全 文 ： 人参花多糖的超声工艺优化及抗氧化活
性
周思思 1，王榆元 2，刘丹 1，张一旻 1，刘思余 1,王晓晴 1, 曾晓雄 1
（1.南京农业大学食品科技学院，江苏，南京，210095；2.南华大学化学化工学院，湖南，衡阳，421001）
摘要：以干燥人参花为原料提取粗多糖，在单因素试验的基础上，利用响应面分析法优化超声波辅助提取
人参花多糖工艺，并建立回归模型；同时探究其体外抗氧化活性。结果表明：超声波辅助提取人参花多糖
的最佳提取工艺为超声功率 586W、超声时间 18.65min、料液比 1:19.75，在此条件下 uGFL得率为 5.20±0.17%
(n=3)。超声提取的人参花粗多糖具有较高的抗氧化活性，对 DPPH 自由基、羟自由基和超氧阴离子清除作
用明显，且其浓度与抗氧化活性呈现一定的量效关系，是一种良好的天然抗氧化剂。
关键词：人参花多糖；超声波；响应面；工艺优化；抗氧化 
 
Ultrasonic-Assisted Extraction of Polysaccharides from Ginseng
flower and the vitro Antioxidant Activity of it
ZHOU Si-si1 ,WANGYu-yuan2,LIU Dan1, ZHANG Yi-min 1, LIU Si-yu1,WANG Xiao-qing1,ZENG Xiao-xiong1
（1.College of food science and technology , Nanjing Agriculture University, Nanjing 210095;2.College of
Chemistry and Chemical Engineering , Nanhua University, Hunan Hengyang,421001）
Abstract: Based on single factor experiments, the ultrasonic-assisted extraction process was optimalized to extract
crude polysaccharides from dry ginseng flower(ultrasonic-assisted extraction ginseng flower water-soluble
polysaccharide,uGFL） with response surface methodology. the antioxidant activity of polysaccharides from
ginseng flower in vitro was determined. The optimal extraction conditions were obtained as follows: ultrasonic
power: 586W ; extraction duration: 18.65min; and material-liquid ratio: 1:19.75 .Under these conditions, the
extraction yield of polysaccharides from ginseng flower was 5.20±0.17% (n=3),the Ginseng flower
polysaccharides showed potential scavenging activity against DPPH radicals, hydroxyl radicals and superoxide
radical scavenging, which was concentration-dependent  . Ginseng flower polysaccharides are a good source of
natural antioxidants.
Key words: ginseng flower polysaccharides; ultrasonic treatment ; response surface methodology; process
optimization; antioxidant activities
中图分类号：Q946.3   文献标志码：A                  文章编号： 
 
人参（Panax.ginsengC.A.Meyer）为五加科人参属植物，在我国有着悠久的药用历史，其中主要
活性成分为人参皂甙及人参多糖[1-2]。自古以来，多以根部入药，对人参的地上部分少见研究[3-5]。有
研究表明，人参花富含人参皂甙及其他各种挥发油等有效成分，人参花皂甙含量比人参高出 5 倍以上，
因此认为人参花的药用价值远远超过人参根[6-8]。天然的植物多糖具有许多重要的生理活性，如参与
生物体的免疫调节功能，降血糖、降血脂、抗肿瘤抗疲劳、抗衰老等。近几年来对植物多糖的结构、
提取工艺和生物功能等方面的研究也越来越多，引起了广泛的关注[9-10]。目前，对于人参花的研究大
多围绕着皂甙，对人参花多糖的研究鲜见报道[11-12]。超声提取技术是利用超声波的机械效应、热学效
                                                              
.  基金项目：江苏省优势学科人才引进计划（08080900213）,南京农业大学 SRT计划项目（1318A10） 
作者介绍：周思思（1994‐），女，本科，研究方向为糖生物学，Email：18211123@njau.edu.cn 
通讯作者：王晓晴（1973‐），女，博士，讲师，研究方向为糖生物学，Email:wangxq@njau.edu.cn   
                    曾晓雄（1964‐），男，教授，研究方向为糖生物化学，Email:Zengxx@njau.edu.cn 
 
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网络出版时间：2015-01-07 14:34
网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20150107.1434.003.html
 
应及空化等物理化学效应造成被破碎物细胞壁及整个生物体破裂，从而加速胞内物质的释放、扩散及
溶解，提高提取得率。与常规提取法相比,超声提取法具有提取时间短、产率高、避免高温对中药多
糖有效成分影响的优点,是一种高效实用的多糖提取方法，并日益的应用到多种化合物的提取分离过
程 [13-16]
本实验利用超声波提取法辅助提取人参花多糖，并通过响应面法对提取工艺进行优化[17-20]，同时
对人参花多糖体外抗氧化活性进行研究[21-35]，为进一步开发利用人参花的药用价值提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂
6 年生干燥人参花（购买自吉林省长春市），1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazxyl(DPPH), NADPH,
Ferrozine,nitroblue tetrazolium(NBT) (Sigma, 美国)；吩嗪硫酸甲酯 PMS；邻二氮菲；硫酸亚铁；磷酸
氢二钠；磷酸二氢钠；三氯化铁；双氧水；无水乙醇；抗坏血酸均为分析纯。
1.2 仪器与设备
超声仪(Scientz-IID,宁波新芝生物科技有限公司) 离心机:低速离心机（SC-02，苏州佳培商贸
有限公司），高速离心机（Thermo Scientific IEC MicroCL 17&21，美国） 紫外分光光度计(UV2501，
岛津紫外分光光度计) 旋转蒸发器(RE-52A型, 上海亚荣升华仪器厂) 电子天平(ESJ12024型,
洛阳龙腾电子称量仪器有限公司) 酶标仪（RT-6000 雷杜酶标分析仪，美国）。
1.3 方法
称取一定量的 6 年生干燥人参花（购买自吉林省长白山），粉碎过 100 目筛。超声提取后，将所
得提取液在 4000r/min 条件下离心 10min，上清液进行旋转蒸发浓缩，再加入 4 倍体积无水乙醇醇沉
过夜。次日离心获得提取液，用 Savag 法除蛋白 5 次，收集所得浓缩液流水透析 24h 后经真空冷冻干
燥即获得粗多糖 uGFL 。
1.3.1 人参花多糖的超声提取单因素试验
在其他条件相同的情况下，采用不同超声功率、超声提取时间以及料液比进行超声波辅助提取试
验，以人参花多糖得率为响应值，逐个考察各提取条件对提取效果的影响

1.3.2 响应面优化试验设计
在单因素试验的基础上，选取料液比、超声功率、超声时间为自变量，uGFL 得率为响应值，根
据 Box-Behnken 试验设计原理，进行三因素三水平的响应面分析试验，试验因素及水平见表 1。以
Design-Expert 8.05b 软件进行回归分析，并采用多元回归分析方法拟合多元二次方程，从而预测人参
花多糖超声提取的最佳工艺。
表 1 Box-Behnken 试验设计因素及水平
Table1 Factors and levels used in Box-Behnken experimental design
因素
水平
-1 0 1
超声功率/W (A) 500 600 700
超声时间/min (B) 15 20 25
料液比/g/ml (C) 1:15 1:20 1:25

1.3.3 超声提取人参花多糖体外抗氧化能力的测定
将超声提取的粗多糖 uGFL 的冻干样品分别配制成 4000 , 2000 ,1000, 500 , 250µg/ml 五种浓度。
1.3.4.1 DPPH·自由基清除能力测定
DPPH·自由基清除活性的测定参照 Luo[21]等报道的方法稍作修改：取不同浓度的样品溶液 50µl
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2
 
于微孔板中，分别加入 15µl DPPH·溶液（0.4 mmol/L）以及 100µl 水。混匀后避光保存 30 min 于分光
光度计 517 nm 处测吸光值。以 Vc 作为阳性对照。以水代替多糖溶液、无水乙醇代替 DPPH·溶液，
作空白实验。按式（1）计算 DPPH·自由基清除：
清除率/% （1）
式中：A0为对照实验（水代替多糖溶液）的吸光值；A1为样品实验的吸光值；A2为样品干扰实验（无
水乙醇代替 DPPH·溶液）的吸光值。
1.3.4.2 清除超氧阴离子自由基能力测定
超氧阴离子自由基清除活性的测定参照 Qiao[22]等报道的方法稍作修改：取不同浓度的样品溶液
50µl 于微孔板中，分别加入 50µl NBT 溶液（156 μmol/L）、50µl NADH 溶液（468 μmol/L）和 50µl
PMS 溶液（60 μmol/L）。混匀后于 25℃水浴 5min，于分光光度计 560 nm 处测吸光值。以水代替多
糖溶液、0.2 M pH=7.4 磷酸盐缓冲液代替 NBT 溶液，作空白实验。按式（2）计算超氧阴离子自由基
清除率：
清除率/% （2）
式中：A0为对照实验（水代替多糖溶液）的吸光值；A1为样品实验的吸光值；A2为样品干扰实验（0.2
M pH=7.4 磷酸盐缓冲液代替 NBT 溶液）的吸光值。
1.3.4.3 清除羟自由基的能力测定
羟自由基清除活性的测定参照金鸣[23]等报道的方法稍作改进：取不同浓度的样品溶液 50µl 于微
孔板中，分别加入 50µl 邻二氮菲（0.75 mM），100µl PBS 缓冲液（0.2 M , pH 7.4），50µl FeSO4
（0.75 mM），50µl H2O2（0.01%, v/v）。摇匀后于 37°C 下保存 30min，在 536nm 波长处检测吸光度。
以 Vc 作为阳性对照。按式（3）计算羟自由基的清除率：
清除率/% （3）
式中：A1为样品的吸光值；A0为对照实验（水代替多糖溶液）的吸光值；A 2为水代替 H2O2 和多糖
的吸光值。
1.4 统计分析
所有的试验均重复 3 次，利用统计分析处理软件 DPS 及 Excel 程序对实验结果进行分析。采用
Design-Expert 8.05b 数据处理专家进行响应面试验设计和分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验
2.1.1 超声功率对多糖提取效果的影响
在料液比 1:20 (g/ml)、超声时间 20min 的条件下，研究超声功率 200、400、500、600、700W 对
人参花多糖提取效果的影响。结果如图 1 所示。
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3
 200 300 400 500 600 700
0
1
2
3
4
5
6
多
糖
提
取
率
（
）
Y
%
功率（ ）X w
 
图 1 超声功率对人参花多糖提取率的影响
            Fig.1 Effect of ultrasonic power on extraction yield of polysaccharides
由图 1 可知，在料液比、超声时间不变的条件下，在 200~600W 范围内，人参花多糖提取率随着
超声功率的增大而提高，当超声功率为 600W 时，多糖提取率基本达到最大值，当超声功率继续增大
时，多糖提取率逐渐下降。原因可能是由于超声波功率越大，其产生的空化效应和机械作用越剧烈，
使得分子间运动的速度更快，加速粒子间的碰撞及扩散程度，使细胞壁破碎，导致多糖渗透出来的速
度加快，但当超声功率达到一定值时，细胞内人参花多糖含量逐渐减少，造成内外渗透压达到平衡，
使多糖的渗透率降低。[24-26]因此，最佳超声功率在 600W 附近，选取 600W 为自变量超声功率的零水
平(A)。
2.1.2 超声时间对人参花多糖提取率的影响
在超声功率 600W、料液比 1:20(g/ml)的条件下，研究超声时间 10、15、20、25、30min 对人参
花多糖提取效果的影响。结果如图 2 所示。
10 15 20 25 30
0
1
2
3
4
5
6
多
糖
提
取
率
（
）
Y

%
超声时间（ ）X m
 
图 2 超声时间对人参花多糖提取率的影响
Fig.2 Effect of ultrasonic treatment time on extraction yield of polysaccharides
从图 2 可知，当超声时间不超过 20min 时，随着超声时间的延长，多糖的得率逐渐增大，当超声
时间超过 20min 后，多糖的得率逐渐降低，这表明人参花多糖的提取过程与时间密切相关，提取时间
较短时，产物不充分溶解；时间过长，大分子多糖在超声波的强剪切作用下发生断裂，[27]在后期处理
时出现损失现象，影响提取效果。因此最佳提取时间在 20min 附近，选取 20min 为自变量提取时间的
零水平(B)。
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4
 
2.1.3 料液比对人参花多糖提取率的影响
在超声功率 600W、超声时间 20min 的条件下，研究料液比 1:10、1:15、1:20、1:25、1:30（g/ml）
对人参花多糖提取效果的影响。
：1 10 1:15 1:20 1:25 1:30
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
多
糖
提
取
率
（
）
Y

%
料液比（X g/ml)
 
图 3 料液比对人参花多糖提取率的影响
Fig.3 Effect of material-liquid ratio on extraction yield of polysaccharides
料液比是影响多糖提取效果的一个重要因素，主要影响固相与液相之间的浓度差。由图 3 可知，
随着料液比例的增加，多糖得率逐渐增大，当料液比超过 1:20 时，多糖得率达到最大值，随后再增
大料液比，多糖得率随之降低，故料液比为 1:20(g/ml)左右为宜，即选取 1:20(g/ml)为自变量料液比的
零水平(C)。
2.2 响应面分析法对人参花多糖提取工艺的优化
2.2.1 响应面实验设计及结果
根据 Box-Behnken 实验设计的原理，结合单因素试验的结果，设计实验并得到结果，结果见表 2。
表 2 Box-Behnken 试验设计及结果
Table2 Experimental designand resultfor responsesurface analysis
试验号 
因素  多糖得率 
/% R1 A B C
1 -1 -1 0 4.9
2 0 0 0 5.11
3 0 0 0 5.27
4 0 0 0 5.20
5 0 1 1 4.13
6 0 -1 1 4.43
7 0 0 0 5.15
8 0 0 0 5.07
9 1 1 0 4.45
10 1 0 1 4.24
11 1 0 -1 4.64
12 0 -1 -1 4.81
13 -1 1 0 4.54
14 -1 0 1 4.79
15 1 -1 0 4.55
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5
 
16 -1 0 -1 4.49
17 0 1 -1 4.24
根据表 1 结果，利用 Design-Expert 8.05b 软件建立人参花多糖得率 Y 对编码自变量：超声功率 A、
超声时间 B、料液比 C 的 2 次多项回归模型：
Y=5.16-0.10A-0.17B-0.074C+0.065AB-0.17AC+0.067BC-0.21A2 -0.34B2 -0.41 C2
2.2.2 模型的建立与显著性检验
利用 Design-Expert 8.05b 软件对各试验条件下的数据结果（表 2）进行二次多元回归拟合，对表
3 结果进行统计及分析，得到了方差的分析结果，如下表。
表 3 回归方程方差分析表
Table3 Analysis of variance for the fitted regression equation
方差来源 平方和 自由度 均差 F 值 P 值 显著性
Model（回归模型） 2.05 9 0.23 24.77 0.0002 Significant
A-power 0.088 1 0.088 9.59 0.0174
B-time 0.22 1 0.22 24.03 0.0017
C-solid to liquid 0.044 1 0.044 4.73 0.0662
AB 0.017 1 0.017 1.84 0.2174
AC 0.12 1 0.12 13.31 0.0082
BC 0.018 1 0.018 1.98 0.2021
A2 0.18 1 0.18 19.35 0.0032
B2 0.50 1 0.50 53.89 0.0002
C2 0.72 1 0.72 78.12 <0.0001
Residual（残差） 0.064 7 9.201E-003
Lack of Fit（失拟项） 0.040 3 0.013 2.22 0.2284 not significant
Pure Error（净误差） 0.024 4 6.045E-003
Cor Total（总离差） 2.12 16
注：P<0.01，差异极显著；P<0.05 为差异性显著
回归方程中各变量对响应值（多糖提取率）影响的显著性由 F 值来判定，概率 P 值越小，则相
应变量的显著程度越高。由表 3 可知，总回归方程 F 检验 P=0.0002<0.01，达到极显著水平，并且结
果表明回归方程失拟检验 P=0.2284>0.05,失拟性的检验结果不显著，说明剩余不可忽略因素对实验影
响性较小，说明此方程较好的拟合了试验。可以用于人参花多糖超声法辅助提取试验的理论预测。此
外，A2、B2、C2对多糖提取率影响显著，从 F 值判断，各个因素对多糖提取率影响次序是：C>B>A，
即 3 个因素中，对多糖得率影响大小的因素依次是：料液比>超声时间>超声功率，且这三个因素对多
糖得率的影响达到了极显著水平。
2.2.3 各因素交互作用对多糖得率的响应面分析
为考察各个因素交互对人参花多糖提取率的影响，在其他因素条件不变的情况下，测定交互项对
提取率的影响。根据回归模型作出相应的响应面和等高线如图 5 所示。 
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6
  
 
A:超声料液比与超声功率对人参花多糖提取率的响应面分析图
 
 
B：超声时间与超声功率对人参花多糖提取率的响应面分析图
 
C:超声料液比与超声时间对人参花多糖提取率的响应面分析图
图 5 各因素对人参花多糖得率影响的响应面图和等高线图
Fig.5 Response surface and contour plots for the effects of cross-interactions among factors on extraction rate of polysaccharides
由图 5 可知，3 个因素在所选范围之内均能产生最佳响应，说明 3 个因素的选择合理有效，能
够很好地反映出 3 个因素对响应值的影响趋势。在实验设定的水平范围内，随着每个因素取值的增大，
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响应面对应值也增大；当响应面增大到极值后，随着因素取值的增大，响应面逐渐减小。
由 Design-Expert 8.05b 软件分析出超声提取人参花多糖的最佳提取条件为超声功率 586W、超声
时间 18.65min,料液比 1: 19.75，在此条件下，人参花多糖的得率为 5.20±0.17%。
2.3 人参花多糖体外抗氧化测定
2.3.1 DPPH·自由基的清除作用
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
清
除
率
Y
D
PP
H
.
%
浓度（X ug/ml)
人参花多糖
Vc

图 6 人参花粗多糖及 Vc 清除 DPPH 自由基活性
Fig.6 Comparison of DPPH radical scavenging capacity between ginseng flower polysaccharides and vitamin C
由图 6 可知，不同浓度的样品对 DPPH 自由基的清除能力不同，随着样品浓度的增加，对 DPPH
自由基清除率随之增加。且 Vc 对 DPPH 的清除率均低于相同质量浓度条件下人参花多糖对 DPPH 的
清除率。质量浓度超过 2000ug/ml 后，人参花多糖对 DPPH 自由基的清除能力仍在增加，当质量浓度
增加到 4000ug/ml 时，DPPH 自由基清除率达到 68.29%，已明显高于相同质量浓度条件下 Vc 对 DPPH
自由基的清除率。
2.3.2 清除超氧阴离子自由基活性测定结果
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
Y
O
2-
清
除
率
（
）
%
浓度（X ug/ml)
人参花多糖
Vc

图 7 人参花粗多糖及 Vc 清除超氧阴离子自由基活性
Fig.7 Comparison of superoxide anion free radical scavenging capacity between ginseng flower polysaccharides and vitamin C
从图 7 中可知，人参花多糖具有较强的清除超氧阴离子的能力，清除率随着浓度的增加而逐步
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提高，呈现良好的量效关系，且当质量浓度增长到到 4000ug/ml 时，人参花多糖的清除率高达 73.12%。
在相同质量浓度的条件下，Vc 对超氧阴离子的清除率均高于人参花多糖的清除率。
2.3.3 清除羟自由基的活性测定结果
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
清
除
率
（
）
Y
O
H
.
%
浓度（X ug/ml)
人参花多糖
Vc

图 8 人参花粗多糖及 Vc 清除 OH·自由基活性
Fig.8 Comparison of hydroxyl radical scavenging capacity between ginseng flower polysaccharides and vitamin C
从图 8 可知，在相同质量浓度条件下，Vc 清除 HO·活性能力强于人参花多糖的清除能力，且
随着样品质量浓度的增加，清除羟自由基的能力不断增加。整体来看，Vc 对羟自由基清除能力要强
于人参花多糖。

3 结论

本研究在单因素试验的基础上，采用响应面软件优化人参花多糖的超声提取工艺后，得出以下超
声提取法最佳工艺为超声功率 586W、超声时间 18.65min、料液比 1:19.75，得率为 5.20%。并得到人
参花多糖得率与超声处理各因素变量的二次方程模型，该模型回归显著，对试验拟合程度好，表明人
参花多糖的超声波辅助提取工艺条件准确可靠，具有很高的应用价值。超声辅助提取可以提高人参花
多糖的利用率，降低生产成本，开发和利用人参花多糖具有良好的应用前景，对于工厂的实际生产有
一定的指导意义。另外，体外抗氧化研究结果表明，人参花粗多糖具有较高的抗氧化活性，对 DPPH
自由基、羟自由基和超氧阴离子有清除作用。多糖在生物体内的代谢过程较为复杂，其抗氧化作用可
能直接参与自由基的猝灭反应，也可能是通过调节机体的内源性抗氧化剂的活性来实现[35]。因此，人
参花多糖的体内生物功效仍有待进一步的研究与探讨。


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2015-01-06
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