全 文 ：※工艺技术 食品科学 2012, Vol.33, No.22 53
微波法提取紫苏黄酮类物质及其成分分析
张蕾蕾，常雅宁*，夏鹏竣，俞建瑛，徐炎鹏
(华东理工大学生物工程学院，上海 200237)
摘 要：研究微波法提取紫苏黄酮类物质的最佳工艺条件。采用单因素及响应面优化试验，分别考察紫苏粒径、
提取时间、微波温度、乙醇体积分数及料液比对提取率的影响。结果表明：紫苏粒径20目、提取时间70min、温度
71℃、乙醇体积分数61%、料液比1:20(g/mL)时，黄酮得率最高为59.28mg/g。紫苏提取液经柱层析法纯化后，经全
波长扫描和高效液相色谱显示，该物质主要成分为芦丁、木犀草素等。
关键词：微波；紫苏；黄酮类物质；响应面优化；柱层析；全波长扫描；高效液相色谱法
Microwave-Assisted Extraction and Composition Analysis of Flavonoids from Perilla frutescens Leaves
ZHANG Lei-lei，CHANG Ya-ning*，XIA Peng-jun，YU Jian-ying，XU Yan-peng
(School of Biotechnology, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China)
Abstract：Response surface methodology was used to optimize conditions for the microwave-assisted extraction of
flavonoids from Perilla frutescens leaves. The effects of raw material particle size, extraction time, temperature, ethanol
concentration and solid-to-solvent ratio on extraction efficiency were investigated. The optimal conditions for extracting
flavonoids from Perilla frutescens leaves were found to be extraction at 71 ℃ for 70 min with 61% ethanol at a solid-to-
solvent ratio of 1:20 (g/mL) and a raw material particle size of 20 mesh. Under these conditions, the maximum extraction
yield of flavonoids was 59.28 mg/g. The obtained extract was purified by D152 macroporous resin column chromatography
and the purified product mainly consisted of lutin and luteolin as demonstrated by UV absorption spectrometry and HPLC.
Key words：microwave；Perilla frutescens；flavonoids；response surface methodology；column chromatography；full
wavelength scan；high performance liquid chromatography (HPLC)
中图分类号：TS202.1 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2012)22-0053-05
收稿日期：2011-09-05
基金项目：上海市科委重大应用专项(04-027；07-122；09-121)
作者简介：张蕾蕾(1988—)，女，硕士研究生，主要从事食品科学与工程研究。E-mail：trdr58@163.com
*通信作者：常雅宁(1969—)，女，副教授，硕士，主要从事天然产物开发利用、食品添加剂、固体废弃物资源化利用研究。
E-mail：changyn@ecust.edu.cn
紫苏(Perilla frutescens)又名“苏”，属唇形科植物，
在亚洲地区分布广泛，可以作野菜，同时其根、茎、叶
可入药[1]，是我国传统的药食两用植物[2]。药食两用植物
因为长期被人类食用，在安全性、习惯性、普及性和影
响性等方面都优于其他野生植物[3]，同时资源蕴藏量较
大，是可以直接开发的野生植物资源[4]，因此应给予优先
和着重研究开发。紫苏含有多种化学成分，如黄酮、黄
酮苷、花色素苷等16种黄酮类化合物，以及迷迭香酸、
紫苏醛、紫苏酮等[5]。其中，大多数黄酮类化合物具有较
强的抗氧化作用、抗菌及抗病毒活性[6]。大量研究表明，
黄酮类化合物还具有降压、降血脂、抗衰老、提高机体
免疫力等药理活性[7]。
目前，从天然物质中提取黄酮类物质的方法以溶剂
热浸提为主[8]，而微波法用于天然物质有效成分的提取
时，具有节能、省时、高效、提取率高的优点[9]，国内外
利用微波法提取紫苏黄酮的报道较少。本研究通过单因
素和响应面优化试验，优化利用乙醇从紫苏中提取黄酮
类化合物的最佳工艺条件，并对紫苏提取物进行分离检
测，旨在为紫苏黄酮类物质的开发提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
紫苏 浙江龙泉菌蕈研究所；D152大孔树脂 华
东理工大学华昌公司；芦丁(HPLC级) 上海顺勃生物工
程有限公司；木犀草素(HPLC级) 上海晶纯实业有限公
司；甲醇(色谱纯) 上海国药集团化学试剂有限公司；
磷酸(分析纯) 上海凌峰化学试剂有限公司。
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1.2 仪器与设备
YL8023B3微波功率控温仪 上海亚联微波科技有
限公司；LC-2010A型HPLC仪 日本岛津公司；全波长
扫描仪 上海欣茂仪器有限公司；UV5200紫外-可见分
光光度计 上海沪粤明科学仪器有限公司；层析柱及其
配套装置 上海青浦沪西仪器厂。
1.3 方法
1.3.1 紫苏黄酮类化合物的提取
1.3.1.1 工艺流程
紫苏叶60℃烘干→粉碎→密封保存→称取一定质量
紫苏叶粉→加入乙醇→放入微波提取装置→回流提取[10]
1.3.1.2 单因素试验
以乙醇为溶剂，考察料液比(1:5、1:10、1:15、
1:20、1:25、1:30)，乙醇体积分数(40%、50%、60%、
70%、80%)，浸提温度(50、60、70、80℃)，提取时间
(30、40、50、60、70、80、90min)，紫苏粒径(未过筛、
20、40、60目)对黄酮化合物得率的影响[11]。
1.3.1.3 响应面优化试验
在单因素试验的基础上选取3个关键因素：乙醇体积
分数、温度、紫苏粒径进行三因素三水平的响应面优化
设计试验，试验设计见表1[12]。
表 1 微波法提取紫苏黄酮类物质工艺优化响应面试验因素水平表
Table 1 Coded values and corresponding actual values of the
optimization parameters used in response surface analysis
水平 因素
A 提取温度/℃ B 乙醇体积分数/% C 紫苏粒径/目
－1 60 50 未过筛
0 70 60 20
1 80 70 40
1.3.2 提取液中总黄酮含量的测定
采用芦丁标准曲线法，参照文献[13]。
1.3.3 紫苏提取物的纯化
将D152大孔树脂预处理后[14]，湿法装入5cm×24cm
的玻璃层析柱内，装柱16cm。用60%乙醇溶液以0.45mL/
min流速平衡柱子，上样35mL，用同体积分数乙醇以
0.8mL/min流速洗脱，检查流出液在340nm的吸光度，直
至低于0.020为止，收集并分别合并洗脱液。
1.3.4 全波长扫描纯化前和纯化后的紫苏提取液
扫描波长范围：280～500nm，采样间隔1nm[15]。
1.3.5 高效液相色谱(high performance liquid chroma-
tography，HPLC)法分析紫苏提取物中黄酮成分
HPLC条件：色谱柱C18(4.6mm×250mm，5μm)；
流动相为甲醇-0.4%磷酸溶液。柱温35℃，流速1.0mL/
min，紫外检测器，检测波长360nm，进样量10μL[16-18]。
2 结果与分析
2.1 芦丁标准方程
称取芦丁标准品0.0493g，配制得到0.1972mg/mL的溶
液，绘制芦丁标准曲线，得线性回归方程：y=0.4331x－
0.0038；R²= 0.9995。
2.2 单因素试验
2.2.1 提取时间和提取温度对黄酮得率的影响
30 40 50 60 70 80 90
0
10
20
30
40
50
60
43.11
44.19
44.73
45.22
46.43
45.35
44.67
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图 1 提取时间对黄酮得率的影响
Fig.1 Effects of extraction time on the yield of flavonoids
50 60 70 80
0
10
20
30
40
50
60
46.43 47.51 49.62 45.79
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g)
图 2 提取温度对黄酮得率的影响
Fig.2 Effects of extraction temperature on the yield of flavonoids
由图1、2可知，黄酮得率分别在70min、70℃时达到
最大值，随后下降。分析其原因可能是随着时间延长和
温度升高，提取出来的黄酮中氧化性较强的成分或是不
稳定的成分发生氧化分解，致使黄酮含量下降。因此，
选用70min作为最佳提取时间，70℃作为最佳提取温度。
2.2.2 体积分数乙醇和紫苏粒径对黄酮得率的影响
40.98
49.62
57.64
54.87
46.88
60
50
40
30
20
10
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40 50 60 70 80
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g)
图 3 乙醇体积分数对黄酮得率的影响
Fig.3 Eeffects of ethanol concentration on the yield of flavonoids
由图3、4可知，乙醇体积分数和紫苏粒径对黄酮
得率的影响同样都是先升后降，均有最佳值。其原因和
※工艺技术 食品科学 2012, Vol.33, No.22 55
微波萃取的原理有关，因为物料中的极性分子尤其是水
分子是主要的微波能吸收者，可以产生大量热使物料升
温，乙醇体积分数增加减小了料液中水的比例，使物料
升温减慢从而影响了得率。另外高浓度乙醇使细胞内蛋
白质凝固，黄酮不易溶出。同时，微波萃取时，在微波
场作用下，被提取的原料颗粒和提取出来的产物分子在
吸收微波后，分子运动速度加快，同时发生摩擦而使体
系温度升高，尤其在原料颗粒过小时，这种升温作用变
得更加明显，加剧了黄酮分子的破坏。因此，选用60%
乙醇溶液作为溶剂的最佳体积分数，最佳的紫苏粒径为
20目。
60
50
40
30
20
10
0
46.15
57.64
51.66
41.98
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/ (m
g/
g)
图 4 紫苏粒径对黄酮得率的影响
Fig.4 Effects of raw material particle size on the yield of flavonoids
2.2.3 料液比对黄酮的得率的影响
37.70
57.64 58.21 59.10 59.11 59.08
60
50
40
30
20
10
0
1:5 1:10 1:15 1:20 1:25 1:30
咘
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ᕫ
⥛
/ (m
g/
g)
᭭⎆↨(g/mL)
图 5 料液比对黄酮得率的影响
Fig.5 Effects of solid-to-solvent ratio on the yield of flavonoids
由图5可知，料液比1:20时，得率最高，之后得率几
乎不变，而当料液比1:5时，黄酮得率很低。因为溶剂量
少时，不能将原料中的黄酮全部溶解出来，而溶剂量20
倍于原料时，就可将待提物质全部溶解出来。因此，选
择料液比1:20。
2.2 响应面优化试验
运用Minitab软件根据Box-Behnken模型进行试验设
计，选取3个因素，试验中心数为3，试验设计及结果见
表2。
利用Minitab软件对表2中的试验数据进行多元拟合，
得到的黄酮得率对乙醇体积分数、微波温度、紫苏粒径3
个因素的二次回归方程：
Y = 58.6476＋0.3769A＋0.7050B＋3.6501C－
2.0097A2－2.5486B2－9.2933C2－0.2800AB－0.3461AC＋
0.1500BC
表 2 微波法提取紫苏黄酮类物质工艺优化响应面试验设计及结果
Table 2 Experimental design and results for response surface analysis
for optimization of flavonoid extraction
试验号 A B C Y 黄酮得率/(mg/g)
1 －1 －1 0 52.23
2 1 －1 0 53.83
3 －1 1 0 54.43
4 1 1 0 54.91
5 －1 0 －1 43.45
6 1 0 －1 44.61
7 －1 0 1 51.25
8 0 0 1 51.09
9 0 －1 －1 42.38
10 0 1 －1 43.26
11 0 －1 1 50.53
12 0 1 1 52.01
13 0 0 0 58.89
14 0 0 0 58.97
15 0 0 0 59.04
该模型的方差分析结果如表3所示。通过表3知，
该模型回归显著(P＜0.05)，则A、B、C、A2、B2、C2、
AB、AC、BC对试验结果的影响是显著的；从表3可知，
该模型的R2=0.9813，R2Adj=0.9615，说明该回归方程对实
际试验拟合情况较好，各自变量和响应值之间线性关系
显著。
表 3 二次模型回归方程方差分析
Table 3 Analysis of variance for the fitted quadratic regression model
来源 自由度 顺序平方和 调整平方和 调整均方 F值 P值
回归 9 451.745 451.745 50.194 19.85 ＜0.0001
线性 3 133.284 95.922 31.974 7.39 0.001
平方 3 317.799 311.422 103.807 8.42 ＜0.0001
交互作用 3 0.663 0.663 0.221 0.18 0.009
残差误差 5 6.297 6.297 1.259
失拟 3 6.286 6.286 2.095 71.96 0.003
纯误差 2 0.011 0.011 0.006
合计 14 458.043 R2=0.9813；R2Adj= 0.9615
注：P＜ 0.0001为高度显著，P＜ 0.05为显著。
图6是以黄酮得率为响应值，作出的响应曲面图及等
高线图。结合响应曲面的陡缓程度及回归模型的系数可
知，影响提取结果的的因素依次为：紫苏粒径＞乙醇体
积分数＞微波温度。
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60
55
50
45
1
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1
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45.0 47.5
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47.5 50.0
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54 55
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固定水平：乙醇体积分数60%；提取温度70℃；紫苏粒径20目。
图 6 各两因素交互作用对黄酮得率影响的响应曲面图和等高线图
Fig.6 Response surface and contour plots showing the effects of three
extraction conditions on the yield of flavonoids
经M i n i t a b响应优化器分析知，A o p t= 0 . 0 7 0 7，
Bopt=0.1313，Copt=0.1919，即提取温度70.7℃、乙醇体积分数
61.3%、紫苏粒径23.8目时，预测的黄酮得率为59.07mg/g。
为了验证响应面优化结果的可靠性，采用上面得到
的最优试验条件提取紫苏中黄酮。考虑到实际操作中实
验条件的可行性，将最优条件修正为提取温度71℃、乙
醇体积分数61%、乙醇粒径20目，做3个平行实验取其平
均值，得到的黄酮得率为59.28mg/g，与预测结果59.07之
间的相对误差为0.35%，说明该二次回归模型可靠。
2.3 紫苏提取物纯化实验
在初始质量浓度4.137mg/mL时，测其吸附后平衡质
量浓度，再利用200mL 60%的乙醇进行解吸，测其解吸
液浓度，可得D152大孔树脂对紫苏黄酮的吸附率和解吸
率分别为97.69%、94.76%，说明该树脂具有较好的吸附
性与解吸性。另外，得出该树脂的吸附量为11.7mg/g，
约合每毫升湿树脂可以吸附2.925mg黄酮。
2.4 全波长扫描实验
纯化前和纯化后的紫苏提取液的全波长扫描图谱分
别见图7。
由图7可知，紫苏提取液经过纯化后，除去了在410、
440nm左右有吸收峰的物质，查阅资料知，叶绿素在这两
个位置都有吸收峰，可以推断，紫苏提取液经过柱层析
后，除去了叶绿素，得到了纯度较高的黄酮类化合物。
280 300 350 400 450 500
0.173
0.000
0.250
0.500
0.750
1.000
1.250
1.500
1.750
⊶䭓/nm
਌
ܝ
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A
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⊶䭓/nm
਌
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280 300 350 400 450 500
0.121
0.000
0.250
0.500
0.750
1.000 B
图 7 紫苏提取液纯化前(A)和纯化后(B)图谱
Fig.7 UV absorption spectra of crude (A) and purified (B) flavonoids
from Perilla frutescens leaves
2.5 HPLC分析
精确称取芦丁和木犀草素的标准品，用乙醇溶解配
制成质量浓度分别为0.23、0.19mg/mL的木犀草素和芦丁
对照品溶液。将芦丁、木犀草素对照品及纯化过的紫苏
样品分别进样10μL，进行HPLC分析，色谱图见图8。
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0
0
5
10
15
20
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B 2
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0
ᯊ䯈/min
0
10
20
30
40
50
60
m
V
C 1
2
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0
0
5
10
15
20
25
30
35
m
V
ᯊ䯈/min
1.木犀草素；2.芦丁。
图 8 木犀草素(A)、芦丁(B)和紫苏样品(C)的HPLC图谱
Fig.8 HPLC chromatograms of luteolin (A), rutin (B) and purified
flavonoids from Perilla frutescens leaves (C)
由图8可知，紫苏中含有的主要黄酮类物质为芦丁、
木犀草素等。
3 结 论
3.1 通过响应面优化试验确定微波法提取紫苏中黄酮
类化合物的最佳工艺条件：乙醇体积分数61%、料液比
1:20、提取时间70min、加热温度71℃、紫苏粒径过20目
筛。此条件下，黄酮得率为59.28mg/g。验证实验说明最
佳工艺条件下，黄酮的提取率高、稳定性好。
3.2 紫苏提取液经大孔树脂分离纯化后，利用全波长扫
描和HPLC分析可知，紫苏中含有的黄酮类物质主要为芦
丁、木犀草素等。
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