全 文 ：食 品 科 技
FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY提取物与应用
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2014年 第39卷 第01期
收稿日期：2013-07-09 *通讯作者
基金项目：国家自然科学基金项目(31071580)。
作者简介：石同同(1988—)，男，硕士研究生，主要从事农副产品加工利用及转化的研究工作。
石同同1，陈莹莹2，王 颉1*，孙剑锋1，张玉芬1，郑乾魏1
(1.河北农业大学食品科技学院，保定 071000；
2.河北农业大学园艺学院，保定 071000)
摘要：首次研究了真空冷冻干燥中华苦荬菜总黄酮提取工艺，为我国野生中华苦荬菜资源的利
用提供一些依据。采用响应面法优化乙醇浓度A、超声时间B和料液C比3个因素，分析并建立
数学模型。结果表明超声时间对总黄酮提取率达到极显著水平(P<0.01)，料液比对总黄酮提取
率达到显著水平(P<0.05)。在乙醇浓度为45%，超声时间30 min，料液比为1:20条件下，总黄酮
提取率为最高，为3.62%。所得回归方程为Y=3.61+0.12A+0.26B+0.18C+0.037AB+0.11AC+0.21B
C-0.61A2-0.4B2-0.4C2.
关键词：中华苦荬菜；总黄酮；超声提取；响应面
中图分类号：R 282.4 文献标志码：A 文章编号：1005-9989(2014)01-0226-05
Optimization of ultrasonic-assisted extracting fl avonoid content from
Ixeris chinensis by response surfase methodology
响应面法优化超声提取真空冷冻
干燥中华苦荬菜总黄酮工艺研究
参考文献：
[1]　国家药典委员会.中国药典[S].北京:化学工业出版社,
2005:48-49
[2]　王潞,赵烽,刘珂.牛蒡子苷及牛蒡子苷元的药理作用研
究进展[J].中草药,2008,39(3):467-470
[3]　Zhao F, Wang L, Liu K. In vitro anti- inflammatory
effects of arctigenin, a lignan from Arctium lappa L,
through inhibition on iNOS pathway[J]. J Ethnopharmacol,
2009,122:457-462
[4]　Wu JG, Wu JZ, Sun LN，et al. Ameliorative effects of arctiin
from Arctium lappa on experimental glomerulonephritis in
rats[J]. Phytomedicine,2009,16:1033-1041
[5]　秦军伟,李成华,宫元娟.牛蒡成分有效成分提取工艺研
究现状分析[J].食品工业科技,2011,32(7):477-479
[6]　周渭渭,刘振国,单淇,等.牛蒡子中牛蒡子苷元的分离及
结构表征[J].药物评价研究,2010,33(4):279-283
[7 ]　卢孔旭 .牛蒡子苷及苷元的提取和纯化 [ J ] .浙江化
工,2011,42(11):6-8
[8]　董文洪,刘本.超临界流体萃取牛蒡子中牛蒡子苷的实验
研究[J].中国中药杂志,2006,31(15):1240-1241
[9]　武娟霞,王志祥,余祥英,等.牛蒡子中牛蒡苷和牛蒡苷元
的超声提取工艺研究[J].中成药,2010,32(6):927-931
[10]　何安宁,何凡,侯蔷,等.应用酸水解法制备牛蒡苷元的工
艺研究[J].中国现代中药,2012,6(14):43-45
[11]　欧志敏,杨根生,冯海.β-葡萄糖苷酶水解牛蒡子苷制
备牛蒡子苷元[J].药物生物技术,2009,16(5):443-446
[12]　杨艳红,蔡绍皙,郑一敏,等.两步法制备牛蒡子苷元[J].
精细化工,2007,24(9):885-889
[13]　卢彦芳,张福成,安静,等.微波辅助萃取应用研究进展
[J].分析科学报,2011,27(7):246-251
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FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY 提取物与应用
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2014年 第39卷 第01期
中华苦荬菜苦菜(Ixeris chinensis (Thunb. ex
Thunb.) Nakai)为野生绿色蔬菜，是菊科苦苣属的1
年或2年生草本植物[1]，中华苦荬菜含有丰富的营
养成分和生理活性物质，具有较高的营养价值和
保健作用，也是一种药食同源的植物[2]。中华苦荬
菜药用历史悠久，《神农本草经》、《本纲目》
均有记载，具有清热解毒，消肿排脓，凉血化
痪，消食和胃，清肺止咳，益肝利尿之功效[3]，临
床用于治疗急性痢疾、肠炎、痔疮肿痛等症，药
用价值高，中国民间自古作为药材应用。苦菜在
我国分布广泛，野生资源丰富，食用、药用历史
悠久，化学成分及药理作用复杂[4-5]。中华苦荬菜
中主要含有黄酮，倍半萜内酯，三萜类化合物以
及香豆素等活性成分[6-7]，而黄酮类活性成分具有
抗肿瘤、抗氧化、抗衰老、防止心血管疾病的发
生以及降血脂等保健作用[8-9]。
真空冷冻干燥是利用升华的原理进行干燥
的一种技术，是将被干燥的物质在低温下快速冻
结，然后在适当的真空环境下，使冻结的水分子
直接升华成为水蒸气逸出的过程。冷冻干燥得到
的产物称作冻干物(lyophilizer)，该过程称作冻干
(lyophilization)。物质在干燥前始终处于低温(冻结
状态)，同时冰晶均匀分布于物质中，升华过程不
会因脱水而发生浓缩现象，避免了由水蒸气产生
泡沫、氧化等副作用。在红外线线干燥中，由于
被干燥的物料中表面水分不断蒸发吸热，使物料
表面温度降低，造成物料内部温度比表面温度
高，这样使物料的热扩散方向是由内往外的。
同时，由于物料内存在水分梯度而引起水分移
动，总是由水分较多的内部向水分含量较小的
外部进行湿扩散。所以，物料内部水分的湿扩散
与热扩散方向是一致的，从而也就加速了水分内
扩散的过程，即加速了干燥的进程。由于真空冷
冻干燥不同于其他干燥方式，因而得出来的干燥
产品也具有独特的性质，最主要的特点就是结构
疏松而外形并无多大变化，正因为其干燥后具
有独特的结构性质。因此有必要对真空冷冻干
燥的中华苦荬菜单独进行总黄酮提取工艺的研
究，为我国野生中华苦荬菜资源的合理利用提
供一定的理论依据。
1 材料和方法
1.1 材料与仪器
中华苦荬菜：河北农业大学校园内，经河
北农业大学生命科技学院冯大岭教授鉴定，新鲜
中华苦荬菜洗净后速冻到-40 ℃，保持30 min，
之后迅速将速冻的中华苦荬菜全草放入冻干室，
冻干后粉碎过40目，抽真空备用；芦丁标准品：
中国食品药品检定研究院，供UV法测定含量为
92.5%；95%乙醇、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠
均为市售分析纯。
kq-500de型细胞超声破碎仪：昆山市超声仪
器有限公司；WFZ-UV-2800紫外-可见分光光度
计：尤尼科仪器有限公司；真空冷冻干燥机；TB-
215D分析天平：德国赛多利斯股份有限公司，感
量为十万分之一。
1.2 中华苦荬菜处理方法
准确称取真空冷冻干燥的中华苦荬菜干粉
SHI Tong-tong1, CHEN Ying-ying2, WANG Jie1*, SUN Jian-feng1, ZHANG Yu-fen1, ZHENG Qian-wei1
(1.College of Food Science, Agricultural University of Hebei, Baoding 071000;
2.College of Horticulture, Agricultural University of Hebei, Baoding 071000)
Abstract: For the fi rst time researched the optimization of ultrasonic-assisted extracting fl avonoid content
from Ixeris chinensis by response surfase methodology, to provide some basis for the utilization of wild
Ixeris chinensis resources in china. Response surface methodology was used to establishi models for
A alcohol concentration, B processing time and C material-liquid ratio. Results showed that alcohol
concentration (p<0.01) and material-liquid ratio (p<0.05) had signifi cant affects on extraction rate. The
optimum extraction condition on the ethanol concentration 45%, ratio of solid to liquid was 1:20 under
the conditions of ultrasonic extraction of fl avonoid, 30 min, income was the highest, 3.62%. Regression
equation was Y=3.61+0.12A+0.26B+0.18C+0.037AB+0.11AC+0.21BC-0.61A²-0.4B²-0.4C².
Key words: Ixeris chinensis; total fl avonoid; ultrasonic extraction; response surface methodology
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2.000 g，放入一定体积的乙醇溶液，放入超声波
破碎仪，提取后抽滤，抽滤液用60%乙醇定容到
50 mL容量瓶得到中华苦荬菜提取液，精密称取试
验中抽滤后的中华苦荬菜提取液1 mL置于25 mL容
量瓶中，加入1 mL浓度5% NaNO2，震荡摇匀后放
置5 min，再加入1 mL浓度10% Al(NO3)3，震荡摇
匀后放置5 min，再加入4 mL 4% NaOH，用60%乙
醇定容，摇匀后放置15 min后在波长为510 nm下测
定吸光值。
1.3 芦丁标准曲线的测定
准确称取120 ℃干燥过夜的芦丁标准品
0.01080 g，置于50 mL容量瓶中，以60%的乙醇溶
解并定容，得到浓度为0.216 mg/mL的标准液。分
别吸取上述标准液0、1、2、3、4、5 mL于25 mL
的容量瓶中，加入1 mL浓度5% NaNO2，震荡摇匀
后放置5 min，再加入1 mL浓度10% Al(NO3)3，震荡
摇匀后放置5 min，再加入4 mL 4% NaOH，用60%
乙醇定容，摇匀后放置15 min后以第一瓶做空白
在波长为510 nm下测定。
1.4 试验设计
1.4.1 单因素试验设计 准确称取真空冷冻干燥的
中华苦荬菜干粉2.000 g，放入一定体积的乙醇溶
液，放入超声波破碎仪，分别加入不同浓度的乙
醇，按照不同的提取时间、不同的料液比进行超
声提取，提取结束后抽滤，抽滤液用60%乙醇定
容到50 mL容量瓶得到中华苦荬菜提取液按照1.2
测定提取液吸光度。以标准曲线法计算中华苦荬
菜总黄酮提取率，分别确定最适的乙醇浓度、超
声时间和料液比。
1.4.2 响应面试验及优选 根据乙醇浓度、超声时
间和料液比3个单因素试验所确定的水平范围，使
用Design-Expert 7.0为辅助手段设计响应面试验，
选取Box-behnken模型，以总黄酮提取率为响应
值，做3因素3水平共17个试验点(5个中心点)响应
面分析试验。确定中华苦荬菜最佳的提取条件。
1.5 总黄酮提取率的计算
根据标准曲线法将所测定的中华苦荬菜提取
液的吸光度带入回归方程计算总黄酮的提取率。
首先将所测得的吸光度带入回归曲线计算此时
所测定反应液的总黄酮浓度x(μg/mL)，总提取率
z(%)=1250x/(2×1000×1000)×100。
式中：1250为稀释倍数；
2×1000×1000为称取中华苦荬菜质
量，μg(此公式仅适用于此试验)。
2 结果与分析
2.1 芦丁标准曲线的绘制
图1 芦丁标准曲线
Z

Y


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图2 乙醇浓度对总黄酮提取率的影响
根据芦丁不同浓度标准液得到的吸光度。以
吸光度(y)为纵坐标，芦丁浓度(ｘ)为横坐标绘制
标准曲线。结果表明在芦丁浓度为0~41.2 μg/mL
的范围内线性关系良好。如图1所示，回归方程为
y=0.0120x-0.0058，R2=0.9990。
2.2 超声提取总黄酮单因素试验
2.2.1 乙醇浓度对总黄酮提取率的影响 精确称取
真空冷冻干燥中华苦荬菜粉末2.000 g、在料液比
1:20、提取时间30 min条件下，分别加入浓度为
0、15%、30%、45%、60%、75%、90%的乙醇溶
液，进行超声破碎提取30 min后，按照1.2方法进
行测定，并计算总黄酮提取率。试验结果见图2。
从图2可知，随着乙醇浓度的增大，总黄酮提
取率逐渐升高，当乙醇浓度为45%时，总黄酮的
提取率最大，总提取率为3.70%，当随着乙醇浓度
的继续增大，总黄酮提取率开始下降，如果继续
增大乙醇浓度，则提取液中因为水分含量减少而
不能充分提取水溶性总黄酮，从而使总黄酮提取
率降低。因此选择最适的乙醇提取浓度为30%、
45%、60%。
2.2.2 超声提取时间对总黄酮提取率的影响 精确
称取真空冷冻干燥中华苦荬菜粉末2.000 g、在料
液比1:20、乙醇浓度为45%的条件下，分别提取
10、20、30、40、50、60 min，按照1.2方法进行
测定，并计算总黄酮提取率，试验结果见图3。
从图3可知，随着超声提取时间的增加，总
黄酮提取率逐渐升高，当超声提取30 min时，中
华苦荬菜总黄酮提取率达到最大，此时提取率为
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3.73%。当提取时间超过30 min时，总黄酮提取率
基本保持不变，并出现微量的降低趋势，这可能
是超声提取时间过长，导致中华苦荬菜细胞组织
的破坏，使一些不溶性的杂质溢出，从而阻止了
总黄酮成分的溶出。因此选择最适的超声时间为
20、30、40 min。
2.2.3 料液比对总黄酮提取率的影响 精确称取真
空冷冻干燥中华苦荬菜粉末2.000 g，在乙醇浓度
为45%、超声时间30 min条件下，考察不同料液比
对总黄酮提取率的影响，试验结果见图4。
分析，得到中华苦荬菜总黄酮提取率与各因素变
量的模型Y=3.61+0.12A+0.26B+0.18C+0.037AB+0.
11AC+0.21BC-0.61A2-0.4B2-0.4C2运用软件对17个
响应值进行回归分析得到方差分析表，如表3所
示，整体模型P<0.01，该二次方程模型达到了极
显著水平，并且失拟项不显著说明该方程对试验
拟合较好。分析表3可知B超声时间对总黄酮提取
率达到极显著水平(P<0.01)，C料液比对总黄酮提
取率达到显著水平(P<0.05)，二次项A2、B2、C2对
表3 方差分析表
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值
模型 4.37 9 0.49 13.54 0.0012**
A 0.11 1 0.11 3.08 0.1228
B 0.54 1 0.54 15.07 0.0060**
C 0.26 1 0.26 7.22 0.0312*
AB 5.625×10-3 1 5.625×10-3 0.16 0.7039
AC 0.051 1 0.051 1.41 0.2737
BC 0.17 1 0.17 4.80 0.0646
A2 1.57 1 1.57 43.63 0.0003**
B2 0.67 1 0.67 18.75 0.0034**
C2 0.67 1 0.67 18.75 0.0034**
Residual 0.25 7 0.036
Lack of Fit 0.21 3 0.069 6.30 0.0538not significant
Pure Error 0.044 4 0.011
Cor Total 4.62 16
图3 超声时间对总黄酮提取率的影响
图4 料液比对总黄酮提取率影响





    
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从图4可知随着料液比的逐渐增大，中华苦荬
菜总黄酮提取率逐渐增大，当料液比为1:20时，
总提取率达到最大，为3.68%。当继续增大料液
比，总黄酮的提取率基本保持平稳，略有降低。
分析原因可能是由于在超声波的作用下，中华苦
荬菜中所含黄酮类物质已经提取完全，且其他杂
质进入浸提液，从而阻止了总黄酮成分的溶出。
因此选择最适的料液比为1:15、1:20、1:25。
2.3 响应面法优化真空冷冻干燥中华苦荬菜总黄
酮提取工艺
根据Box-behnken中心组合试验设计原理，综
合单因素所得试验结果，选取乙醇浓度、超声时
间和料液比3个因素，采用3因素3水平的响应面分
析方法，因素水平设计见表1。
表1 响应面试验因素水平表
因素
水平
-1 0 1
乙醇浓度/% A 30 45 60
超声时间/min B 20 30 40
料液比 C 1:15 1:20 1:25
应用Design-Expert7.0软件进行多元回归拟合
表2 响应面分析方案及结果
试验号
因素
总黄酮提取率/%
A B C
1 -1 -1 0 2.34
2 1 -1 0 2.58
3 -1 1 0 2.55
4 1 1 0 2.94
5 -1 0 -1 2.56
6 1 0 -1 2.49
7 -1 0 1 2.49
8 1 0 1 2.87
9 0 -1 -1 2.36
10 0 1 -1 2.70
11 0 -1 1 2.51
12 0 1 1 3.68
13 0 0 0 3.50
14 0 0 0 3.70
15 0 0 0 3.65
16 0 0 0 3.50
17 0 0 0 3.71
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中华苦荬菜总黄酮提取率曲面效应极显著，交叉
项对总黄酮提取率的影响也较显著。
2.4 响应面曲面分析
根据回归方程，做出响应面图(见图5~图7)，
考察所拟合的响应面的形状，分析乙醇浓度、超
声时间以及料液比对中华苦荬菜总黄酮提取率的
影响。
为检测响应曲面法所得结果的可靠性，采用
上述优化条件乙醇浓度45%、超声时间30 min、料
液比1:20，实际平均提取率为3.62%，与理论值基
本相符。
3 结论
采用超声波辅助提取技术对真空冷冻干燥
中华苦荬菜总黄酮进行提取，通过单因素试验和
Box-Behnken试验设计及响应面分析多超声波提
取工艺进行优化，得出较优工艺条件为乙醇浓度
45%、超声时间30 min、料液比1:20，此时总黄酮
提取率可达3.62%。所得回归方程为Y=3.61+0.12
A+0.26B+0.18C+0.037AB+0.11AC+0.21BC-0.61A2-
0.4B2-0.4C2。整体模型P<0.01，该二次方程模型达
到了极显著水平，并且失拟项不显著说明该方程
对试验拟合较好。
真空冷冻干燥方式具有其他干燥方式不可
比拟的优点，对比先前烘干中华苦荬菜总黄酮提
取试验发现，真空冷冻干燥的中华苦荬菜最佳总
黄酮提取时间大大缩短，所用乙醇浓度也降低至
45%，因此无论从提取率上来讲，还是从节省试
剂时间角度考虑，真空冷冻干燥中华苦荬菜都具
有其独特的优越性。
参考文献：
[1]　中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志[M].北
京:科学出版社,1997,80(11):251-252
[2]　S Zhang, M Zhao, L Bai, et al. Bioactive guaianolides
from siyekucai (Ixeris chinensis)[J]. Journal of Natural
Products,2006,69(10):1425-1428
[3]　周宏雷,袁久荣.中华苦荚菜化学成分的研究[J].中草
药,1996,27(5):267-268
[4]　Shu Jun ZHANG, Jin Lan WANG, Qi Gang DENG, et
al. New Triterpenes from Siyekucai (Ixeris chinensis)[J].
Chinese Chemical Letters,2006,17(2):195-197
[5]　Ashraf Taha Khalil, Ya-Ching Shen, Jih-Hwa Guh, et al.
Two New Sesquiterpene Lactones from Ixeris chinensis[J].
Chemical and Pharmaceutical Bulletin,2005,53(1):15-17
[6]　王晓飞,王晓静.中华苦葜菜研究进展[J].齐鲁药事,2006,
25(4):238-239
[7]　Khalil A T, Shen Y C, Guh J H, et a1. Two New
Sesquiterpene I. aetonestom Ixeris chinensis[J].Chem Pharm
Bull,2005,53(1):15-17
[8]　程春萍,任秀莲,魏琦峰.反相高效液相色谱测定中华苦
荬菜中的木犀草素等[J].内蒙古石油化工,2005,30(3):
19-21
[9]　王晓飞,王晓静.中华苦荬菜化学成分研究[J].中草药,
2007,28(8):1151-1152
图7 f(B，C)响应面立体图






































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图5 f(A，B)响应面立体图
图6 f(A，C)响应面立体图
从图5~图7可见，超声时间是影响总黄酮提
取率的主要因素，料液比对其提取率的影响次
之，乙醇浓度对其提取率的影响较小。在模型浓
度的范围内选择出发点，按照模型使用快速上升
法进行优化，可得中华苦荬菜总黄酮提取的最佳
方案为乙醇浓度45%、超声时间30 min、料液比
1:20，在此工艺条件下，中华苦荬菜总黄酮提取
率的预测值为3.61%。
2.5 最佳提取条件验证试验