（图 1），测定甘草苷和甘草酸铵峰面积，并计算甘
草苷和甘草酸的量。







1-甘草苷 2-甘草酸铵
1-liquiritin 2-ammonium glycyrrhetate

图 1 混合对照品 (A) 和甘草样品 (B) HPLC 色谱图
Fig. 1 HPLC chromatograms of mixed reference
substances (A) and licorice samples (B)

2.2 甘草饮片切制工艺研究
2.2.1 试验设计 选择润制时间（A）、蒸制时间
（B）、烘制时间（C）和烘制温度（D）4 个因素为
自变量，以甘草苷、甘草酸的量及外观性状 3 个指
标的综合评分为效应值（Y），根据 Box-Behnken 中
心组合试验设计原理，采用 4 因素 3 水平的效应面
分析方法进行分析，试验设计因素及水平见表 1。
取甘草药材 29 份，每份 200 g，按表 1 效应面
设计方案，将甘草药材分别用多层纱布包裹，计时，
每隔 10 min 喷水 1 次，润制完成后取出，放入“圆
气”的蒸锅内，再计时，蒸制完成后取出，用手工
切药刀迅速切成 2～3 mm 的厚片，分别放入不同温
度烘箱中干燥，按时取出，放凉，即得。
2.2.2 综合评分方法 用多指标试验的综合评分公
1
2
0 6.66 13.32 19.98 26.64 33.30 39.96
t / min
1
2
0 8.33 16.65 24.98 33.31 41.63 49.96
t / min
A
B
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式，对效应面试验结果进行分析。以甘草苷和甘草
酸的最高量（3.707%和 4.282%）分别计为 30 分，
以外观性状的最高评分 9 计为 40 分。
外观性状以甘草饮片片型整齐、无炸心、无翘
片、无掉边、无碎片、无皱皮、无连刀、皮红棕色、
切面黄白色者为佳，总分记为 10 分，根据切制的甘
草饮片分别赋分。
按效应面设计方案，参照“2.2.1”项下，制备
29 份样品，并按“2.1.3”项下方法制备供试品溶液，
分别精密吸取混合对照品溶液与供试品溶液各 10
μL，注入液相色谱仪，按上述色谱条件进行测定，
即得。结果见表 1。各样品分别计算综合评分［综
合评分＝(M/3.707)×30＋(N/4.282)×30＋(J/9)×
40，其中 M 为甘草苷的量，N 为甘草酸的量，J 为
外观性状评分］值，分析结果见表 1。
2.2.3 多元二次效应面回归模型的建立与分析 采
用Design-expert 7.1.6软件对表1结果进行二次回归
效应面回归分析，建立多元二次效应面回归模型，
得拟合方程Y＝41.78＋4.63 A＋6.07 B－5.96 C－7.07
D＋2.25 AB＋2.38 AC＋6.69 AD－0.96 BC－0.047
BD＋6.15 CD＋15.03 A2＋6.40 B2＋12.76 C2＋9.51
D2，回归方程及各影响因素的方差分析结果见表 2。

表 1 Box-Behnken 设计及结果
Table 1 Box-Behnken design and results
试验号 A / h B / min C / h D / ℃ 甘草苷 / % 甘草酸 / % 外观性状评分 综合评分
1 0 (−1) 10 (−1) 4 (0) 50 (0) 2.134 3.166 2 48.34
2 6 (1) 10 (−1) 4 (0) 50 (0) 1.624 3.326 5 58.67
3 0 (−1) 30 (1) 4 (0) 50 (0) 1.974 3.141 5 60.20
4 6 (1) 30 (1) 4 (0) 50 (0) 2.500 2.756 9 79.54
5 3 (0) 20 (0) 2 (−1) 40 (−1) 3.707 4.282 8 95.56
6 3 (0) 20 (0) 6 (1) 40 (−1) 1.078 2.973 5 51.77
7 3 (0) 20 (0) 2 (−1) 60 (1) 1.887 3.350 5 60.97
8 3 (0) 20 (0) 6 (1) 60 (1) 1.218 3.288 2 41.79
9 0 (−1) 20 (0) 4 (0) 40 (−1) 3.399 4.105 5 78.49
10 6 (1) 20 (0) 4 (0) 40 (−1) 1.656 3.112 8 70.76
11 0 (−1) 20 (0) 4 (0) 60 (1) 1.906 3.490 2 48.77
12 6 (1) 20 (0) 4 (0) 60 (1) 2.709 3.373 5 67.78
13 3 (0) 10 (−1) 2 (−1) 50 (0) 1.691 2.926 5 56.41
14 3 (0) 30 (1) 2 (−1) 50 (0) 1.667 3.024 8 70.23
15 3 (0) 10 (−1) 6 (1) 50 (0) 1.850 4.276 2 53.82
16 3 (0) 30 (1) 6 (1) 50 (0) 2.072 3.543 5 63.81
17 0 (−1) 20 (0) 2 (−1) 50 (0) 2.199 4.220 5 69.58
18 6 (1) 20 (0) 2 (−1) 50 (0) 1.620 3.352 8 72.15
19 0 (−1) 20 (0) 6 (1) 50 (0) 3.378 4.110 2 65.02
20 6 (1) 20 (0) 6 (1) 50 (0) 2.116 3.489 8 77.12
21 3 (0) 10 (−1) 4 (0) 40 (−1) 2.021 2.607 5 56.84
22 3 (0) 30 (1) 4 (0) 40 (−1) 1.569 2.403 8 65.08
23 3 (0) 10 (−1) 4 (0) 60 (1) 1.955 4.064 2 53.18
24 3 (0) 30 (1) 4 (0) 60 (1) 1.687 3.620 5 61.23
25 3 (0) 20 (0) 4 (0) 50 (0) 0.818 2.849 2 35.47
26 3 (0) 20 (0) 4 (0) 50 (0) 2.557 2.789 2 49.12
27 3 (0) 20 (0) 4 (0) 50 (0) 0.954 2.125 2 31.49
28 3 (0) 20 (0) 4 (0) 50 (0) 2.132 3.513 2 50.75
29 3 (0) 20 (0) 4 (0) 50 (0) 1.481 3.021 2 42.04
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表 2 方差分析
Table 2 Analysis of variance
误差来源 平方和 自由度 均方 F 值 P 值
模型 4 420.53 14 315.75 3.81 0.008 7
A 257.75 1 257.75 3.11 0.099 6
B 442.30 1 442.30 5.34 0.036 6
C 426.72 1 426.72 5.15 0.039 6
D 599.24 1 599.24 7.23 0.017 6
AB 20.29 1 20.29 0.24 0.628 4
AC 22.73 1 22.73 0.27 0.608 6
AD 178.77 1 178.77 2.16 0.164 0
BC 3.66 1 3.66 0.044 0.836 5
BD 8.94×10−3 1 8.94×10−3 1.08×10−4 0.991 9
CD 151.28 1 151.28 1.83 0.198 0
A2 1 465.95 1 1465.95 17.69 0.000 9
B2 265.94 1 265.94 3.21 0.094 8
C2 1 056.23 1 1056.23 12.75 0.003 1
D2 586.63 1 586.63 7.08 0.018 6
剩余项 1 159.96 14 82.85
失拟项 879.96 10 88 1.26 0.445 7
误差项 280 4 70
总计 5 580.49 28

由方差分析可知，模型的 F 值为 3.81，P 值为
0.008 7＜0.01，表明实验所采用的二次模型具有极
显著的影响，在统计学上是有意义的。失拟项 P 值
为 0.445 7＞0.05，对模型是有利的，无明显失拟因
素存在，因此可用该回归方程代替试验真实点对实
验结果进行分析。
A2 项的 P 值 0.000 9＜0.001，说明 A2 对综合评
分的影响是极显著的；因素 B、C、D、C2、D2 项
的 P 值均＜0.05，说明这几项对综合评分均有显著
影响；剩余各项的 P 值均＞0.05，所以对综合评分
没有显著影响，由此可知，单因素对 Y 值的影响明
显大于交互项。由方差分析结果可知，交互效应对
Y 值的影响并不显著，因此本实验不再进行交互效
应分析。
用效应面优化法预测最优值得：润制时间为
6.00 h，蒸制时间为 29.99 min，烘制时间为 2.02 h，
烘制温度为 59.94 ℃，综合评分为 95.973 4。但考
虑到实际操作方便，将甘草的切制工艺确定为取甘
草药材，润制 6 h，置已“圆气”的蒸制容器内，蒸
30 min 后，迅速切 2～3 mm 厚片，60 ℃烘干 2 h，
即得。
2.3 验证试验
取甘草药材 3 份，每份 200 g，按确定的最佳切
制工艺，制备甘草饮片，按“2.1.3”项方法制备供
试品溶液，进行甘草苷和甘草酸的测定，结果见表
3。制备的 3 批甘草饮片综合评分均值为 91.41，RSD
为 0.22%，与预测值相差不大，且结果稳定，说明
确定的甘草切制工艺稳定可行。

表 3 验证试验
Table 3 Verification test
样品 甘草苷 / % 甘草酸 / % 外观性状 综合评分
1 2.842 4.089 9 91.65
2 2.770 4.120 9 91.28
3 2.735 4.164 9 91.31

3 讨论
甘草药材在软化过程中，需要长时间的水处理，
从而导致有效成分流失[2]，本课题组也得出类似的
结论。对甘草不同软化方法的比较发现，采用蒸制
制备的甘草饮片中甘草苷和甘草酸的量最高，分别
比浸泡法和闷润法高 0.72%、1.31%和 0.84%、
2.98%。因此采用蒸法软化甘草有利于其中有效成
分的保留，可以用于甘草的软化切制。切制的最佳
甘草饮片成圆片状，皮红棕色，切面黄白色，大小
均匀，没有破碎。
甘草苷、甘草酸是甘草的主要成分，具有解毒、
消炎、抗溃疡、镇咳等多种药理作用[3]，其量高低
可以较好地指示甘草饮片的质量。因此，本实验选
用甘草苷与甘草酸作为指标成分，对甘草切制工艺
参数进行优选。
本课题组前期对甘草饮片切片厚度进行了考察，
对 2～3、3～4、4～5 mm 厚度的甘草饮片进行了甘
草苷和甘草酸的测定，结果表明，甘草饮片切制厚
度为 2～3 mm 时，甘草苷和甘草酸的量最高，外观
性状达到最佳，符合传统甘草饮片切厚片的要求。
Box-Behnken 中心组合设计是统计设计实验技
术的合成，利用 Box-Behnken 实验设计并通过实验
得到一定数据，采用多元多次方程来拟合因素和效
应值之间的函数关系，通过对回归方程的分析来寻
求最优工艺参数，以解决多变量问题的一种统计分
析方法[4]。本实验采用 Box-Behnken 中心组合设计，
其充分考虑到各因素的交互作用，设计方法简单，
试验次数少，在中心点进行重复试验以提高试验精
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度，同时采用非线性模型拟合，可信度较好，预测
值更接近真实值。与正交及均匀设计相比，此方法
所得结果更加直观，便于分析，同时提高了实验精
确度[5-6]。
本实验采用适合于非线性拟合的 Box-Behnken
效应面试验设计方法优选甘草饮片切制工艺，确定
了最佳切制工艺参数，即取甘草药材，润制 6 h，置
已“圆气”的蒸制容器内，蒸 30 min 后，迅速切 2～
3 mm 厚片，60 ℃烘制 2 h，即得。经验证该方法
稳定可行，为甘草切制工艺规范的制定提供了科学
依据。
参考文献
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