全 文 ：响应面法优化茅苍术多糖的提取工艺
徐秀泉1，于荣敏2* ，刘 柯1，罗 明1 (1．江苏大学药学院，江苏镇江 212013;2．暨南大学药学院，广东广州 510632)
摘要 ［目的］利用响应面分析法优化茅苍术多糖的提取工艺。［方法］根据中心组合设计原理，以提取温度、提取时间、料液比三个因
素为自变量，多糖的提取得率为响应值，设计了 3因素 3水平响应面分析试验，来确定茅苍术多糖提取的最佳工艺条件。［结果］茅苍术
多糖提取的最佳工艺条件为:提取温度 87 ℃，料液比 1∶ 22，提取时间 3． 1 h。在此最佳条件下，茅苍术多糖的提取率为 2． 12%。［结论］
该研究对大规模提取茅苍术多糖有一定理论指导价值。
关键词 茅苍术(RHIZOMA AREACTYLODIS LANCEAE);多糖;提取;响应面
中图分类号 R284． 2 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611(2011)20 －12082 －04
Optimization of Extraction Process of Polysaccharides from RHIZOMA AREACTYLODIS LANCEAE by Response Surface Method-
ology
XU Xiu-quan et al (College of Pharmacy，Jiangsu University，Zhenjiang，Jiangsu 212013)
Abstract ［Objective］To optimize the extraction process of polysaccharides from RHIZOMA AREACTYLODIS LANCEAE by response sur-
face methodology． ［Method］Using extraction temperature，solid-liquid ratio and extraction time as independent variables and extraction rate
of polysaccharides as response value，response surface methodology with three-factors and three-levels was carried out for optimizing the extrac-
tion process of polysaccharides from RHIZOMA AREACTYLODIS LANCEAE on the basis of central composite design principles． ［Result］
The optimum extraction conditions of polysaccharides were as follows:extraction temperature of 87 ℃，solid-liquid ratio of 1∶ 22 and extraction
time of 3． 1 h． Under this condition，the extraction rate of polysaccharides was 2． 12% ． ［Conclusion］The study could provide a certain theo-
retical direction for extracting polysaccharides from RHIZOMA AREACTYLODIS LANCEAE on a large scale．
Key words RHIZOMA AREACTYLODIS LANCEAE;Polysaccharides;Extraction;Response surface methodology
基金项目 江苏大学高级人才专项补助(1283000075) ;江苏大学大学
生科研立项项目(08A011，09A047)。
作者简介 徐秀泉(1978 － ) ，男，山东无棣人，讲师，博士，从事天然药
物提取分离及活性分析研究，E-mail:xxq781026@ ujs． edu．
cn。* 通讯作者，教授，博士，博士生导师，从事天然产物研
发及中药生物技术工作，E-mai:l tyrm@ jnu． edu． cn。
收稿日期 2011-03-22
茅苍术(RHIZOMA AREACTYLODIS LANCEAE)为菊科
(Compositae)植物茅苍术(Atractylodes lancea (Thunb．)DC．)
的干燥根茎，味甘苦、性温、归脾、肾、肝经。茅苍术具有燥湿
健脾、祛风散寒、明目功效，主要用于治疗脘腹胀满、泄泻、食
欲不振、水肿、脚气痿痹、风寒感冒、雀目夜盲等症［1］。茅苍
术中主要含有挥发油、多糖等药理活性成分［2 －4］。近年来有
报道苍术中的水溶性多糖具有肠免疫活性［5］，但对苍术多糖
的提取工艺研究国内外鲜见报道。鉴于此，笔者采用热水法
提取多糖，并选取提取温度、提取时间、料液比作为考察因
素，在单因素试验的基础上，采用响应面试验设计优化茅苍
术水溶性多糖的提取工艺，以期为茅苍术的深入开发与应用
提供依据。
1 材料与方法
1． 1 材料
1． 1． 1 研究对象。茅苍术(RHIZOMA AREACTYLODIS
LANCEAE，批号:090601) ，购自千草药业饮片厂，经于荣敏教
授鉴定为菊科(Compositae)植物茅苍术(Atractylodes lancea
(Thunb． )DC．)的干燥根茎。
1． 1． 2 主要试剂。乙醇，石油醚，葡萄糖，苯酚，浓硫酸及其
他试剂均为市售分析纯。
1． 1． 3 主要仪器。UV-2550型紫外可见分光光度计，由日本
岛津公司生产;DHG-9145鼓风干燥箱，由上海一恒科技有限
公司生产;FD-1-50型冷冻干燥机，由北京博医康实验仪器有
限公司生产;RE-52A型旋转蒸发仪，由上海亚荣生化仪器厂
生产;BS110S型电子天平，由北京赛多利斯仪器系统有限公
司生产;UPI-1型纯水机，由成都超纯科技有限公司生产。
1． 2 方法
1． 2． 1 单因素试验。
1． 2． 1． 1 提取温度的选择。以苍术多糖提取率为指标，在
固定提取时间 3 h，料液比 1∶ 20 的条件下，考察不同提取温
度(60、70、80、90、100 ℃)的提取效果。
1． 2． 1． 2 提取时间的选择。以苍术多糖提取率为指标，在
固定提取温度 80 ℃，料液比 1∶ 20 的条件下，考察不同提取
时间(1、2、3、4、5 h)的提取效果。
1． 2． 1． 3 料液比的选择。以苍术多糖提取率为指标，在固
定提取温度 80 ℃，提取时间 3 h的条件下，考察不同料液比
(1∶ 10、1∶ 15、1∶ 20、1∶ 25、1∶ 30)的提取效果。
1． 2． 2 标准曲线的绘制。准确称取 105 ℃干燥至恒重的葡
萄糖对照品 50 mg，将其定容至 100 ml 容量瓶中，得到 500
μg /ml的储备液。精密吸取 2 ml储备液，定容至 10 ml 的容
量瓶中，得到 100 μg /ml的对照品溶液。精密吸取对照品溶
液 0、0． 1、0． 2、0． 4、0． 6、0． 8、1． 0 ml，置于试管中，并以水补至
1． 0 ml，加入 5%的苯酚 1 ml，再加入浓硫酸 5 ml，混匀后，沸
水浴加热15 min，冷却后于490 nm处测定吸光度。以对照品
溶液浓度为横坐标 x，吸光度测定值为纵坐标 y，绘制标准曲
线。根据苯酚 －硫酸法测定多糖含量［6］。
1． 2． 3 茅苍术粗多糖得率的计算。称取经脱脂、过筛后的
茅苍术干燥粉末 1． 0 g，置于 100 ml圆底烧瓶中按设计的料
液比加入蒸馏水，于恒温水浴中浸提，趁热抽滤，提取液经旋
转蒸发仪浓缩至原液的 1 /5，缓缓加入 95%的乙醇至终浓度
达 80%，产生大量乳白色沉淀。沉淀于冰箱中静置过夜，抽
滤，依次用无水乙醇、丙酮淋洗后，加适量水复溶，冷冻干燥，
得茅苍术粗多糖。称取粗多糖适量，溶解，苯酚 －硫酸法测
定吸光度，计算多糖得率。
1． 2． 4 响应面试验设计。依据单因素试验结果确定因素水
平范围，利用 Design-Expert Software 7． 1． 6 为辅助手段设计
责任编辑 侯美灵 责任校对 卢瑶安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2011，39(20):12082 － 12085
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2011.20.122
响应面试验。根据中心组合设计原理，以提取温度、提取时
间、料液比 3个因素为自变量，多糖的提取得率为响应值，设
计了 3因素 3水平共 17 个试验点的响应面分析试验，其中
12个为析因试验，5 个为中心试验，其因素水平分析选取见
表 1。
表 1 响应面因素水平编码
Table 1 Factors and levels of response surface methodology
因素
Factor
代码
Code
编码水平 Coding level
－1 0 1
提取温度 Extraction temperature∥℃ A 80 90 100
提取时间 Extraction time∥h B 2 3 4
料液比 Solid-liquid ratio C 15 20 25
2 结果与分析
2． 1 线性关系考察 葡萄糖对照品溶液的线性回归方程为
y = 0． 009 9x － 0． 003 9，R2 = 0． 999 6，结果表明在 20 ～ 100
μg /ml之间葡萄糖对照品浓度与吸光度呈良好的线性关系。
2． 2 单因素试验结果
2． 2． 1 提取温度对多糖得率的影响。由图 1 可知，随着提
取温度的升高，茅苍术多糖的得率逐渐增大，但提取温度超
过 90 ℃后，多糖得率反而降低，这多是因为温度的升高导致
多糖部分水解。
图 1 提取温度对多糖得率的影响
Fig． 1 Effect of extraction temperature on the extraction rate of
polysaccharides
2． 2． 2 提取时间对多糖得率的影响。由图 2可知，在 3 h之
前，随提取时间延长，多糖得率逐渐上升，超过 3 h，多糖得率
缓慢下降，随时间延长，多糖会发生少许的水解，同时其他物
质的溶出也会影响到多糖的提取率。
图 2 提取时间对多糖得率的影响
Fig． 2 Effect of extraction time on the extraction rate of polysac-
charides
2． 2． 3 料液比对多糖得率的影响。由图 3 可知，随料液比
的增加，多糖得率逐渐增加，这是由于溶剂用量的增加，可以
扩大药材与溶剂的接触面积，提高多糖的浓度梯度，有利于
多糖的扩散的缘故。
图 3 料液比对多糖得率的影响
Fig． 3 Effect of solid-liquid ratio on extraction rate of polysac-
charides
2． 3 响应面试验设计
2． 3． 1 建立模型方程与显著性检验。按照“1． 2． 4”进行响
应面分析试验，方案与结果见表 2。应用 Design-Expert(7． 1．
6版本)软件对表 2中的数归拟合得提取温度(A)、提取时间
(B)、料液比(C)与茅苍术多糖之间的二次多项回归方程:Y
=2． 07 － 0． 36A + 0． 038B + 0． 12C + 0． 018AC － 0． 35BC －
0． 049A2 － 0． 12B2 － 0． 14C2。
对上述回归模型进行显著性检验，表明在一次项中，料
液比对多糖得率的线性效应极显著(P ＜0． 01) ，提取温度、提
取时间对多糖得率的线性效应显著(P ＜ 0． 05) ，各因子间交
互作用不明显(P ＞ 0． 05)。在该试验设计范围内，该模型显
著性检测 P =0． 000 2 ＜0． 001，极显著，模型的复相关系数为
0． 966 5，说明该模型能解释96． 65%响应值的变化，即该模型
与实际试验拟合良好，试验误差小，证明应用响应曲面法优
化的提取工艺提取茅苍术多糖是可行的。
表 2 响应面分析试验结果
Table 2 Design and results of response surface methodology test
试验号
Experiment No．
编码水平 Coding level
A B C
多糖得率
Extraction rate of
polysaccharides∥%
1 －1 －1 0 1． 88
2 －1 1 0 1． 99
3 －1 0 1 2． 02
4 －1 0 －1 1． 82
5 1 －1 0 1． 82
6 1 1 0 1． 93
7 1 0 －1 1． 70
8 1 0 1 1． 97
9 0 1 －1 1． 74
10 0 1 1 1． 92
11 0 －1 1 1． 95
12 0 －1 －1 1． 63
13 0 0 0 2． 04
14 0 0 0 2． 08
15 0 0 0 2． 01
16 0 0 0 2． 02
17 0 0 0 2． 12
3802139 卷 20 期 徐秀泉等 响应面法优化茅苍术多糖的提取工艺
2． 3． 2 响应曲面分析。根据回归方程，作出响应面和等高
线，考察拟合响应面的形状，分析提取温度、提取时间、料液
比对茅苍术多糖提取率的影响，见图 4 ～6。各因素及其相互
作用对相应值的影响可以通过各图直观反应出来。由图 4 ～
6可知，3因素对茅苍术多糖的提取都有显著的影响，料液比
的影响最为显著，随加水量的增加，多糖得率随之增大，表现
为曲面较陡;提取温度和时间的影响次之，表现为曲面较
平缓。
图 4 提取温度、提取时间的等高线和响应面图
Fig． 4 Contour line and response surface graph of extraction temperature and extraction time
图 5 提取温度、料液比的等高线和响应面图
Fig． 5 Contour line and response surface graph of extraction temperature and solid-liquid ratio
图 6 提取时间、料液比的等高线和响应面图
Fig． 6 Contour line and response surface graph of extraction time and solid-liquid ratio
2． 3． 3 最优条件的确定。对回归方程求导，并令其等于零，
可以得到曲面的最大点，即 3 个主要因素的最佳水平值，分
别为:A = －0． 3、B =0． 1、C =0． 39，转换后得到提取的最佳条
件为:提取温度 87 ℃，料液比 1∶ 22，提取 3． 1 h，预测茅苍术
多糖得率为 2． 10%。根据最佳提取方案，重复试验 3 次，计
算茅苍术多糖得率，求其平均值为 2． 12%，实际与预测的多
糖得率较为接近，说明该模型适用于茅苍术多糖提取工艺的
优化。
3 结论与讨论
响应面法(RSM)系采用多元二次回归方法作为函数估
计的工具，将多因子试验中因子与指标的相互关系用二次多
项式拟合，研究因子与响应值之间、因子与因子之间的相互
关系。以较少实验次数和较短时间对所选的实验参数进行
全面研究，在生物化工过程处理中有着广泛应用［7］。该研究
48021 安徽农业科学 2011年
将单因素试验和响应面法结合对茅苍术多糖的提取的工艺
条件进行优化，获得最佳提取工艺条件:提取温度 87 ℃，料
液比 1 ∶ 22，提取 3． 1 h，在此条件下茅苍术的糖得率为
2． 12%。采用响应面设计试验方法，能够较准确的反应各因
素对多糖得率提取的影响及各因素之间的交互作用。建立
的茅苍术多糖提取率的二次多项数学模型具有显著性(P =
0． 000 2) ，失拟性检验结果表明，失拟不显著，回归模型与实
际情况拟合得很好，对大规模提取茅苍术多糖有一定理论指
导价值。
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42 －45．
(上接第 12081页)
图 8 山东(S1)Plantago major L．车前子乙酸乙酯部位指纹图谱
与共有指纹图谱 R比较
Fig． 8 Comparison between fingerprint of ethyl acetate parts of
Plantago major L． seeds produced in Shandong (S1)and
common fingerprint R
(4)对车前子的提取方法包括煎煮、水浴、温浸、超声、索
氏提取也做了筛选，同时对于提取的时间，药材粉碎的粗细
也进行了考察。发现用温浸法时，成分不容易被提取;又发
现煎煮时，因煎煮条件控制时难以保持一致，因而造成图谱
较难保持一致;在索氏提取中，分别考察了甲醇、50%甲醇、
50%乙醇三种不同溶剂提取后，发现成份提取效果仍不佳，
最后采取车前子粉末过筛，超声 1 h，再用旋转蒸发仪蒸干，
甲醇定容，发现其出峰稳定，且重现性较好。
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5802139 卷 20 期 徐秀泉等 响应面法优化茅苍术多糖的提取工艺