全 文 ：分离与提取
2013年第 39卷第 10期(总第 310期)245
超声波辅助提取中华苦荬菜多酚工艺优化及
不同干燥方式对其得率的影响*
石同同1，陈莹莹2，王颉1，孙剑锋1，郑乾魏1
1(河北农业大学食品科技学院，河北 保定，071000) 2(河北农业大学园艺学院，河北 保定，071000)
摘 要 文中对 50℃烘干的中华苦荬菜多酚进行了超声提取工艺的研究，采用响应面法优化了乙醇浓度(A)、
超声时间(B)和料液比(C)3 个因素，分析并建立数学模型。结果表明:乙醇浓度对中华苦荬菜多酚得率有极显
著影响(P ＜ 0. 01)，料液比具有显著影响(P ＜ 0. 05)。在乙醇体积分数为 60%，超声时间 60 min，料液比为 1∶ 20
(g∶ mL)条件下，多酚得率可达 1. 84%。在最佳提取条件下分别对真空冷冻干燥、红外干燥、自然阴干、烘干及自
然晒干的中华苦荬菜进行提取并测定，试验结果表明:真空冷冻干燥的中华苦荬菜多酚得率高，为 3. 22%，自然
晒干的中华苦荬菜多酚得率低，为 1. 23%，干燥效果依次为冻干 ＞红外干燥 ＞烘干 ＞阴干 ＞晒干。所得回归方
程为 Y = 1. 87 + 0. 18A + 0. 056B + 0. 071C + 0. 067AB － 0. 013AC + 0. 030BC － 0. 36A2 － 0. 057B2 － 0. 18C2。
关键词 中华苦荬菜，多酚，干燥方式，超声提取，响应面
第一作者:硕士研究生(E-mail:naiheyuxue@ 126. com) (王颉为
通讯作者)。
* 国家自然科学基金资助(31071580)
收稿日期:2013 － 07 － 09，改回日期:2013 － 08 － 31
中华苦荬菜(Ixeris chinensis (Thunb. ex Thunb. )
Nakai)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，也是一种药食共用的植
物［1］。中华苦荬菜在我国分布广泛，野生资源丰富，
食用、药用历史悠久，其化学成分及药理作用复
杂［2 － 3］。多酚类物质是一族在结构中含有酚的化合
物，属于植物的次生代谢产物［4］，有研究报道，植物
多酚具有清除体内自由基、抗凝血、抗炎、防癌以及预
防心血管疾病等多种作用。中华苦荬菜中所含成分
十分复杂，常用提取多酚的方法有煎煮法、回流法、浸
渍法，它们具有提取时间长、提取率低且多酚等活性
成分损失量大等缺点。超声波破碎细胞提取法是近
几年新兴的提取方法，具有选择性高、提取时间短、提
取率高、消耗溶剂少等优点［5］，本试验采用响应面优
化法确定中华苦荬菜多酚超声提取最佳条件，并对真
空冷冻干燥、红外干燥、自然阴干、烘干及自然晒干的
中华苦荬菜多酚得率进行了测定。
1 材料和方法
1. 1 材料与仪器
中华苦荬菜，采自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，没食子酸，
福林酚，无水乙醇，碳酸钠均为市售分析纯。
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;HW-3 型红外干燥
箱;DL-101-2 型电热鼓风干燥箱，天津市中环实验电
炉有限公司;TB-215D 分析天平，赛多利斯股份有限
公司(德国，感量为十万分之一)。
1. 2 中华苦荬菜处理方法
新鲜中华苦荬菜洗净，50 ℃条件下烘干至恒重，
粉碎后过 40 目，准确称取中华苦荬菜干粉 2. 000 g，
放入一定体积的乙醇溶液，放入超声波破碎仪，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，再将此提取液稀释 10 倍，精密
称取试验中稀释后的提取液 1 mL，分别加入 0. 5 mL
福林试剂、2 mL 质量分数 10% Na2CO3 溶液，定容至
10 mL，室温下反应 2 h。在 760 nm 出测定反应液的
吸光度。
1. 3 没食子酸标准曲线确定
采用 Folin-ciocalteu法测定总多酚含量［6 － 7］。称
取 25 mg没食子酸，加入到 25 mL 去离子水中，得到
1 mg /mL的没食子酸溶液。吸取 5 mL 1 mg /mL的没
食子酸溶液，定容至 50 mL 容量瓶中，即得 0. 1 mg /
mL的没食子酸溶液，然后配成 0，20，40，60，80，100
μg /mL的没食子酸标液分别标号 0 ～ 6。取不同标样
没食子酸溶液 1 mL，分别加入 0. 5 mL 福林试剂、2
mL 10%Na2CO3 溶液，定容至 10 mL，室温下反应 2
h，以 0 号管为空白用紫外可见分光光度计测定各溶
液在 760 nm处吸光度，以吸光度(y)为纵坐标，没食
食品与发酵工业 FOOD AND FEＲMENTATION INDUSTＲIES
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子酸浓度(x)为横坐标绘制标准曲线。
1. 4 试验设计
1. 4. 1 单因素试验设计
准确称取处理后的中华苦荬菜干粉 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
同体积分数的乙醇，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容量瓶中。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多酚得率，分别确
定最适的乙醇体积分数、超声时间和料液比。
1. 4. 2 响应面试验及优选
根据乙醇体积分数、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. 1. 3
为辅助手段设计响应面试验，选取 Box-behnken 模
型，以多酚得率为响应值，做三因素三水平共 17 个试
验点(5 个中心点)的响应面分析试验。确定中华苦
荬菜最佳的提取条件。
1. 5 中华苦荬菜干燥方法的选择
1. 5. 1 真空冷冻干燥
将采集的中华苦荬菜全草洗净，放入真空冷冻干
燥机的冷冻室，迅速降温至 － 40 ℃，保持 1 h。再将
冻结的中华苦荬菜放入真空干燥室，干燥 8h，至样品
质量不再发生改变，取出冻干的中华苦荬菜粉碎后过
40 目，抽真空包装后备用。
1. 5. 2 红外干燥
将采集的中华苦荬菜全草洗净放入 HW-3 型红
外干燥箱，干燥 2 h，干燥结束取出粉碎后过 40 目，抽
真空包装后备用。
1. 5. 3 阴干
将采集的中华苦荬菜全草洗净，放置到背阴处，
48 h后干燥结束，将阴干的中华苦荬菜粉碎后过 40
目，抽真空包装后备用。
1. 5. 4 烘干
将采集的中华苦荬菜全草洗净，50 ℃条件下烘
干至恒重，粉碎后过 40 目，抽真空包装后备用。
1. 5. 5 晒干
将采集的中华苦荬菜全草洗净，放到太阳直射
下，10 h后质量不再发生变化，干燥结束粉碎后过 40
目，抽真空包装后备用。
1. 6 多酚得率的计算
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多酚的提取率。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
液的多酚浓度 x(μg /mL)。
总得率 z = x × 500 /(2 × 1 000 × 1 000)。
其中，500 为稀释倍数，2 × 1 000 × 1 000 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 没食子酸标准曲线的绘制
根据没食子酸不同浓度标准液得到的吸光度，以
吸光度(y)为纵坐标，没食子酸浓度(x)为横坐标绘
制标准曲线。结果表明没食子酸浓度在 0 ～ 100 μg /
mL内线性关系良好。如图 1 所示，回归方程为 y =
0. 011 2x + 0. 026 5，Ｒ2 = 0. 995 7。
图 1 没食子酸标准曲线
Fig. 1 Standard curve of gallic acid
2. 2 超声提取多酚单因素试验结果
2. 2. 1 乙醇体积分数对多酚得率的影响
精确称取中华苦荬菜粉末 2. 000 g，在料液比
1∶ 20(g∶ mL) ，提取 1 h条件下，分别加入体积分数为
30%、45%、60%、75%、95%的乙醇溶液，进行超声破
碎提取 1 h 后，按 1. 2 方法测定，并计算多酚得率。
试验结果见图 2。
图 2 乙醇体积分数对得率的影响
Fig. 2 Effects of alcohol concentration on extraction rate
从图 2 可知，随着乙醇体积分数的增大，多酚得
率逐渐升高，当乙醇体积分数为 60%时，多酚的得率
达到最大，总得率为 1. 91%，当乙醇体积分数继续增
大时，多酚得率开始下降，主要原因可能是随着乙醇
分离与提取
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体积分数的不断增大，溶液的极性逐渐增大，而中华
苦荬菜中多酚物质的极性是基本恒定的，根据相似相
溶原理，当乙醇体积分数增大到 60%时，如果再继续
增大，则提取液中因为水极性增大导致提取率开始下
降，从而使多酚得率降低。因此选择适宜的乙醇体积
分数为 45%、60%、75%。
2. 2. 2 超声提取时间对多酚得率的影响
精确称取中华苦荬菜粉末 2. 000 g，在料液比
1∶ 20(g∶ mL) ，乙醇体积分数为 60%时，分别提取 15、
30、45、60、75、90 min，按照 1. 2 方法进行测定，并计
算多酚得率。试验结果见图 3。
图 3 超声时间对得率的影响
Fig. 3 Effects of processing time on extraction rate
从图 3 可知，随着超声提取时间的增加，多酚得
率逐渐升高，当超声提取 60 min 时，中华苦荬菜多酚
得率达到最大，此时得率为 1. 93%。当提取时间超
过 60 min时，多酚得率差异性不显著，这可能是超声
提取时间过长，导致中华苦荬菜细胞组织破坏，一些
不溶性的杂质溢出，从而阻止了多酚成分的溶出。因
此选择适宜的超声时间为 45、60、75 min。
2. 2. 3 料液比对多酚得率的影响
精确称取中华苦荬菜粉末 2. 000 g，在乙醇体积
分数为 60%时提取 1 h，分别考察料液比 1∶ 5、1∶ 10、1
∶ 15、1∶ 20、1∶ 25(g∶ mL)对中华苦荬菜多酚得率的影
响。试验结果见图 4。
图 4 料液比对得率影响
Fig. 4 Effects of material-liquid ratio on extraction rate
从图 4 可知，随着料液比的逐渐增大，中华苦荬
菜多酚得率逐渐增大，当料液比为 1 ∶ 20(g∶ mL)时，
总得率达到最大，为 1. 89%。继续增大料液比，多酚
的得率差异性不显著。分析原因可能是由于在超声
波的作用下，中华苦荬菜中所含多酚类物质已经最大
限度溶出，当料液比进一步增大时，其他杂质进入浸
提液，从而阻止了多酚成分的溶出。因此选择最适的
料液比为 1∶ 15、1∶ 20、1∶ 25(g∶ mL)。
2. 3 响应面法优化中华苦荬菜多酚提取工艺
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，选取乙醇体积分数、超声时间
和料液比 3 个因素，采用三因素三水平的响应面分析
方法，因素水平设计见表 1。
表 1 响应面试验因素水平表
Table 1 Factorlal levels of ＲSD
因素
水平
－ 1 0 1
A(乙醇浓度 /%) 45 60 75
B(超声时间 /min) 45 60 75
C［料液比(g∶ mL) ］ 1∶ 15 1∶ 20 1∶ 25
表 2 响应面分析方案及结果
Table 2 Design scheme and results of
central composite test
试验号 A B C 多酚的率 /%
1 － 1 － 1 0 1. 28
2 1 － 1 0 1. 51
3 － 1 1 0 1. 27
4 1 1 0 1. 77
5 － 1 0 － 1 1. 14
6 1 0 － 1 1. 51
7 － 1 0 1 1. 19
8 1 0 1 1. 51
9 0 － 1 － 1 1. 49
10 0 1 － 1 1. 53
11 0 － 1 1 1. 69
12 0 1 1 1. 85
13 0 0 0 1. 84
14 0 0 0 1. 92
15 0 0 0 1. 84
16 0 0 0 1. 85
17 0 0 0 1. 92
应用 Design-Expert 软件进行多元回归拟合分
析，得到中华苦荬菜多酚得率与各因素变量的模型 Y
= 1. 87 + 0. 18A + 0. 056B + 0. 071C + 0. 067AB －
0. 013AC + 0. 030BC － 0. 36A2 － 0. 057B2 － 0. 18C2。
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 A 乙醇浓度对多
酚得率达到极显著水平(P ＜ 0. 01) ，C 料液比对多酚
得率达到显著水平(P ＜ 0. 05) ，二次项 A2、C2 对中华
食品与发酵工业 FOOD AND FEＲMENTATION INDUSTＲIES
248 2013 Vol. 39 No. 10 (Total 310)
苦荬菜多酚得率曲面效应极显著，交叉项对多酚得率 的影响也较显著。
表 3 方差分析表
Table 3 Analysis of extraction rate of flavonoids
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值
模型 1. 08 9 0. 12 23. 80 0. 000 2＊＊
A 0. 25 1 0. 25 50. 06 0. 000 2＊＊
B 0. 025 1 0. 025 5. 03 0. 059 9
C 0. 041 1 0. 041 8. 07 0. 025 0*
AB 0. 018 1 0. 018 3. 62 0. 098 8
AC 6. 250E-004 1 6. 250E-004 0. 12 0. 735 0
BC 3. 600E-003 1 3. 600E-003 0. 71 0. 425 7
A2 0. 54 1 0. 54 108. 8 ＜ 0. 000 1＊＊
B2 0. 014 1 0. 014 2. 72 0. 143 3
C2 0. 13 1 0. 13 26. 20 0. 001 4＊＊
Ｒesidual 0. 035 7 5. 035E-003
Lack of Fit 0. 028 3 9. 375E-003 5. 27 0. 0712not significant
Pure Error 7. 120E-003 4 1. 780E-003
Cor Total 1. 11 16
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，分析乙醇体积分数、超
声时间以及料液比对多酚得率的影响。
图 5 F(A，B)响应面立体图
Fig. 5 F(A，B)Ｒesponse surface perspective view
图 6 F(A，C)响应面立体图
Fig. 6 F(A，C)Ｒesponse surface perspective view
从图 5 ～图 7 可见，乙醇体积分数是影响多酚得
率的主要因素，料液比对其得率的影响次之，超声时
间对其得率的影响较小。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
华苦荬菜多酚提取的最佳方案为乙醇体积分数
图 7 f(B，C)响应面立体图
Fig. 7 F(B，C)Ｒesponse surface perspective view
60%，超声时间 60 min，料液比 1∶ 20(g∶ mL) ，在此工
艺条件下，中华苦荬菜多酚得率的预测值为 1. 86%。
2. 5 最佳提取条件验证试验
为检测响应曲面法所得结果的可靠性，采用上述
优化条件乙醇体积分数 60%，超声时间 60 min，料液
比 1∶ 20(g∶ mL) ，实际平均得率为 1. 85%，与理论值
基本相符。
2. 6 不同方法干燥的中华苦荬菜多酚得率测定
按照中华苦荬菜多酚的最佳超声提取条件，分别
测定真空冷冻干燥、红外干燥、阴干、烘干以及晒干的
中华苦荬菜中多酚得率，如图 8 所示。
图 8 干燥方式对得率的影响
Fig. 8 Effects of drying methods on extraction rate
分离与提取
2013年第 39卷第 10期(总第 310期)249
试验结果表明，真空冷冻干燥的中华苦荬菜多酚
得率最高，为 3. 22%，晒干的中华苦荬菜多酚得率最
低，为 1. 23%，干燥效果依次为冻干 ＞红外干燥 ＞烘
干 ＞阴干 ＞晒干。由此可知，直射光线及空气中长时
间放置对多酚得率的影响非常大，容易使多酚含量因
氧化而降低。真空冷冻干燥中华苦荬菜在干燥前始
终处于低温(冻结状态) ，同时冰晶均匀分布于中华
苦荬菜中，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、多酚的氧化等副作用，因此
真空冷冻干燥方式所得的多酚得率最高。红外干燥
时中华苦荬菜内部水分的湿扩散与热扩散方向是一
致的，从而加速了水分内扩散的过程，也即加速了中
华苦荬菜的干燥进程，因此短时间内就可干燥结束，
从而避免多酚含量的降低。但是考虑到真空冷冻干
燥能耗高，干燥时间长等缺点，而红外干燥具有干燥
效率高，活性成分损失少等优点，因此建议生产上采
用红外干燥的方式，同样能得到较高的多酚含量。
3 结论
采用超声波辅助提取技术对中华苦荬菜多酚进
行提取，通过单因素试验和 Box-Behnken 试验设计及
响应面分析对超声波提取工艺进行优化，得出较优工
艺条件为乙醇体积分数 60%，超声时间 60 min，料液
比 1∶ 20(g∶ mL) ，此时多酚得率可达 1. 85%。用最佳
提取条件分别对真空冷冻干燥、红外干燥、自然阴干、
烘干及自然晒干的中华苦荬菜中的多酚得率进行测
定，试验结果表明真空冷冻干燥的中华苦荬菜多酚得
率高，为 3. 22%，晒干的中华苦荬菜多酚得率低，为
1. 23%，不同干燥方式得率的大小依次为冻干
(3. 22%)＞红外干燥(3. 05%)＞烘干(1. 98%)＞阴
干(1. 75%)＞晒干(1. 23%)。
参 考 文 献
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Optimization of ultrasonic-assisted extracting polyphenols from lxeris
chinensis by response surfase methodology and
drying methods influences on extraction rate
SHI Tong-tong1，CHEN Ying-ying2，WANG Jie1，SUN Jian-feng1，ZHENG Qia-wei1
1(College of Food Science，Agricultural University of Hebei，Hebei Baoding 071000，China) ;
2(College of Horticulture，Agricultural University of Hebei，Hebei Baoding，071000，China)
ABSTＲACT This paper studied ultrasonic extraction of polyphenols from Ixeris Chinensis under 50 ℃ drying． The
response surface methodology was used to establish a models for Alcohol concentration (A) ，Processing time(B)and
Material-liquid ratio(C)． Ｒesults showed that alcohol concentration (P ＜ 0． 01)and material-liquid ratio (P ＜ 0． 05)
had significant affects on extraction rate． The optimum extraction condition was:the ethanol concentration 60%，ratio
of solid to liquid was 1:20，uUltrasonic extraction for 60 minutes． Under the above conditions，the highest rate was1．
84% ． Under the optimum extraction conditions，the vacuum freeze drying，infrared drying，natural shade drying and
natural drying were compared． The results showed that the vacuum freeze-drying has the highest yield of 3． 22% ． The
sun drying yield was the lowest of 1． 22% ． The drying effect order were freeze drying ＞ infrared drying ＞ natural
shade drying ＞ sun drying． The regression equation was Y = 1． 87 + 0． 18A + 0． 056B + 0． 071C + 0． 067AB －
0. 013AC + 0． 030BC － 0． 36A2 － 0． 057B2 － 0． 18C2 ．
Key words ixeris chinensis，polyphenols，drying methods，ultrasonic extraction，response surface methodology