全 文 ：响应面法优化紫苏多糖的水提工艺
陈建斌1，2，李冲伟1，2，*
（1.黑龙江大学生命科学学院微生物黑龙江省高校重点实验室，黑龙江哈尔滨 150080；2.黑龙江大学生命科学
学院食品科学与工程系，黑龙江哈尔滨 150500）
摘 要：采用微波法和响应面分析法（RSM）对中药紫苏籽中多糖的水提工艺进行了优化。紫苏籽经过粉碎和石油醚脱
脂，在单因素实验基础上，选择微波提取功率及提取时间、液料比为自变量，用最陡爬坡路径逼近最大提取率区域后，利
用响应面中心组合优化设计了紫苏多糖的最佳水提工艺。结果表明：紫苏多糖的最佳水提工艺为微波功率 610 W，微波
提取时间 1.31 min、液料比 28.5 ∶ 1，紫苏多糖的提取率为 1.99 %，并对响应面法优化的提取工艺进行了验证，相差率为
0.3 %。本结论为紫苏多糖的研究提供了一种方便快捷的提取方法。
关键词：紫苏多糖；微波提取；响应面法；工艺优化
Optimization of Water Extraction Process of Polysaccharide of Perilla by Response Surface Method
CHEN Jian-bin1，2，LI Chong-wei1，2，*
（1. Laboratory of Microbiology，College of Life Science，Heilongjiang University，Harbin 150080，Heilongjiang，
China；2. Department of Food Science and Engineering，College of Life Science，Heilongjiang University，
Harbin 150500，Heilongjiang，China）
Abstract：In this study， the single factor experiments and the response surface analysis （RSM） were used to
optimize the water extraction process of polysaccharide from basil seed， a kind of Chinese medicine. The basil
seed was smashed and skimmed using aether petrolei， then the single factor experiments were performed using
microwave extraction power and time， material/liquid ratio as independent variables. Finally， the optimal levels
of each factor were determined after the peak response area was impended by the steepest climbing method and
the central composite response test and were carried out at the apogee.The response surface method results showed
that the best extraction process was as follows： microwave power at 610W，microwave extraction time for 1.31min，
and material/liquid ratio at 28.5 ∶ 1，under these conditions， the Perilla polysaccharides extraction rate is 1.99 %，
and the response surface method to optimize the extraction process was verified with 0.3 % difference. This
conclusion was provided a convenient and rapid method for extraction of the polysaccharide.
Key words：Perilla polysaccharide； microwave extraction； esponse surface analysis； technology optimization
基金项目：国家青年科学基金项目（31201412）
作者简介：陈建斌（1990—），男（汉），本科，研究方向：活性物质的分
离提取。
*通信作者：李冲伟（1977—），男，讲师，博士，研究方向：活性物质的
分离提取。
食品研究与开发
Food Research And Development
2014年 5月
第 35卷第 9期
DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2014.09.007
紫苏，别名赤苏、白苏、香苏等，学名Perilla frutescens，
为唇形科一年生草本植物，具有特异的芳香，原产中
国，我国华北、华中、华南、西南地区均有野生种和栽
培种[1]。据医学临床研究，其茎、叶及种子可入药；茎
叶有镇痛、镇静 [2]、解热作用，可治疗感冒、缓解鱼蟹
中毒等 [3]：种子（果实）有镇咳、祛痰、平喘及发散精神
沉闷之效[4]。近些年来，紫苏因其特有的活性物质及营
养成分，在抗凝血、抗血栓、调血脂、调节免疫功能、抗
肿瘤、抗氧化等方面都具有显著的药理作用[5-7]，而且紫
苏油中还有大量的 α-亚麻酸，成为一种备受世界关注
的活性物质[8]，经济价值十分显著。俄罗斯、日本、韩国、
美国、加拿大等国对紫苏属植物进行了大量的商业性
栽种，开发出了食用油、药品、淹渍品、化妆品等几十种
紫苏产品[9]。迄今为止，国内外对于紫苏籽的利用多用
于产品开发，而对活性物质的提取研究却鲜见报道。
分离提取
27
本实验利用微波提取速度快的特点，对微波法水
提紫苏籽中的多糖进行了研究，为紫苏多糖的进一步
研究奠定了理论基础。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
紫苏籽：哈尔滨市同泰药店。
甲醇、氯仿、无水乙醇、葡萄糖、苯酚、浓硫酸：天
津市科密欧化学试剂有限公司，分析纯；WG800微波
炉：中国格兰仕微波炉电器有限公司；UV 1810紫外
分光光度计：中国普析通用仪器有限公司；H-1650台
式离心机：湖南湘仪离心机有限公司；WND-200中药
粉碎机：浙江伟能达有限公司。
1.2 方法
1.2.1 紫苏籽的预处理
由于紫苏籽中含有较多油脂，为了减小油脂对多
糖提取率的影响，首先要进行预处理去除油脂。方法是
将紫苏籽称重后粉碎，加入石油醚 150 mL、水 100 mL
浸泡紫苏粉末，静置 4 h后分层，上层为石油醚提取
液，下层为含水的脱脂紫苏。
1.2.2 多糖含量的测定
多糖含量的测定采用苯酚-硫酸法[10]。得到线性回
归方程 Y = 0.015X - 0.033，R = 0.994，葡萄糖标准溶液
浓度为 0.4 mg/mL。
1.2.3 紫苏多糖提取率的单因素实验
紫苏多糖提取单因素试验过程中，微波功率设 5个
水平分别为 800、640、480、320、160 W，微波提取时间
设 5个水平分别为 0.5、1.0、1.5、2、2.5 min，液料比设 5
个水平分别为 10 ∶ 1、15 ∶ 1、20 ∶ 1、25 ∶ 1、30 ∶ 1，分别进
行单因素试验测定紫苏多糖提取率，每个试验均设3
个重复，取平均值。微波功率的设定参考牟番松等方
法[11]。
提取率/% = A2A1
× 100
式中：A1为紫苏籽鲜质量；A2为紫苏多糖干质量。
1.2.4 响应面法对微波提取条件的优化
综合单因素试验结果，参照张大皓等[12]方法，通过
Plackett-Burman试验统计分析，确定试验的主因素和
后续实验的中心点条件，然后在最陡爬坡实验的基础
上，设计实验因素及水平，应用 Box-Behnken 中心组
合进行三因素三水平的试验设计（取 a= 2），通过响应
面法对紫苏籽中多糖的微波提取条件进行优化。
1.3 数据统计分析
利用 Design Expert7.0软件中的多元线性回归分
析程序，拟合二阶多项式方程。并对回归方程的系数
进行显著性比较（F检验），研究微波功率及提取时间，
液料比对紫苏多糖提取率的影响，再根据响应面数据
分析优化提取率。
2 结果与讨论
2.1 紫苏多糖提取率的单因素实验
2.1.1 液料比对紫苏多糖提取率的影响
选取微波功率为 640 W，提取时间为 2 min，选
择 5种不同的液料比，结果（如图 1）所示，随着液料比
的增大，提取率会明显的提高，但当液料比大于 25 ∶ 1
时，紫苏多糖提取率增加的幅度不大，而且由于液料
比过大会造成溶剂用量显著增加，因此，本试验选择
液料比为 25 ∶ 1。
2.1.2 微波功率对紫苏多糖提取率的影响
选取液料比为 25 ∶ 1（mL/g），微波提取时间 2 min，
考察 5种不同微波功率的影响，结果（如图 2）所示，改
变微波功率对紫苏多糖提取率影响较大。紫苏多糖随
着微波功率的增加呈现一个先上升后下降的趋势。根
据姚菁华等[13]的分析，微波加热使细胞内液态水气化
产生压力，冲破细胞膜和细胞壁形成微小孔洞，有利
于细胞内紫苏多糖的溶出；微波功率过大，细胞受热
加剧，部分紫苏多糖的结构会破坏。故本试验选择提
取微波功率为 480 W左右。
2.1.3 微波提取时间对紫苏多糖提取率的影响
选定液料比为 25 ∶ 1（mL/g），微波功率为 480 W，
考察 5种不同微波提取时间的影响。结果（如图 3）所
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
提
取
率
/%
10 15 30
液料比/（mL/g）
20 25
图 1 不同液料比对提取率的影响
Fig.1 Effect of liquid/material ratio on the extraction ability
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
提
取
率
/%
160 320 800
微波功率/W
480 640
图 2 不同微波功率对提取率的影响
Fig.2 Effect of mircowave power on the extraction ablity
分离提取陈建斌，等：响应面法优化紫苏多糖的水提工艺
28
示，在 1.5 min内随着提取时间的延长，提取率随之增
加。1.5 min后紫苏多糖得率出现缓慢下降，这主要是
由于微波在 1.5 min内对细胞膜的破坏作用较大，溶出
物多，提取率也高。超过 1.5 min后，紫苏多糖提取率呈
下降趋势，因此选择微波提取时间为 1.5 min左右。
2.2 响应面试验设计方案
首先，在单因素试验基础上，以紫苏多糖提取率
（Y）为响应值，进行分式析因设计，确定了提取率的主
要影响因子为液料比，达到了极显著的水平，用最陡
爬坡路径逼近最大响应区域实验，采用 Design expert
程序中心组合试验分析法（Box-Behnken）设计试验，
以 X1 =（Z1-480）/160，X2 =（Z2-1.5）/ 0.5，以 X3 =（Z3-
25）/ 5为自变量，实验因素水平见表 1。响应面分析实
验中 17个试验点分为两类：其一是析因点，自变量取
值在 X1、X2、X3所构成的三维顶点，共有 12个析因点；
其二是零点，为区域中心点，零点试验重复 5次，用来
估计试验误差，响应面分析方案及实验结果见表 2。
2.3 响应面试验数据处理分析
利用 Design expert软件对表 2数据进行回归拟合
分析，分析结果如表 3。经回归拟合后，确立如下回归
方程预测模型：
Y（%）= －10.9 ＋ 0.018 7 X1 ＋ 4.72X2 ＋ 0.402 X3 －
0.001 59X1X2＋0.000 046 9X1X3－0.014X2X3－0.000 020 6X12
－1.14X22 －0.007 58X32
从表 3中可以看出，此模型 P<0.05，响应面回归
模型达到显著水平。影响紫苏多糖提取率的因素主次
因素为 X3＞X1＞X2，模型中 X1X2、X12、X22和 X32对提取率
的影响极显著（P<0.05）。从该模型的 R2 = 0.969来看，
此模型与实际试验拟合较好，可用该回归方程代替试
验真实点对实验结果进行分析，但是试验失拟性小于
0.1，说明实验数据与模型存在不相符的区域，会造成
模型部分区域拟合失真。
2.4 交互作用分析
为进一步考察 3个因素两两之间交互作用对紫
苏多糖提取率的影响，对其响应面曲线进行分析。图
4（A）、（B）、（C）直观的给出了两两因素交互作用对提
取率影响的响应面图。可以看出，X1（微波功率）对响应
值的影响较大，表现为曲线比较陡，这与回归分析的
结果吻合。
2.4.1 微波功率和提取时间的交互作用
由图 4可知，响应曲面的坡度相对平缓，表明响
应值（提取率）对微波功率和提取时间的改变并不那
么敏感，但是可以看出在响应面有两个角坡度较陡，说
明微波功率和提取时间的适宜范围较窄，大致可以看
出，当微波功率在 360 W～580 W，提取时间在 1.12 min～
1.81 min之间时对提高提取率最有利，其预测提取率
图 3 不同提取时间对提取率的影响
Fig.3 Effect of extracting time on the extraction ability
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0
提
取
率
/%
0.5 1.0 2.5
提取时间/min
1.5 2.0
水平
Z1 Z2 Z3
微波功率/W 提取时间/min 料液比/（mL/g）
-1 320 1 20∶1
0 480 1.5 25∶1
1 640 2 30∶1
表 1 分析因子及水平表
Table 1 Levels and factors of analysis
实验号 X1 X2 X3 Y/% 实验号 X1 X2 X3 Y/%
1 -1 -1 0 1.76 10 0 1 -1 1.75
2 1 -1 0 1.89 11 0 -1 1 1.92
3 -1 1 0 1.84 12 0 1 1 1.96
4 1 1 0 1.66 13 0 0 0 2.03
5 -1 0 -1 1.67 14 0 0 0 2.02
6 1 0 -1 1.61 15 0 0 0 2.05
7 -1 0 1 1.92 16 0 0 0 2.04
8 1 0 1 1.93 17 0 0 0 2.01
9 0 -1 -1 1.68
表 2 响应面分析方案与试验结果
Table 2 The experiment design and results of RSM
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值
模型 0.35 9 0.038 9 24.2 0.000 182
X1 0.001 25 1 0.001 25 0.778 0.407
X2 0.000 2 1 0.000 2 0.124 0.735
X3 0.13 1 0.13 80.9 <0.000 1
X1X2 0.024 1 0.024 14.9 0.006 16
X1X3 0.001 22 1 0.001 22 0.762 0.412
X2X3 0.000 225 1 0.000 225 0.140 0.719
X12 0.087 1 0.087 54.1 0.000 155
X22 0.041 1 1 0.041 1 25.5 0.001 47
X32 0.045 3 1 0.045 3 28.2 0.001 11
纯误差 0.001 4 0.000 250
失拟项 0.010 2 3 0.003 42 13.7 0.014 4
总和 0.361 16
回归系数 R2 0.969
表 3 回归分析结果
Table 3 Results of regression analysis
陈建斌，等：响应面法优化紫苏多糖的水提工艺分离提取
29
为 1.97 %。
2.4.2 微波功率和液料比的交互作用
由图 5可知，响应曲面的坡度相对较陡，表明响
应值（提取率）对微波功率与液料比的变化较敏感。从
响应曲面可以看出，液料比变化对紫苏多糖提取率的
影响更大，当微波功率在 360 W～580 W、液料比在23.7～
30之间对提高提取率最有利，提取率预测值为 2.0 %。
2.4.3 提取时间和液料比的交互作用
由图 6可知，响应曲面坡度相对较陡，表明响应
值（提取率）对提取时间和液料比的交互作用较敏感。
从等高线看，液料比的变化对响应值的影响较大。当
提取时间在 1.12 min～1.81 min、液料比在 23.7～30之间
时对提高提取率最有利，提取率预测值为 2.01 %。
2.5 最优工艺参数的验证
由 Design expert分析，最大响应值（Y）=1.99时，
X1，X2，X3对应的编码值分别为 X1 = 610，X2 =1.31，X3=
28.5，说明紫苏多糖的最佳提取条件为：微波功率
610 W，微波提取时间 1.31 min、液料比 28.5 ∶ 1，紫苏
多糖的提取率为 1.99 %。在最佳提取工艺条件下进行
提取验证试验，重复 3次，取平均值，紫苏多糖的提取
率为 2.02 %，与优化目标值非常接近。
3 结论
采用响应面分析法对紫苏籽中多糖的水提工艺
进行了优化，首先运用 Placket-t Burman法确定出液
料比为最重要的影响因素；然后通过最陡爬坡实验确
定了因素水平，最后采用 Box-Behnken设计和 SAS软
件分析确定了最优的提取工艺为：微波功率 610 W，
微波提取时间 1.31 min，液料比 28.5 ∶ 1，紫苏多糖的提
取率为 1.99 %。而朱建飞等[14]利用传统正交试验方法
得到的紫苏多糖提取率最大为 8.6 %，提取时间为 4 h，
这比本实验的提取率时间长，改用微波提取方法后，
提取时间大大缩短，但提取率降到 1.99 %，降低了不
少。曾哲灵等[15]通过响应面法优化了玫瑰茄红色素的
提取工艺，张君萍等[16]利用响应曲面法优化沙葱籽多
糖提取工艺，都取得了不错的试验效果。本试验通过
响应面法优化紫苏多糖的提取率，同样取得了优化的
紫苏多糖的水提工艺。
参考文献：
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640
560
480
400
3201.00
1.25
1.50
1.75
2.00
1.66
1.76
1.86
1.95
2.05
提
取
率
A：微波功率B：提取时间
图 4 紫苏多糖提取率与微波功率和提取时间之间的响应面图
Fig.4 The peak response area of the interactive effects of
microwave power and duration time on the extraction ability of
polysaccharide
640
560
480
400
32020.0
22.5
25.0
27.5
30.0
1.61
1.73
1.84
1.95
2.07
提
取
率
A：微波功率C：液料比
2.00
1.75
1.50
1.25
1.0020.0
22.5
25.0
27.5
30.0
1.68
1.78
1.88
1.97
2.07
提
取
率
B：提取时间C：液料比
图 5 紫苏多糖提取率与微波功率和液料比之间的响应面图
Fig.5 The peak response area of the interactive effects of
microwave power and liquid/material ratio on the extraction ability
of polysaccharide
图 6 紫苏多糖提取率与提取时间和液料比之间的响应面图
Fig.6 The peak response area of the interactive effects of duration
time and liquid/material ratio on the extraction ability of
polysaccharide
分离提取陈建斌，等：响应面法优化紫苏多糖的水提工艺
30
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收稿日期：2013-07-02
超声辅助提取法提取枇杷核中的总多酚
胡漫妮，郭璇华*
（华南理工大学化学与化工学院，广东广州 510640）
摘 要：采用乙醇-水溶液超声辅助提取法提取枇杷核中的总多酚，并选择用福林酚显色法测定其多酚的含量。利用单
因素及正交试验得到显色与提取的最佳条件。得到显色的优化条件为：10 %的碳酸钠 1.5 mL，20 %的福林酚 3.5 mL，显
色时间为 70min。得到提取的优化条件为：乙醇浓度为 50%，提取温度为 80℃，料液比为 1 ∶20（g/mL），提取时间为 120min。
该方法简便，准确，快捷。
关键词：枇杷核；多酚；分光光度法
Ultrasonic Wave-assisted Extraction Method to Extract the Total Polyphenol from Loquat Nuclear
HU Man-ni，GUO Xuan-hua*
（School of Chemistry and Chemical Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510640，
Guangdong，China）
Abstract：This research aims at utilizing ultrasonic wave -assisted extraction method to extract the total
polyphenol from Loquat nuclear with ethanol-water solution as solvent，and determining the content of polyphenol
by Folin-Ciocalteu Colorimetry.Through the single factor tests and orthogonal experiments ，the optimization of FC
conditions and extraction conditions were studied. Finally，the best colored conditions were as follows：10 %
sodium carbonate 1.5 mL， 20 %phenol reagent 3.5 mL，colored reaction time 70 min. And the optimum extraction
conditions were ethanol concentration 50 %， extractive temperature 80 ℃，material-liquid rate： 1 ∶ 20（g/mL），
extractive time 120 min.This method is simple，accurate and fast.
Key words：Loquat nuclear； polyphenol； spectrophotometry
作者简介：胡漫妮（1988—），女（汉），在读硕士研究生，研究方向：天
然产物分析。
*通信作者：郭璇华，副教授，硕士生导师。
食品研究与开发
Food Research And Development
2014年 5月
第 35卷第 9期
DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2014.09.008
枇杷是水果中的佳品，不仅果肉柔软多汁，酸甜
适口，营养丰富，而且“具秋萌、冬花、春实、夏熟，备四
时之气”，颇受医学家的青睐。枇杷果实除鲜食之外，
主要是对果肉进行加工，如加工成果脯及酿成果醋和
果酒。而枇杷核往往被丢弃，造成了资源的浪费。故研
究枇杷核中的功效成分为对枇杷的利用提供了一定
的理论参考。
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分离提取
31