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《食品工业》2012年第3期
工艺技术
返魂草，又被称作麻叶千里光，是菊科千里光
属的多年生草本植物[1]，具有清热、解毒、祛痰、镇
咳、平喘的多种功效，临床上被广泛应用于治疗病毒
性感冒、急性呼吸道感染、慢性支气管炎等疾病[2]。
现代医学药理研究和多年的临床应用表明，返魂
草中含有绿原酸、咖啡酸、异槲皮苷[3]以及多糖类[4]
和黄酮类等多种化合物。但对于返魂草总黄酮的研究
报道很少，只有钟方丽等曾采用传统热回流浸提法提
取返魂草总黄酮[5]，且提取率较低。微波提取技术是
利用微射线辐射于溶剂，并透过细胞壁到达细胞内部
1. 长春工业大学化学与生命科学学院 (长春 130012)；2. 阜新市科技成果转化中心 (阜新 123000)；
3. 白求恩医科大学制药厂（通辽 029300）
返魂草总黄酮的微波提取及响应面优化
王志兵1，王力2，姜海峰3，沈海静1
摘 要 探讨返魂草中总黄酮的提取方法和工艺条件。以返魂草总黄酮提取率为考察指标，比较了
热回流提取法、超声波提取法和微波提取法的提取效果，并通过单因素试验和响应面分析法优化其
工艺条件。试验结果表明：微波法提取返魂草中总黄酮的最优工艺条件为：料液比1∶52(g/mL)，
提取温度87 ℃，提取时间3.1 min，在此条件下总黄酮的提取率为4.827%。研究得到的工艺条件可
用于返魂草总黄酮的提取。
关键词 返魂草；总黄酮；响应面；微波提取
Microwave Extraction of Total Flavonoids from Senecio cannabifolius
less and Optimization by Response Surface Method
Wang Zhi-bing1, Wang Li2, Jiang Hai-feng3, Shen Hai-jing1
1. School of Chemistry and Life Science of Changchun University of Technology (Changchun 130012);
2. The Center of Scientifi c and Technological Achievements in Fuxin (Fuxin 123000);
3. The Pharmaceutical Factory of Bethunes Medical University (Tongliao 029300)
Abstract To investigate extraction methods and technological conditions of total fl avonoids in Senecio
cannabifolius less, using extraction rates as main evaluating indicators，the extracting effects of thermo-
refluxing, ultrasonicwave and microwave extraction methods were compared in this experiment. At
the same time，the extraction process was optimized by single factor experiment and response surface
methodology. As a result，the optimum conditions for the extraction of flavonoids from senecio
cannabifolius less obtained as follow: ratio of raw material to solvent was 1∶52(g/mL), extraction
temperature was 87 ℃, extraction time was 3.1 min. The average concentration of total fl avonoids reached
4.827% under the optimum extracting conditions. The extraction process can be used for the extraction of
total fl avonoids in Senecio cannabifolius less.
Keywords Senecio cannabifolius less; total fl avonoids; response surface; microwave extraction
3 产品质量分析
3.1 感官指标
色泽：乳白色；形态：汁液均匀，无沉淀和悬浮
物；口感：具有黄皮果特有的香甜，口感细腻爽口。
3.2 理化指标
pH：5.5~6.5；可溶性固形物：12.5%；总酸(以柠
檬酸计)：0.3%~0.4%；总糖：9%~10%。
3.3 微生物指标
细菌总数≤100 cfu/mL；大肠菌群≤3 MPN/mL；
致病菌：未检出致病菌。
4 结论
1) 热烫8 min时，黄皮果出汁率相对较高，果汁
香味浓郁，并基本保持了黄皮果原有的风味；
2) 果胶酶的用量达到0.2 g/100 mL时，果汁已基
本澄清，果汁的可溶性固形物达12.1；
3) 添加0.1%的CMC-Na对果汁有较好的稳定作
用，口感亦好；
4) 饮料最佳配方为：黄皮果原汁的含量为40%，
蜂蜜用量为8%，柠檬酸用量为0.2%，CMC-Na用量为
0.05%。
参考文献：
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工艺技术
产生微波能，使细胞内部温度快速升高，压力增大，
细胞壁破裂，有效成份从细胞中释放出来[6]。微波提
取法具有提取时间短，溶剂用量少，提取量大，选择
度高，对环境无污染等优点。本试验采用微波提取和
响应面法优化返魂草总黄酮的提取工艺。
1 材料与方法
1.1 试验材料
返魂草：采自吉林省白山市靖宇县，低温干燥粉
碎后过40目筛；芦丁标准品，亚硝酸钠，硝酸铝，浓
盐酸，甲醇，95%乙醇等试剂：均为国产分析纯。
1.2 仪器与设备
DK-98-1电子恒温水浴锅：北京长流科学仪器有限
公司；UV1102紫外分光光度计：山东高密彩虹分析仪器
有限公司；FA2004电子分析天平：上海精密科学股份有
限公司；LYYF-GYM-86粉碎机：浙江丰利粉碎设备有
限公司；NJL07-3微波炉：中国南京杰全微波设备有限公
司；SHBⅢ循环水式多用真空泵：巩义市英峪予华仪器
厂；TDZ5-WS离心机：湖南长沙赛特湘仪；OHG-9143BS-
III电热恒温鼓风干燥箱：上海新苗医疗器械制造有限公
司；KQ-250DB数控超声波清洗器：昆山市超声仪器有限
公司；RE52-98旋转蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂。
1.3 试验方法
1.3.1 标准曲线的绘制
精确称取芦丁标准品125 mg，置于50 mL容量瓶
中，用60%的乙醇溶解并稀释至刻度，作为芦丁标
准液。精密量取芦丁标准品溶液0，1.0，2.0，3.0，
4.0，5.0，6.0 mL，分别置于25 mL容量瓶中，补水至
6 mL，加入5% NaNO2溶液1 mL，摇匀，放置6 min
后，加入10% Al(NO3)3溶液1 mL，摇匀，放置6 min。
加入1 mol/L NaOH溶液10 mL，用水定容至刻度，摇
匀，静置15 min后于波长510 nm下测定吸光度值，得
吸光度与浓度之间的回归方程为y=0.388 9x+0.002 6，
其中R2值为0.999 6，标准溶液浓度在0~60 μg/mL范围
内与吸光度值呈良好的线性关系。
1.3.2 总黄酮含量的测定和提取率的计算
采用硝酸铝-亚硝酸钠法[7]，精确称取一定质量的
总黄酮提取物，按1.3.1的方法测定样品的吸光度y，
根据回归方程计算总黄酮的浓度和含量，总黄酮的提
取率按下式计算：
总黄酮的提取率=[回归方程得出的总黄酮质量浓
度(mg/mL)×稀释倍数×提取物定容总体积(mL)]/返
魂草粉末质量(g×103)×100%
1.3.3 返魂草中总黄酮的提取工艺[8]
1.3.4 返魂草中总黄酮提取方法的比较
分别称取10 g过返魂草干燥粉末置于锥形瓶中，
加入500 mL蒸馏水，按1.3.3所示工艺流程，分别采用
热回流法、超声波提取法和微波提取法[9]进行提取，
比较返魂草总黄酮的提取率。
表1 不同提取方法的提取条件
提取方法 提取条件温度/℃ 时间/min 处理强度
热回流提取法 100 60 —
超声波提取法 60 40 40 KHz
微波提取法 80 3 500 W
1.3.5 单因素试验分析微波法提取返魂草中总黄酮的
工艺条件
以返魂草中总黄酮提取率为指标，分别考察料液
比、提取时间、提取温度对提取效果的影响。基本
条件为：料液比1∶50，提取时间3.0 min，提取温度
80℃，提取次数3次。改变其中一个条件，固定其他
条件以分别考察不同的影响因素。本单因素试验的
各因素水平梯度分别为料液比1∶30，1∶40，1∶50，
1∶60，1∶70(g/mL)；提取时间2.0，2.5，3.0，3.5，
4.0，4.5 min；提取温度40，50，60，70，80，90，
100 ℃。在单因素试验的基础上，采用响应面法分析
和优化返魂草总黄酮的提取工艺。
1.3.6 响应面分析法优化返魂草总黄酮的提取工艺
根据Box-Benhnken的中心组合试验设计原理[10-11]，
结合单因素试验结果，选取料液比、提取温度、提取时间
3个因素，采用Design Expert 7.0软件设计3因素3水平响
应面分析试验，对返魂草总黄酮的提取工艺进行优化。
因素与水平设计见表2。
表2 响应面分析试验因素水平表
因素 编码值-1 0 1
A:料液比/(g·mL-1) 1:40 1:50 1:60
B:提取温度/℃ 60 80 100
C:提取时间/min 2.5 3.0 3.5
2 结果与分析
2.1 返魂草中总黄酮提取方法的选择
由图2可看出，微波法提取返魂草中总黄酮时，
提取率最高，可达4.83%，热回流提取法的提取率最
低，仅为2.81%。原因可能是微波辐射过程中，由于
吸收微波能，使细胞破裂，细胞内得有效成分流出，
且微波产生的电磁波加速被提取部分向提取溶剂扩
散。因此，本试验选择微波提取法作为返魂草中总黄图1 返魂草中总黄酮的提取工艺流程
图2 返魂草中总黄酮提取方法的比较
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酮的提取方法。
2.2 单因素试验结果
2.2.1 料液比对总黄酮提取率的影响
由图3可知，随料液比的不断增加，提取率缓慢
升高，当料液比为1∶50时，提取率达到最大值。当
料液比继续增加时，提取率反而下降，原因可能是细
胞壁内外浓度变化引起的活性物质反流现象。且溶剂
用量过多，会导致回收溶剂时蒸馏时间过长，耗能过
高，从而回收困难，浪费资源。
2.2.2 提取温度对总黄酮提取率的影响
图4 提取温度对返魂草中总黄酮提取率的影响
由图4可看出，总黄酮提取率随温度升高而增
大，当温度为80 ℃时，提取率高达4.826%。温度越
高，物质的平均运动速率越大，扩散速率也就越大，
另外温度升高对植物组织的浸润和对活性成分的溶解
也有促进作用。但是80 ℃之后，提取率随温度升高而
减小，原因可能是温度过高加速了活性成分的分解。黄
酮类物质的提取温度不宜过高，应选择适宜范围。
2.2.3 提取时间对总黄酮提取率的影响
由于黄酮类物质具有抗氧化性，其本身易被氧化
破坏，过长时间暴露在外界环境中，尤其是高温提取
时，最终黄酮得率将减小。所以，一般随着时间的延
长，提取率先增后减，如图5所示。另外，提取时间
越长，能耗及经济成本越大，提取时应综合考虑。
图5 提取时间对返魂草中总黄酮提取率的影响
2.3 响应面法分析和优化返魂草中总黄酮的提取工艺
根据Design Expert 7.0软件，以返魂草中总黄酮提
取率为响应值(R)设计实验，共17个试验点(5个中心
点)，响应面试验结果见表3。
表3 响应面试验设计及结果
试验号 A:料液比/(g·mL-1)
B:提取温度/
℃
C:提取时间/
min
R:总黄酮提取率/
%
1 -1 -1 0 3.633
2 1 -1 0 3.407
3 -1 1 0 3.597
4 1 1 0 4.368
5 -1 0 -1 3.902
6 1 0 -1 3.631
7 -1 0 1 3.375
8 1 0 1 4.315
9 0 -1 -1 3.768
10 0 1 -1 4.262
11 0 -1 1 3.824
12 0 1 1 4.256
13 0 0 0 4.794
14 0 0 0 4.774
15 0 0 0 4.769
16 0 0 0 4.757
17 0 0 0 4.781
利用 Design Expert7.0软件对表3试验数据进行回
归拟合，获得了返魂草总黄酮提取率的预测值对编码
自变量，料液比、提取温度、提取时间的二次多项回
归模型方程：
R=4.78+0.15A+0.23B+0.026C+0.25AB+0.30AC-
0.015BC-0.62A2-0.40B2-0.35C2
方差分析结果见表4。
表4 回归模型方差分析结果
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 p(F>Fα) 显著性
回归模型 4.350 457 9 0.483 384 823.031 669 0.000 1 **
A液料比 0.184 225 1 0.184 225 313.668 957 0.000 1 **
B提取温度 0.428 275 1 0.428 275 729.200 578 0.000 1 **
C提取时间 0.005 356 1 0.005 356 9.119 580 0 0.019 4 *
AB 0.248 502 1 0.248 502 423.111 158 0.000 1 **
AC 0.366 630 1 0.366 630 624.241 228 0.000 1 **
BC 0.000 961 1 0.000 961 1.636 242 00 0.241 6
A2 1.632 916 1 1.632 916 2 780.276 648 0.000 1 **
B2 0.677 057 1 0.677 057 1 152.787 569 0.000 1 **
C2 0.505 525 1 0.505 525 860.730 153 0.000 1 **
残差 0.004 111 7 0.000 587
失拟 0.003 353 3 0.001 118 5.898 417 0.059 7
纯误差 0.000 758 4 0.000 190
总误差 4.354 568 16
注：*为显著(p<0.05)；**为极显著(p<0.01)
回归方程中各变量对指标(响应值)影响的显著
性，由F检验来判定，概率p(F>Fα)的值越小，则相
应变量的显著程度越高。由表4可以看出，各因素中
一次项A，B和二次项AB，AC，A2，B2，C2是高度
显著的，由此可见，各具体试验因子对响应值的影
响不是简单的线性关系。而且，方程的模型显著性
p=0.001<0.01，表明模型是显著的，说明该模型具有意
图3 料液比对返魂草中总黄酮提取率的影响
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义，可以用于对返魂草总黄酮提取率进行预测分析。
运用软件对返魂草总黄酮提取率二次多项回归模
型进行最优化求解，得出其最大提取率为4.835%，此
时液料比1∶52，提取温度67 ℃，提取时间3 min。为
检验结果的可靠性，采取响应面分析法求得的最佳条
件进行3次平行试验，试验结果得出返魂草总黄酮的
平均提取率为4.827%，与理论预测4.835%很相近，平
均误差为0.17%，进一步验证了该模型的显著性。
图6～图8直观地反映了各因素交互作用对响应值的
影响。比较3组图可知：液料比与提取温度的交互作用显
著，返魂草总黄酮的提取率随提取温度和料液比的增加
呈先升高后降低的趋势；提取温度和提取时间的交互作
用不显著；而液料比与提取时间对返魂草总黄酮提取率
的交互显著，且也是呈先上升后下降的趋势。
3 结论
响应面法克服了正交设计只能处理离散的水平
值，只能精确到某一个具体的水平点，而无法找到整
个区域上因素的最佳组合和响应值的最优值的缺陷。
根据Box-Benhnken的中心组合设计法及响应面分析
法，利用Design Expert 7.0软件，对返魂草总黄酮的
提取工艺进行优化，其最佳工艺条件为：液料比1∶
52，提取温度67 ℃，提取时间3 min，在此条件下返
魂草总黄酮提取率为4.827%，比优化前单因素试验的
提取率有很大提高，这表明利用响应面分析法优化返
魂草总黄酮的提取是可行的。
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图8 提取温度和提取时间对总黄酮提取率
影响的响应面与等高线
图6 提取温度和料液比对总黄酮提取率
影响的响应面与等高线
图7 提取时间和料液比对总黄酮提取率影响
的响应面与等高线