全 文 ：中 国 酿 造
2014年 第 33卷 第 9期
总第 271期
收稿日期：2014-07-10
基金项目：黑龙江省科学院青年创新基金资助项目（ZRS20131220）；黑龙江省财政厅应用技术研究专项（kxy20121220）
作者简介：李梦莎（1986-），女，研究实习员，硕士，研究方向为植物功能产物研究。
黑果腺肋花楸（Aornia mealnocarpaE liot）为蔷薇科
（Roseeeae）腺肋花楸属多年生落叶灌木，高约1.5～3.0m，
果实为紫黑色浆果。该植物原产于美国东北部，波罗的海沿
岸至太平洋沿岸均有广泛分布[1]。该树种适应性强、结果
早、见效快、树形美观、耐寒耐旱、经济价值高，果实富含多
种营养物质，花色苷含量达1%左右，余下的黄酮类化合物
为0.25%～0.35%，多酚类物质总含量达2.5%～3.5%，在植
物中含量很高，此外还含有多种维生素、矿物质元素、有
机酸、三萜类化合物、胡萝卜烃类化合物等。近几年，美国
伊利诺斯州立大学功能食品项目的研究人员经研究发
现，黑果腺肋花楸果实具有保健作用，果实提取物对宫颈
癌、肝癌、白血病、心脏病、高血压等疾病具有特殊的疗效，
因此在欧美地区广泛应用于医药和食品工业。因此，黑果
腺肋花楸是集食用、药用、园林和生态等价值于一身的珍
贵林下经济树种。
花色苷是植物中分布最为广泛的一种色素，它存在
于类黄酮类物质中[2]，具有很强的抗氧化能力，具有提高
免疫力、抗衰老、抗癌、抗心血管疾病、促进视红素再合成
等多种生理活性[3-8]，它作为一种重要的食品添加剂，在医
药以及食品行业已经广泛应用。超声波辅助提取花色苷技
术是近些年新发展的一门技术，超声波辅助技术不但可以
缩短提取时间、提高提取效率，节约提取成本等优点[9-10]，
而且可以提高产物的纯度等[11-12]。近些年来，超声波辅助
技术提取天然产物的研究已经有了很多，但是对于黑果
腺肋花楸花色苷的提取却鲜有报道。本研究采用超声波
辅助提取技术对黑果腺肋花楸果的花色苷进行提取工艺
的研究，并且利用响应面分析法以期获得最优的提取工
艺，能够得到最佳的提取效果，为黑果腺肋花楸中花色苷
的开发利用提供优良工艺和试验方法。
1 材料与方法
1.1材料与试剂
黑果腺肋花楸果实：吉林省延吉市。
无水乙酸钠、氯化钾、盐酸、无水乙醇等均为分析纯：
南京化学试剂有限公司。
1.2仪器与设备
S-25精密pH计：上海理达仪器厂；UV-1700型紫外可
响应面法优化超声提取黑果腺肋花楸花色苷工艺的研究
李梦莎
（黑龙江省科学院 自然与生态研究所，黑龙江 哈尔滨 150040）
摘 要：为优化超声提取黑果腺肋花楸花色苷的工艺条件，在对料液比、提取温度、乙醇体积分数、提取时间、超声功率5个单因素试
验的基础上，采用Minitab15.0软件设计回归正交试验，用响应面法分析优化各因素及其相互作用对花色苷得率影响的最佳组合，得
出超声提取黑果腺肋花楸花色苷最佳提取参数为提取液乙醇体积分数80%，提取温度50℃，提取时间48min，在此条件下黑果腺肋
花楸果花色苷提取量为39.80mg/g。
关键词：黑果腺肋花楸；花色苷；超声提取；响应面法
中图分类号：F407.82 文献标识码：A 文章编号：0254-5071（2014）09-0129-05
doi:10.11882/j.issn.0254-5071.2014.09.031
OptimizationofultrasonicextractiontechnologyofanthocyaninsfromAorniamelanocarpaElliotb
responsesurfacemethod
LIMengsha
(InstituteofNaturalResources,HeilongjiangAcademyofSciences,Harbin150040,China)
Abstract:TooptimizetheultrasonicextractionconditionsofanthocyaninsfromAorniamela ocarpa,thefactorofsolid-liquid atio,ethanolcontent,
extraction temperature and extraction time and ultrasonic power was optimized bysingle factor experiment. The design was made by Minitab 15.0
software,andtheeffectofvariousfactorsandtheirinteractioneffectonanthocyaninsextractionratewereanalyzedbyresponsesurfacemethod.Re-
sultshowedthattheoptimumultrasonicextractionparameterswereethanolcontent80%,temperature50℃,time48min.Onthisextraction condi-
tion,thecontentofanthocyaninsfromA.melanoc rpawas39.80mg/g.
Keywords:Aorniamealnocarpa;anthocyani;ultrasonicextraction;responsesurfacemethodology
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见分光光度计：日本岛津分析仪器公司；HH-6型电热恒温
水浴锅：常州国华电器有限公司；KQ5200DE型数控超声
波清洗器：昆山市超声仪器有限公司。
1.3实验方法
1.3.1花色苷含量的测定
称取1g黑果腺肋花楸果实，料液比1∶10（g∶mL），在室
温条件下用酸性乙醇（盐酸含量为0.3%的乙醇）浸提，真
空抽滤，取1mL提取液分别用pH1.0和pH4.5缓冲液定容
至25mL容量瓶。利用花色苷的结构特性，当pH值为1.0时
在波长520nm处有最大吸收峰，而当pH值为 4.5时，花色
苷转变为无色查尔酮形式，在波长520nm处无吸收峰，用
pH示差法[13]测定溶液中总花色苷含量，计算公式如下：
C=
（A0-A1）×V×n×M
ε×m
式中：C为总花色苷含量，mg/g；m为样品质量，g；A0、A1分别
为pH1.0、pH4.5时花色苷在波长520nm处的吸光度
值；V为提取液总体积，mL；n为稀释倍数；M为
Cy-3-Glu（矢车菊素-3-葡萄糖苷）的相对分子质量，449；
ε为Cy-3-Glu的消光系数，29600。
1.3.2超声提取花色苷的单因素试验
取1g黑果腺肋花楸，利用超声波辅助技术对提取时
间、乙醇体积分数、超声功率、料液比及提取温度进行单
因素试验。
1.3.3超声提取花色苷的响应面试验
分析单因素影响试验结果，选择对提取花色苷影响
显著的乙醇体积分数、提取温度、提取时间3个影响因素
为自变量，以花色苷提取量为响应值，采用Minitab15.0软
件中Box-Behnken方法设计3因素3水平的响应面分析，试
验因素和水平见表1。
2 结果与分析
2.1乙醇体积分数对花色苷提取的影响
称取1g黑果腺肋花楸，料液比1∶10（g∶mL），超声功率
为80W，提取温度50℃、提取时间30min，分别在乙醇体
积分数为0、20%、40%、60%、80%、100%的条件下超声波
作用30min，考察对花色苷提取的影响，结果见图1。
由图1可知，花色苷的提取量随着乙醇体积分数的增加
而增加，当乙醇体积分数达到80%时花色苷提取量达到最大
值，之后呈现下降的趋势，乙醇体积分数＜20%时，花色苷
的提取量比较低，这是因为当乙醇体积分数较低时，糖、果
胶和其他水溶性色素溶解性好，影响了花色苷的溶解，导致
提取效果差[14]；而当乙醇体积分数＞80%时，由于极性过低
反而不利于花色苷的溶解[15]。因此，乙醇体积分数80%为宜。
2.2超声功率对花色苷提取的影响
称取1g黑果腺肋花楸，乙醇体积分数为80%、料液比
1∶10（g∶mL），提取温度50℃，分别在超声功率为0、40W、
60W、80W、100W的条件下作用30min，考察超声功率对
花色苷提取的影响。
由图2可知，当超声功率＜80W时，花色苷的提取量
随着超声功率的升高而升高，80W时花色苷的提取率达
到最大，当超声功率＞80W时花色苷提取率显著下降。这
是因为随着超声功率的增加，溶剂中形成无数的气泡并
迅速内爆，加速了黑果腺肋花楸果细胞壁的破裂和溶剂
的渗入，从而提高了提取效率。但当超声功率继续增大时，
花色苷提取率逐渐下降，这是因为随着超声功率的提高，
气泡数量增加而爆破冲击力减弱，空化效应减弱。所以选
用超声功率为80W。
2.3提取时间对花色苷提取的影响
称1g黑果腺肋花楸果，乙醇体积分数为80%、料液比
表1 响应面试验因素与水平
Table 1 Factors and levels of response surface methodology
-1 70 45 40
0 80 50 50
1 90 55 60
水平 A乙醇体积分数/% B提取温度/℃ C提取时间/min
图1 乙醇体积分数对提取黑果腺肋花楸花色苷的影响
Fig. 1 Effect of ethanol concentration on extracting rate of
anthocyanin from A. mealnocarpa
图2 超声功率对提取黑果腺肋花楸花色苷的影响
Fig. 2 Effect of ultrasonic power on extracting rate of anthocyanin
from A. mealnocarpa
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1∶10（g∶mL），在超声功率80W、温度50℃的条件下分别超
声作用10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min，考
察提取时间对花色苷提取的影响。
由图3可知，当提取时间＜50min时，随着提取时间的
延长，花色苷提取量增加；当提取时间＞50min时，花色
苷提取量减少，对于有些花色苷色素类物质，有机溶剂不
能渗透进细胞壁和细胞膜中，因此不能将提取物从细胞
器中溶解出来，通过超声波的辅助提取以后，细胞器中的
物质可以很容易的被有机溶剂溶解出来，从而降低了生
成成本，提高了提取效率。因此，选择50min作为花色苷提
取最佳时间。
2.4提取温度对花色苷提取的影响
称取1g黑果腺肋花楸果，乙醇体积分数80%、料液比
1∶10（g∶mL），在超声功率80W、提取时间50min的条件下，
考察提取温度分别为20℃、30℃、40℃、50℃、60℃对花
色苷提取的影响。
由图4可以看出，随着温度的上升，花色苷的提取量
也逐渐的上升，当温度达到50℃时，花色苷的提取量达到
最高，当温度继续升高，花色苷的提取量下降，这是因为
花色苷属于耐热性较差的物质，当在高温环境中，花色苷
类物质会发生结构改变，导致提取量降低，因此选择50℃
作为花色苷提取最佳温度。
2.5料液比对花色苷提取的影响
称取1g黑果腺肋花楸果，以乙醇体积分数80%为提取
溶剂，在超声功率80W、提取时间50min、提取温度50℃
条件下，考察料液比为5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1（g∶mL）条
件下对花色苷提取的影响。
由图5可以看出，随着料液比的增加，花色苷提取率增
大，当料液比为10∶1（g∶mL）时花色苷提取量最高，可以很
好的节约成本，降低溶剂的使用量，因此选择料液比为
10∶1（g∶mL）。
2.6响应面法优化超声提取黑果腺肋花楸花色苷的工艺
在单因素试验基础上，选择乙醇体积分数、提取温度、
提取时间3个影响因素，以花色苷提取量为考察指标，根据
图3 超声时间对提取黑果腺肋花楸花色苷的影响
Fig. 3 Effect of extracting time on extracting rate of anthocyanin
from A. mealnocarpa
图4 提取温度对提取黑果腺肋花楸花色苷的影响
Fig. 4 Effect of extraction temperature on extracting rate of
anthocyanin from A. mealnocarpa
图5 料液比对提取黑果腺肋花楸花色苷的影响
Fig. 5 Effect of material liquid ratio on extracting anthocyanin of
Aornia mealnocarpa
表2 响应面试验设计及结果
Table 2 Experiment design and results of response surface
methodology
试验号 A B C Y花色苷提取量/（mg·g-1）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
0
0
0
0
0
0
0
-1
-1
1
1
0
0
0
0
-1
1
-1
1
0
0
0
0
0
0
0
-1
-1
1
1
-1
-1
1
1
0
0
0
32.1000
34.1625
30.5625
36.1125
31.3125
35.4000
30.8625
33.4875
35.2125
38.3250
37.0125
36.1125
39.8025
39.9975
39.1063
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Box-Behnken中心组合试验设计原理，采用3因素3水平的
响应面分析法优化超声提取黑果腺肋花楸花色苷工艺，
试验设计及结果见表2，回归方程的方差显著性分析结果
见表3。
利用Design-Expect软件对试验数据进行分析，各因素
经回归拟合后，得到黑果腺肋花楸花色苷提取量对乙醇
体积分数、提取温度及提取时间的二次多项回归方程：
Y=-468.935+7.73083A+4.67583B+2.98021C-
0.0515052A2- .0500208B2-0.0171927C2+
0.0174375AB-0.00365625AC-0.0200625BC
由表3可知，模型回归效果显著，决定系数R2=99.01%，
说明该模型拟合程度良好。自变量与响应值之间的线性
关系显著，可用于试验的理论预测，方程的一次项、二次
项以及交互项对响应值的影响显著（P＜0.05），误差的影
响不显著（P＞0.05）。
使用Mathematica5.0软件对回归方程进行分析，得出
超声提取黑果腺肋花楸花色苷的最佳提取工艺条件为
乙醇体积分数82.0529%，提取温度51.4268℃，提取时间
47.9405min，在此条件下黑果腺肋花楸花色苷提取率的预
测值为39.893。考虑到实际操作的的可行性，选取最佳参
数为乙醇体积分数80%，提取温度50℃，提取时间48min，
在此最佳培养条件下对预测值进行验证，实际测得黑果
腺肋花楸花色苷含量为39.80%，与预测值基本一致，验证
了模型的可靠性。
图6分别表明乙醇体积分数、提取温度以及提取时间
三个因素对黑果腺肋花楸花色苷提取的影响。由图6可知，
当乙醇体积分数为80%时，在提取温度47～53℃，提取时
间为43～54min时提取量达到最大。当提取时间为48min，
在乙醇体积分数为77%～85%，提取温度47～53℃时提取
量达到最大。在提取温度为50℃条件下，乙醇体积分数为
77%～85%，提取时间为43～55min时提取量达到最大。
3 结论
本试验对乙醇体积分数、提取温度、提取时间、料液
比、超声功率这五个因素对黑果腺肋花楸花色苷提取过程
中的影响进行了研究，然后再利用响应面分析法对乙醇
体积分数、提取温度、提取时间进行了优化，确定黑果腺肋
花楸花色苷提取最佳提取条件为乙醇体积分数80%，提取
温度50℃，提取时间48min。在此条件下黑果腺肋花楸冻
果花色苷含量约为39.80mg/g。因此，利用响应面分析方法
对超声提取黑果腺肋花楸花色苷工艺进行优化，可获得
最优的工艺参数，能有效减少工艺操作的盲目性，从而为
进一步的试验研究奠定基础。
参考文献：
[1]韩文忠，马兴华.黑果腺肋花楸的生物学特性和应用价值[J].辽宁林
表3 响应面二次回归模型方差分析
Table 3 Variance analysis for response surface quadratic
regression model
方差来源 自由度 平方和 均方和 F值 P值
模型
A
B
C
AB
AC
BC
A2
B2
C2
残差
失拟项
纯误差
合计
9
1
1
1
1
1
1
1
1
1
5
3
2
14
141.68
25.65
0.86
0.96
3.04
0.53
4.03
97.95
5.77
10.91
1.42
0.98
0.44
143.10
15.74
25.65
0.86
0.96
3.04
0.53
4.03
97.95
5.77
10.91
0.2841
0.3272
0.2195
55.41
90.28
3.03
3.39
10.70
1.88
14.17
344.76
20.32
38.42
1.49
0.0002
0.0002
0.1421
0.1250
0.0222
0.2284
0.0131
<0.0001
0.0064
0.0016
0.4256
图6 各因素交互作用对花色苷提取率影响的响应面图及等高线图
Fig. 6 Response surface plot and contour line of effect of interaction
among each factors on anthocyanins extraction rate
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《中国酿造》杂志征稿启事
《中国酿造》创刊于1982年，是由中国商业联合会主管，中国调味品协会及北京食品科学研究院主办的综合性科技期刊。并历
次被评为全国中文核心期刊，中国科技核心期刊，《中国知网》重点收录期刊，《万方数据库》全文收录期刊，《中文科技期刊数据库》
来源期刊，美国《化学文摘》收录期刊，也是学位与研究生教育的中文重要期刊。
本刊主要面向全国各大高等院校、科研院所、各级党政机关、相关企事业单位的广大专家学者、工程技术人员、本科生、硕士博
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欢迎踊跃投稿！
网站：www.chinabrewing.net.cn邮箱：z nzzz@163.com电话：010-83152738/83152308
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评价；（4）食品添加剂在酿造行业的应用；（5）现代高新检测技术在酿造行业的应用；（6）酿酒产品开发、生产管理及产品质量安全
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的筛育与人工诱变、杂交选育及基因工程改造研究；（10）生物质能源的开发利用及规模化制备；（11）传统发酵食品生产工艺改进、
微生物菌种改良、发酵机理及规模化生产研究；（12）食品及发酵工业废水、废渣处理及综合利用；（13）益生菌及功能型发酵乳制品
研究与开发；（14）行业实用技术、政策、法规、标准及行业动态和最新举措等。
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位、研究方向或目前主要从事的工作、邮箱、联系电话）。（2）稿件要求8000字以内，须有中图分类号，文献标志码，中英文标题、单位、
作者，并有200～300字的中英文摘要和5～8个关键词，标题、摘要、表题、图题请用中英文对照。摘要内容应包括研究目的、方法、结
果和结论；综述文章可写指示性摘要。（3）来稿内容涉及配方时，应写明配料的名称和配比，勿用代号；工艺过程要完整，不要省略；
插图、表格需放在正文相应地方，不要集中；引用的图表要有出处，计量要用法定单位。（4）文稿参考文献一般研究论文约25篇参
考文献，不可少于20篇，综述论文不少于35篇。研究性论文和综述性论文中近5年文献不少于参考文献总数的一半，外文文献不少
于5篇，期格式请参照GT/T7714—2005《文后参考文献著录规则》。（5）来稿必须是最新的、作者自身创造性的科研成果，且是在中
外文正式刊物上未发表的论文。本刊严禁一稿多投、重复内容多次投稿、不同文种重复投稿。（6）我刊以实现对所有来稿的文字复
制比对工作，若文字复制比超过30%的稿件我刊不予采用。（7）稿件一经录用，即被认为同意收录于《中国学术期刊（光盘版）》、万
方数据库等，同意入编数据库及上网发布，与此有关的作者著作权使用费与稿酬一次性给付。作者如有异议，请在投稿时声明。
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