全 文 ：102 2014, Vol.35, No.02 食品科学 ※工艺技术
响应面法优化海蓬子皂苷提取工艺条件与
生物活性研究
梁 彬，李 娟，余 杰*，陈美珍
（汕头大学理学院生物 学系，广东 汕头 515063）
摘 要：响应面分析法优化海蓬子皂苷提取工艺，初步鉴定海蓬子皂苷的 结构，并探讨其对α-葡萄糖苷酶与胰脂肪
酶的体外抑制活性。海蓬子皂苷最佳提取条件为料液比1∶27（g/mL）、乙醇体积分数62%、超声时间30 min。在此
条件下，海蓬子皂苷的提取量为10.14 mg/g；显色反应和红外光谱初步分析表明，海蓬子皂苷为四环三萜类皂苷；
体外实验表明，经纯化的海蓬子皂苷提取物对α-葡 萄糖苷酶和胰脂肪酶均有较强抑制作用，并呈剂量效应，对α-葡
萄糖苷酶、胰脂肪酶的抑制率分别达到68.20%和84.28%。该结果提示海蓬子皂苷可能具有阿卡波糖样的降血糖机
制以及降血脂的功效。
关键词：海蓬子；皂苷；响应面分析法；α-糖苷酶；胰脂肪酶
Optimization of Extraction Conditions for Saponin from Salicornia herbacea by Response Surface Method
and Its Biological Activity
LIANG Bin, LI Juan, YU Jie*, CHEN Mei-zhen
(Department of Biology, College of Science, Shantou University, Shantou 515063, China)
Abstract: Response surface methodology was used to optimize the extraction process for saponins from young leaves
of Salicornia herbacea. The saponions extracted were structurally characterized and evaluated for inhibitory effect on
α-glucosidase and pancreatic lipase in vitro. Our results indicated that the optimal extraction conditions were material-to-
liquid ratio of 1:27 (g/mL), ethanol concentration (V/V) of 62%, and ultrasonification time of 30 min. Under these extraction
conditions, maximum yield of saponins of 10.14 mg/g was obtained. Color reaction and infrared spectral analysis showed
that the basic structure of saponins from Salicornia herbacea was tetracyclic triterpene saponin. The purified saponins had a
strong inhibitory effect on both α-glycosidase and pancreatic lipase in vitro in a dose-dependent manner, and the maximum
inhibitory rates were 68.20% and 84.28%, respectively. These results suggest that saponins from Salicornia herbacea may
have similar hypoglycemic mechanism and hypolipidemic effect to acarbose.
Key words: Salicornia herbacea; saponin; response surface methodology; α-glycosidase; pancreatic lipase
中图分类号：TS209 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）02-0102-06
doi:10.7506/spkx1002-6630-201402019
收稿日期：2013-08-07
基金项目：广东省科技计划项目（2010B020201015）；汕头市科技计划项目（2011-156）
作者简介：梁彬（1988—），女，硕士研究生，研究方向为天然活性物质。E-mail：11bliang@stu.edu.cn
*通信作者：余杰（1955—），男，副教授，学士，研究方向为功能食品研究与开发。E-mail：jyu@stu.edu.cn
皂苷是一类以三萜或甾体为苷元，具有较高分子质
量的糖苷类化合物，它广分布于植物中，是一类具有多
种生理功能、高药理活性的天然化合物[1]。研究证实，皂
苷具有降血脂、抗氧化、抗动脉粥样硬化、免疫调节、
抗菌抗病毒等作用[2-4]，可应用于医药和功能食品等。因
此，对皂苷的研究已成为国内外的热门领域。
海蓬子为藜科盐角草属的无叶茎肉质化真盐生植
物，亦称为海芦笋，原产美洲盐沼地[5]，在中国东南沿
海地区也已引种成功并规模化栽培[6]。素有“海人参”
和“植物海鲜”之美誉，是一种利用海水灌溉种植的保
健、无公害的绿色时令蔬菜[7]，其色泽如翡翠、口感脆
嫩，具有独特鲜美的海鲜风味，成为消费者的新宠。海
蓬子富含膳食纤维、维生素等营养成分和黄酮类、甾
醇、皂苷等生理活性物质[8]，药用和保健价值高，具有抗
癌、降血糖、减肥和防治便秘等功效[9-11]。日、美等一些
国家将海蓬子作为高档保健蔬菜食用，相继开发了降血
脂减肥茶和生物盐等产品。
海蓬子嫩尖组织中含微量皂苷，能显著降低血管壁
※工艺技术 食品科学 2014, Vol.35, No.02 103
上的胆固醇。有研究发现，海蓬子的50%乙醇提取物能
使营养性肥胖ICR小鼠减肥，并具有降血脂和降血糖作
用[12-13]。但目前国内外对海蓬子生理活性的研究才刚刚
起步，有关其皂苷活性成分研究鲜见报道。为此，本研
究采用响应面分析法对海蓬子皂苷的提取工艺条件进行
优化，对其皂苷结构作了初步鉴定，并通过在体外建立
酶反应体系，考察该成分对α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶的
抑制效果，以评价海蓬子皂苷的降血糖和调血脂活性，
从而探讨海蓬子开发成高血糖人群或肥胖症人群日常保
健食品的可行性。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
海蓬子嫩茎由汕头市南澳试验站提供，洗净后于
60 ℃烘干，粉碎过40目筛。再用石油醚浸泡除色素，得
海蓬子固体粉末，密封保存，备用。
齐墩果酸标准品 中国食品药品检定研究院；
对硝基苯基-β-D-吡喃葡萄糖苷（p-nitrophenyl-β-D-
glucopyranoside，PNPG） 德国西德伊默克公司；
猪胰脂肪酶、α -葡萄糖苷酶 美国Sigma公司；阿
卡波糖 拜耳医药保健有限公司；NaH2PO4�2H2O、
Na2HPO4�12H2O、乙醇等试剂均为国产分析纯。
1.2 仪器与设备
NJL07-5超声波细胞粉碎机 南京杰全微波设备有
限公司；Universal 320R台式冷冻离心机 德国Hettich公
司；低温冷冻干燥机 上海比朗仪器有限公司；HH-2
型恒温水浴锅 国华电器有限公司；DBS-100电脑全自
动部分收集器 上海沪西分析仪器厂；2100型UV-2100
分光光度计 龙尼柯（上海）仪器有限公司；RE-52AA
旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂；真空干燥箱 上海
一恒科学仪器有限公司；高速万能粉碎机 天津市泰斯
特仪器有限公司。
1.3 方法
1.3.1 海蓬子皂苷的提取工艺
海蓬子干粉→60%乙醇水溶液超声提取→提取液离
心→减压浓缩→乙醚萃取分离脱脂→上清液浓缩至干→
甲醇溶解定容至25 mL→稀释后显色测定含量
1.3.2 皂苷含量的测定
采用香草醛比色法。以齐墩果酸为标准物，试剂的配
制和标准曲线绘制等参照文献[14]进行。经测定得到标准
曲线方程为y=0.005 5x－0.095 2，相关系数R2=0.999 9。
1.3.3 海蓬子皂苷提取单因素试验
分别以不同的乙醇体积分数、料液比、提取时间
为单因素进行试验，考察各因素对海蓬子皂苷提取量
的影响。
1.3.4 响应面优化试验
在单因素试验基础上，选取料液比、提取温度、提取
时间作为Box-Behnken设计的自变量，海蓬子提取量为响应
值进行响应面优化组合，因素水平设计见表1。
表 1 Box-Behnken试验因素水平编码表
Table 1 Coded levels for independent variables used in Box-Behnken design
因素 编码值 水平－1 0 1
料液比（g/mL） A 1∶20 1∶25 1∶30
乙醇体积分数/% B 50 60 70
超声时间/min C 20 30 40
1.3.5 海蓬子皂苷的纯化
在以乙醇为溶剂提取皂苷过程中，海蓬子中一些极性
与之相近的物质也随之被提取出来，导致皂苷提取物纯度
低、色泽差[15]。因此，采用大孔吸附树脂对皂苷粗提物进
行纯化，纯化后的皂苷提取物作为生物活性试验的试样。
大孔树脂洗脱的洗脱条件为依次用蒸馏水、0.2%碱
液和水洗至中性，然后再用30%乙醇及60%乙醇进行洗
脱，收集60%乙醇洗脱液，浓缩后冷冻干燥得到样品。
经大孔吸附树脂纯化后，海蓬子皂苷提取物纯度由
7.403%提高至52.8%，得率为44.7%。
1.3.6 皂苷结构的初步鉴定
将通过大孔吸附树脂处理后的皂苷提取物，用乙酸
乙酯-甲醇溶剂梯度洗脱纯化后进行结构鉴定。
1.3.6.1 皂苷显色反应
氯仿-浓硫酸反应：样品溶于氯仿中，加入浓硫酸
后，氯仿层呈红色或蓝色，硫酸层则呈绿色荧光。
Liebermann-Burchard反应：将试样溶于氯仿中，加
入浓硫酸-乙酐（1∶20，V/V）数滴，观察颜色变化。甾
体皂苷呈蓝绿色，三萜皂苷呈红或紫色，可利用此反应
区分甾体皂苷与三萜皂苷[16]。
1.3.6.2 红外光谱分析
取少许海蓬子皂苷纯化样品，用KBr压片，同时做空
白对照，用红外光谱仪在4 000～500 cm－1波数范围扫描
并记录图谱。
1.3.7 海蓬子皂苷体外抑制α-糖苷酶活性实验
1.3.7.1 α-葡萄糖苷酶活力测定
参照王斯慧等的方法 [ 17 ]进行。将α -葡萄糖苷酶
（0.5U/mL，0.6 mL）在37 ℃水浴中孵育10 min，加入底物
PNPG（20 mmol/L，1 mL）以启动反应。体系于37 ℃反应
20 min后，加入1 mL 0.5 mol/L Na2CO3溶液终止反应，然
后于405 nm波长处测定在酶的作用下从PNPG中释放出的
对硝基酚的量。酶活力单位定义为：在37 ℃、pH 6.8条件
下，1 min内水解PNPG释放1 μmol对硝基酚所需的酶量。
1.3.7.2 皂苷提取物抑制α-葡萄糖苷酶活性的测定
参照上述方法，在反应体系中加入不同浓度的 抑制
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剂溶液1 mL，阳性对照为阿卡波糖，空白对照为不加
抑制剂（以蒸馏水补足），其他与抑制剂管操作相同背
景，对照为对应浓度的抑制剂溶液，不加酶液（以蒸馏
水补足）。其他与抑制剂管操作相同，其反应体系如表2
所示，反应终止后用蒸馏水稀释定容至10 mL，于405 nm
波长处测其吸光度，并计算抑制率。酶抑制实验重复
3次，每次3个复管。
表 2 α-葡萄糖苷酶的抑制体系
Table 2 Inhibitory system of α-glucosidase
mL
项目 酶液 抑制剂 PNPG 碳酸钠溶液
空白管 0.6 — 1.0 1.0
空白对照管 — — 1.0 1.0
抑制剂管 0.6 1.0 1.0 1.0
背景对照管 — 1.0 1.0 1.0
注：—.未加该试剂。
抑制剂对α-葡萄糖苷酶的抑制率计算：
A00 =A3－A4 （1）
A01 =A1－A2 （2）
I2/%=（1－A00 /A01）×100 （3）
式中：I2为抑制率/%；A1、A2、A3、A4分别为波长
405 nm处，空白管、空白对照管、抑制剂管和背景对照
管的吸光度。
1.3.8 海蓬子皂苷体外抑制胰脂肪酶活性实验
1.3.8.1 胰脂肪酶活性测定
按照霍世欣等[18]方法进行测定。其中，脂肪酶活力单
位定义为在pH 7.5、温度40 ℃条件下，每分钟催化脂肪水
解生成1 μmol脂肪酸的酶量，定义为一个酶活力单位。
1.3.8.2 对胰脂肪酶抑制作用的测定
按上述脂肪酶酶活测定方法操作，并加入定量脂肪
酶抑制剂（皂苷提取物）后，测定其剩余酶活，重复实
验3次，按以下公式即可计算出胰脂肪酶抑制率。
v′t
cv
X = （4）
I1 /%=（X－X1）/X×100 （5）
式中：X为胰脂肪酶活力/（U/mL）；c为脂肪酸浓
度/（μmol/mL）；v为脂肪酸溶液体积/mL；v’为酶液
用量/mL；t为作用时间/min；I1为抑制率/%；X1为抑制后
的胰脂肪酶活力/（U/mL）。
2 结果与分析
2.1 海蓬子皂苷提取的单因素试验
2.1.1 乙醇体积分数对皂苷提取量的影响
准确称取海蓬子干粉5 g，在超声时间30 min、料
液比1∶20条件下，加入不同体积分数的乙醇溶液提取皂
苷，结果见图1。当乙醇体积分数60%时，皂苷提取量达
到最大值，继续增大乙醇的体积分数，皂苷提取量反而下
降。
5
6
7
8
9
10
50 60 70 80 90
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图 1 乙醇体积分数对皂苷提取量的影响
Fig.1 Effect of ethanol concentration on extraction efficiency of saponin
2.1.2 超声时间对皂苷提取量的影响
5
6
7
8
9
10
10 20 30 40 50
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图 2 超声时间对皂苷提取量的影响
Fig.2 Effect of ultrasonification time on extraction efficiency of saponin
在料液比1∶20、乙醇体积分数60%条件下，考察不
同提取时间对皂苷提取量的影响，结果如图2所示。可
知皂苷提取量随提取时间的延长而提高，提取30 min后
达到最大值，而继续延长提取时间，皂苷提取量反而下
降，这可能因提取时间长，部分皂苷被氧化所致。而在
超声时间超过40 min后，皂苷提取量又有略微上升，这
有可能由于提取时间过长使某些杂质（如色素等）溶出
增多，在测定皂苷含量时造成干扰所致。考虑到超声时
间过长有可能破坏其中皂苷的结构并使杂质过多 溶出，
因此，提取时间不宜过长。
2.1.3 料液比对皂苷提取量的影响
5
6
7
8
9
10
1IJ15 1IJ20 1IJ25 1IJ30 1IJ35
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图 3 料液比对皂苷提取量的影响
Fig.3 Effect of material-to-liquid ratio on extraction efficiency of saponin
※工艺技术 食品科学 2014, Vol.35, No.02 105
在乙醇体积分数60%，超声时间30 min的条件下，考
察不同料液比对皂苷提取量的影响，结果见图3。可看出
皂苷提取量随提取液使用量的增加而增大，当料液比达1∶30
时，提取量达到峰值；料液比1∶35时，皂苷提取量下降，与
料液比1∶25时相近。由于溶剂用量过大，会造成后续处理困
难和成本提高，杂质的溶出也会增多，因此，综合考虑经济
因素和后续工艺的简化，液料比不大于30∶1为宜。
2.2 海蓬子皂苷最优提取工艺条件的确定
应用Box-Behnken试验设计，以料液比、乙醇体积分
数、超声时间作为响应面设计的因素，皂苷提取量为响
应值，采用三因素三水平的响应面分析方法优化海蓬子
皂苷的提取工艺条件，结果见表3～5。
表 3 Box-Behnken试验设计方案及结果
Table 3 The Box-Behnken experimental design and results for
response surface analysis
试验号 A B C 皂苷提取量/（mg/g）
1 －1 －1 0 7.49
2 －1 1 0 8.06
3 1 －1 0 8.47
4 1 1 0 9.07
5 0 －1 －1 8.63
6 0 －1 1 9.11
7 0 1 －1 8.78
8 0 1 1 8.79
9 －1 0 －1 6.39
10 1 0 －1 8.17
11 －1 0 1 7.40
12 1 0 1 8.29
13 0 0 0 10.12
14 0 0 0 10.11
15 0 0 0 10.03
注：1～ 12号是析因试验，13～ 15号是中心试验，用以估计试验误差。
表 4 方差分析
Table 4 Analysis of variance for the fitted regression equation
回归方差来源 自由度 平方和 R2 F值 P值 显著性
回归 9 14.996 0 1.666 23 24.61 0.001 **
一次项 3 3.168 9 1.056 31 15.60 0.006 **
二次项 3 11.571 1 3.857 04 56.97 0.000 **
交叉项 3 0.256 0 0.085 33 1.26 0.382
残差误差 5 0.338 5 0.067 70
失拟 3 0.333 6 0.111 21 45.70 0.021 *
纯误差 2 0.004 9 0.002 43
注：**.极显著水平（P＜ 0.01）；*.显著水平（P＜ 0.05）。下同。
表 5 回归方程系数检验
Table 5 Regression coefficients and theirsignificance in the quadratic model
模型项 回归系数 标准偏差 t值 P值 显著性
常数项 10.0 86 7 0.150 22 67.146 0.000 **
A 0.583 1 0.091 99 6.338 0.001 **
B 0.125 4 0.091 99 1.363 0.231
C 0.201 0 0.091 99 2.186 0.081
A2 －1.539 7 0.135 41 －11.371 0.000 **
B2 －0.274 3 0.135 41 －2.025 0.099
C2 －0.984 4 0.135 43 －7.270 0.001 **
AB 0.007 7 0.133 009 0.060 0.955
AC －0.223 1 0.133 009 －1.715 0.147
BC －0.119 0 0.130 09 －0.915 0.402
对所得数据采用SAS（statistics analysis system）进行回
归分析。从表4的回归方程方差分析结果可知，用上述回
归方程描述各因素与响应值之间的关系时，其因变量和全
体自变量之间的线性关系显著（R2=97.79%），模型的显
著水平P＜0.01，此时二次回归方差模型是极显著的，方
程对试验拟合较好，说明试验方法是可靠的。各因素经回
归拟合后得回归方程：Y=10.086 7＋0.583 1A＋0.125 4B＋
0.201 0C－1.539 7A2－0.274 3B2－0.984 4C2＋0.007 7AB－
0.223 1AC－0.119 0BC。
由回归方程系数显著性检验（表5）可知，因素A对
皂苷提取量线性效应极显著，因素A2、AC显著，说明实
验因子对响应值的影响不是简单的线性关系。另外，回
归方程中二次项的系数为负值，表明回归方程所对应的
抛物线开口向下，存在最大值。同时，根据实验数据绘
出Y值随A、B、C变化的关系图，如图4所示。在实验区
域内有最高点，即实验结果Y在实验区域内有最大值。由
回归模型的响应面图可以看出，皂苷提取量随着各两因
素的增加先呈上升趋势，当各两因素达到某一水平时，
皂苷提取量增加缓慢，随后下降。
综合以上实验结果，依据响应面试验分析得到海蓬
子皂苷的最佳提取工艺条件为料液比1∶27、乙醇体积分
数62%、超声时间30 min。在此工艺条件下进行验证实
验，所得海蓬子皂苷的提取量为10.14 mg/g原料，与模型
所得理论值10.160 9 mg/g原料相近，偏差较小。表明回
归方程能较真实地反映各因素对海蓬子皂苷提取量的影
响，Box-Behnken设计所得到的模型拟合程度高，准确有
效，用于优化筛选海蓬子皂苷提取工艺可行。
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a.料液比与超声时间
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b.料液比与乙醇体积分数
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c.乙醇体积分数与超声时间
图 4 各因素交互作用对提取效果影响的等高线图及响应面
Fig.4 Response surface and contour plots for the interactive effects of
extraction parameters on extraction efficiency of saponin
2.3 皂苷的鉴定
2.3.1 显色反应
样品在氯仿-浓硫酸显色反应中，氯仿层呈红色，硫
酸层出现绿色荧光色，符合皂苷化合物的颜色反应。样
品的乙酸酐-浓硫酸反应呈红色，表明该样品皂苷可能为
三萜类皂苷。
2.3.2 红外光谱分析
100
80
60
40
20
0
4 000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500
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2 0
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1 6
50
1 3
82
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1 0
84
98
8
85
3 79
8
图 5 海蓬子皂苷红外光谱图
Fig.5 IR spectrum of saponin from Salicornia herbacea
从图5可看出，2 024 cm－1处为C≡C键的伸缩振动；
1 650 cm－1处为苯环的C=C键伸缩振动；1 382、1 267 cm－1
分别为C—O键振动吸收峰和O—H键面内弯曲振动的吸
收，为羧基（—COOH）的特征峰，表明化合物中含有
羧酸；1 084 cm－1处为C—OH键的伸缩振动峰；988 cm－1
处为β-D-吡喃糖苷的特征峰[19]，可以推断其含有糖类化合
物；853 cm－1和798 cm－1处为C—H键面外弯曲振动，为
芳香化合物重要特征峰[20]。此外，在1 355～1 392 cm－1和
1 245～1 330 cm－1处各有一个吸收峰，由此可推测海蓬
子皂苷为四环三萜类皂苷[21]。
2.4 皂苷提取物体外对α-糖苷酶活的抑制作用
0
20
40
60
80
100
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图 6 皂苷对α-糖苷酶的抑制曲线
Fig.6 Inhibitory effect of saponin from Salicornia herbacea on
α-glycosidase
由图6可以看出，海蓬子皂苷提取物对α-葡萄糖苷
酶具有明显抑制作用，其抑制率随质量浓度的上升而增
大，呈剂量效应。在其在质量浓度为2 mg/mL时，抑制
率达到68.20%。而阳性对照阿卡波糖为α-葡萄糖苷酶的
抑制剂，是临床上常用的治疗糖尿病药物，其质量浓
度仅为1.50 mg/mL时，对α-葡萄糖苷酶的抑制率即高达
92.30%。本实验结果提示，海蓬子皂苷可能具有阿卡波
糖样的降血糖机制，值得进一步深入研究。
2.5 皂苷提取物对胰脂肪酶的抑制活性
由图7可见，海蓬子皂苷提取物对胰脂肪酶最大
抑制率为84.28%，半抑制浓度（half maximal（50%）
inhibitory concentration，IC50）为1.01 mg/mL。
※工艺技术 食品科学 2014, Vol.35, No.02 107
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图 7 皂苷对胰脂肪酶的抑制作用
Fig.7 Inhibitory effect of saponin from Salicornia herbacea on
pancreatic lipase
3 讨论与结论
3.1 响应面分析法由一组数学和统计学方法组成，可
用于确定各因素及其交互作用在加工过程中对非独立变
量的影响，精确地表述因素和响应值之间的关系，是一
种优化反应条件和加工工艺参数的有效方法，由于其合
理的设计和优良的结果，已被广泛应用。该方法能克服
正交设计只能处理离散的水平值，而无法找出整个区域
上因素的最佳组合和相应值的最优值的缺陷。本实验表
明，运用该方法研究海蓬子皂苷提取工艺参数，求得的
回归方程精度高，能实现多目标同步优化，结果较为准
确可靠，具有实用价值。
3.2 α-葡萄糖苷酶在机体代谢中起着非常重要的作用，
人体对淀粉等多糖类食物的最终消化和吸收都依赖它。
而α-葡萄糖苷酶抑制剂可以竞争性抑制位于小肠内各种
α-葡萄糖苷酶，使葡萄糖的生成和吸收减缓，从而降低
餐后血糖峰值，调节血糖水平[22-23]，是临床治疗糖尿病
的一类药物。因此，从植物中寻找和筛选α-葡萄糖苷酶
抑制剂一直是降糖研究的热点。结果表明，海蓬子皂苷
提取物能有效抑制α-葡萄糖苷酶活性，且呈剂量依赖关
系，提示海蓬子皂苷可能具有阿卡波糖样的降血糖作用
机制。
3.3 胰脂肪酶是水解膳食脂肪的关键酶，可水解50%～70%
的食物脂肪。通过抑制胰脂肪酶活性可以减少人体对饮
食中脂肪的水解和吸收，控制高血脂，对治疗肥胖症及
预防其并发症具有良好效果[24-25]。因此，开发和应用胰脂
肪酶抑制剂作为减肥药物备受关注。本实验表明，海蓬
子皂苷提取物是胰脂肪酶的高效抑制剂，其抑制率高达
84.28%，IC50为1.01 mg/mL，应用价值极高。
综上所述，采用响应面分析法优化海蓬子皂苷的提
取条件合理可行；海蓬子皂苷是对α-葡萄糖苷酶和胰脂
肪酶有抑制活性的天然化合物，深入探讨其作用机制及
构效关系，对相关功能食品和药物的研发有潜在意义。
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