全 文 ：农产品加工（学刊） 2013年第6期
响应面法优化超声波辅助提取白苏叶挥发油物质
张 冶，*谢春阳
（吉林农业大学 食品科学与工程学院，吉林 长春 130118）
摘要：将白苏叶干制成粉末，采用单因素试验研究不同萃取溶剂、浸提时间、料液比、超声功率、超声时间和超声
温度对白苏叶挥发油提取率的影响，选定无水乙醇为萃取溶剂，浸提时间为40 min，料液比为1∶40。在单因素试验
的基础上，根据Box-Behnken试验设计原理，采用响应面分析方法设计3因素3水平试验，以白苏叶挥发油提取率
为指标，得到超声波辅助提取白苏叶挥发油的最佳工艺参数为：超声功率236 W，超声时间41 min，超声温度41℃，
在此条件下白苏叶挥发油的理论提取率为2.220%，实际挥发油提取率为2.158%，说明理论预测值基本可靠。
关键词：白苏叶；挥发油；超声波；响应面优化法
中图分类号：TQ461 文献标志码：A doi：10.3969/jissn.1671-9646（X）.2013.06.010
ResponseSurfaceOptimizationoftheUltrasonicAssistedExtraction
ofVolatilcOilofPerilla Frutescens Substances
ZHANGYe，*XIEChun-yang
（College ofFood Science and Engineering，Jilin Agriculture University，Changchun，J lin 130118，China）
Abstract：ThePerilla dried into a powder，the influence to the yield of volatilc oil ofPer lla Frutescens from d fferent
solvents， x raction solvent，extraction time，s lid-liquid ratio，ultrason c power，ultrasonic time and ultrasonic temperature
is studied. Anhydrous ethanol is selected as the extraction solvent，and the extrac ion time is 40 min，a d th solid- iquid
ratio is 1∶40. On the basis of single factor test，according to box-behnken experimental design principle，response surface
analysis methods design ofthree factors and three levels oftest are used，with the volatilc oil yield as an indicator. The optimal
parameters ofultrasonic assisted extraction ofvolatile oilofPerilla Frutescens are obtained as follows：ultrasonic power 236 W，
ultrasonic time 41 min，ultrason c temperature 41℃. Under these conditions，theory extraction rate of the volatilc oil of
Perilla Frutescens is 2.220%，and actual volatile oil extraction rate is 2.158%，soi is hat description ofthe basic theoretical
predictions is reliable.
Keywords：Perilla Frutescens；volatilc oil；u trasonic；response surface methodology
收稿日期：2012-12-15
作者简介：张 冶（1985— ），男，吉林人，硕士，研究方向：农产品食品加工工艺与应用。
*为通讯作者：谢春阳（1965— ），男，辽宁人，副教授，硕士，研究方向：农产品加工及贮藏工程。
紫苏（Peri1la Frutescens L.） 和白苏同为唇形科
紫苏属一年生食药兼用的草本植物，是卫生部首批
颁布的既是食品又是药品的60种中药之一[1]。
紫苏和白苏的主要保健成分别为紫苏、白苏挥
发油。目前，国内对于提取紫苏叶挥发油的报道相
对较多，但对于白苏叶挥发油的提取却鲜有报道。
白苏叶挥发油提取的方法主要包括水蒸气蒸馏法、
同时蒸馏萃取法、超临界CO2萃取法和固相微萃取
法。本文采用东北地区德惠市地产白苏叶为原料，
采用超声波辅助提取法提取白苏叶挥发油，以期提
高产率，增强挥发油药用保健价值，降低生产成本。
1 材料与方法
1.1 试验材料
白苏叶，2010年8月采于吉林省德惠市，经烘
干后粉碎备用。
1.2 试剂与仪器
1.2.1试剂
石油醚、无水乙醇 （分析纯），北京化工厂产
品；正己烷（分析纯），天津化玻仪器厂产品。
1.2.2仪器
JY92-Ⅱ型超声波细胞粉碎机，宁波新芝生物科
技股份有限公司产品；AUY220型分析天平，日本
Shimadzu公司产品；DZKW-D型电热恒温水浴锅，
河北黄骅市航天仪器厂产品；RE-52型旋转蒸发仪，
上海亚荣生化仪器厂产品。
1.3 试验方法
挑选新鲜、无虫蛀白苏叶洗净，烘干后直接研
文章编号：1671-9646（2013） 06a-0030-03
第6期（总第319期） 农产品加工（学刊） No.6
2013年6月 Academic Periodical ofFarmProducts Processing Jun.
2013年第6期
磨成粉备用。准确称取（5±0.005 5） g白苏叶干粉，
按料液比 1∶40（g∶mL） 加入 200 mL萃取溶剂，
在 250 mL烧杯中混匀，杯口用保鲜膜封口，浸提
40 min，之后将超声波分子粉碎机的探头插入烧杯中
使其在超声功率240 W，超声温度为40℃条件下超
声40 min，然后用自来水冷却，过滤取上清液，残
渣按上述条件重提2次，合并上清液，装入圆底烧
瓶中，在80℃水浴锅中经旋转蒸发蒸馏蒸出萃取溶
剂，直至10 min内质量改变不超过0.001 g为准，称
质量，用于超声波提取挥发油提取率的测定。
白苏叶挥发油提取率=m1-m2m ×100%.
式中：m1——蒸馏至恒质量后圆底烧瓶和挥发油总
质量，g；
m2——圆底烧瓶质量，g；
m——白苏叶干粉质量，g。
2 结果与分析
2.1 单因素试验
2.1.1萃取溶剂的选择
不同萃取溶剂对于白苏叶挥发油提取率的影响
见图1。
由图1可知，石油醚提取率最高，其次为乙醇，
由于白苏叶挥发油主要成分为紫苏酮，属弱极性物
质，因此较易溶解于极性较弱的石油醚中，但考虑
到石油醚毒性较大，不宜用于食品的生产中。综合
考虑，本试验采用无水乙醇作为萃取溶剂。
2.1.2各影响因素对白苏叶挥发油提取率的影响
超声波辅助提取白苏叶挥发油的的影响因素为
料液比、浸提时间、超声功率、超声时间以及超声
温度。根据单因素试验结果及在最高水平和最低水
平下提取白苏叶挥发油的可行性，确定料液比为
1∶40，浸提时间为40 min。然后将超声功率、超声
时间、超声温度作为主要因素，每个因素设置成若
干个水平，采用单因素法分别考察其对白苏叶挥发
油提取率的影响，确定各个因素的最高和最低水平，
为Box-Behnken设计因素与水平提供参考。结果得
到各个因素水平范围分别为：超声功率200~280 W，
超声时间30~50 min，超声温度35~45℃。
2.2 响应面法优化白苏叶挥发油提取工艺
2.2.1响应面设计方案
根据单因素试验，采用Box-Behnken试验设计，
选取超声功率、超声时间、超声温度为变量，以白
苏叶挥发油提取率为响应值，根据2.1试验结论，选
取无水乙醇为萃取溶剂、料液比为1∶40，浸提时间
为40 min，以保证能够得到最高的挥发油提取率。
Box-Benhnken试验设计因素和水平见表 1，
Box-Behnken试验方案与结果见表2。
2.2.2方差分析及显著性检验
利用Design-Expert软件对表2的试验数据进行
多元回归拟合分析，得到白苏叶挥发油提取提取率
对超声功率（A）、超声温度（B） 和超声时间 （C）
3种变量的二次多项回归模型为[3]：
Y=2.19-0.083A+0.24B+0.009C+0.038AB-
0.032AC+0.043BC-0.4A2-0.52B2-0.13C2.
方差分析及显著性检验结果见表3。
从表3中可看出，本试验的模型极显著（p<0.01），
失拟项不显著（p=0.054 8>0.05） 说明该模型是真实
可靠的。由 p值可知，各因素对提取率的影响大小
顺序为：超声温度>超声功率>超声时间。一次项
中 A，B极显著，二次项中 A2，B2，C2极显著，AB，
BC 显著，其余各项均不显著。R2=0.997 6，R2adj=
试验号 A B C 挥发油提取率/%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
200
240
240
280
240
200
200
240
240
240
240
240
200
280
280
280
200
40
35
45
40
40
35
40
35
40
45
40
40
40
35
45
40
45
30
30
30
50
40
40
50
50
40
50
40
40
40
40
40
30
40
1.700
1.303
1.753
1.552
2.165
1.167
1.790
1.225
2.186
1.847
2.209
2.192
2.183
0.935
1.447
1.589
1.527
表 2 Box- Behnken试验方案与结果
图 1 不同萃取溶剂对白苏叶挥发油提取率的影响
因素
A 超声功率
P/W
B超声温度
θ/℃
C超声时间
t/min
-1
0
1
200
240
280
35
40
45
30
40
50
表 1 Box- Benhnken试验设计因素和水平
张 冶，等：响应面法优化超声波辅助提取白苏叶挥发油物质
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
提
取
率
/%
石油醚 正己烷 乙醇
萃取溶剂种类
31· ·
农产品加工（学刊） 2013年第6期
0.994 4说明该模型可以解释99.44%响应值的变化，
说明该模型拟合程度较好，可以用来分析和预测白
苏叶挥发油提取率。
2.2.3响应面法优化白苏叶挥发油提取工艺
超声功率与超声温度对白苏挥发油提取率影响
的响应面见图2，超声功率与超声时间对白苏挥发油
提取率影响的响应面见图3，超声温度与超声时间对
白苏挥发油提取率影响的响应面见图4。
由图2可知，在理论最佳超声时间（40 min） 条
件下，超声温度和超声功率的曲面均较陡，说明超
声温度和超声功率对白苏叶挥发油提取率的影响均
较显著，呈二次线性关系，超声功率为230~240 W，
超声温度为40.0~42.5℃，白苏叶挥发油提取率达到
最佳值，随着超声功率和超声温度的变化，提取率
逐渐降低。
由图3可知，在理论最佳超声温度（40℃） 条
件下，超声时间的响应曲面坡度比较缓，几乎呈一
次线性关系，说明对白苏叶挥发油提取率的影响较
小，而超声功率响应曲面较陡，说明对白苏叶挥发
油提取率的影响较大。以上研究表明，2个因素之间
交互作用不显著，超声功率和超声时间分别为
230~240 W，40~45 min，白苏叶挥发油提取率达到
最大值。
由图4可知，在理论最佳超声功率（240 W） 条
件下，超声温度曲面比较陡，说明超声温度对白苏
叶挥发油提取提取率的影响较大，而超声时间相对
于提取提取率的响应曲面较为平缓，说明白苏叶挥
发油提取提取率的影响较小，并且等高线呈椭圆形说
明2个因素的交互作用显著。超声温度和超声时间
分别为 40.0~42.5℃，40~45 min，白苏叶挥发油提
取率达到最大值。
3 讨论
本文以新鲜地产白苏叶为原料，对影响白苏叶
挥发油提取率的6个因素（萃取溶剂、料液比、浸
提时间、超声功率、超声温度、超声时间） 分别进
行了单因素试验，得出提取白苏叶挥发油的最佳萃
取溶剂为无水乙醇，最佳料液比为1∶40，最佳浸提
时间为40 min。在此条件下采用响应面法对超声波
提取白苏叶挥发油工艺进行优化，得出了超声波辅
助提取的最佳工艺条件为超声功率236.14 W，超声
时间40.82 min，超声温度41.16℃，此时白苏叶挥
发油提取率可达2.219 6%。
表 3 方差分析及显著性检验结果
方差
来源
平方和 自由度 均方 F值 p值 显著性
模型
A
B
C
AB
AC
BC
A2
B2
C2
2.590
0.055
0.470
5.951×10-4
5.776×10-3
4.032×10-3
7.396×10-3
0.660
1.150
0.075
9
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2.590
0.055
0.470
5.951×10-4
5.776×10-3
4.032×10-3
7.396×10-3
0.660
1.150
0.075
317.46
60.18
520.56
0.66
6.36
4.44
8.15
728.07
1263.69
82.23
<0.0001
0.0001
<0.0001
0.4447
0.0396
0.0730
0.0245
< .0001
<0.0001
<0.0001
**
**
**
不显著
*
不显著
*
**
**
**
残差
失拟项
纯误差
总误差
6.352×10-3
5.342×10-3
1.010× -3
2.60
7
3
4
16
9.075×10-4
1.781×10-3
2.525×10-4
7.05 0.0548
注：*表示 p<0.05显著，**表示 p<0.01极显著
挥
发
油
得
率
/%
2.300
1.950
1.600
1.250
0.900
45.00
42.50
40.00
37.50
35.00 200.00
220.00
240.00
260.00
280.00
A：
超声
功率
P/W
B：超声温度 θ/℃
挥
发
油
得
率
/%
2.210
2.045
1.880
1.715
1.550
50.00
45.00
40.00
35.00
30.00 200.00
220.00
240.00
260.00
280.00
A：
超声
功率
P/W
C：超声时间 t/min
挥
发
油
得
率
/%
2.300
2.025
1.750
1.475
1.200
50.00
45.00
40.00
35.00
30.00 35.00
37.50
40.00
42.50
45.00
B：
超声
温度
θ/℃
C：超声时间 t/min
图 2 超声功率与超声温度对白苏挥发油提取率影响的响应面
图 3 超声功率与超声时间对白苏挥发油提取率影响的响应面
图 4 超声温度与超声时间对白苏挥发油提取率影响的响应面
(下转第 35页)
32· ·
2013年第6期
为检验响应曲面法优化结果的可靠性，采用以
上3种条件萃取白苏叶挥发油，考虑到实际可操作性，
将条件调整为超声功率236W，超声时间41min，超
声温度41℃，在此条件下做2组平行试验，提取率
平均值为2.158 4%，与理论值相比误差为2.7%。由
此可知，响应面法优化的白苏叶挥发油萃取工艺参
数具有实际的应用价值，得到的白苏叶挥发油为浅
棕色黏稠液体，状态均一稳定。超声波辅助提取明
显提高了白苏叶挥发油的提取率，与其他工艺相比，
该工艺具有溶剂用量少、提取温度低、能耗低等优
点，可应用于白苏叶挥发油类物质的提取。
参考文献：
余华. 对紫苏资源开发利用的研究 [J] . 四川食品与发
酵，2001，36（3）：32-34.
易军鹏，朱文学，马海乐，等.牡丹籽油超声波辅助提取
工艺的响应面法优化 [J] .农业机械学报，2009，40（6）：
104-105.
关小霞，李建科，张研字.蚕蛹油超声波辅助萃取及其抗氧
化稳定性 [J] .中国农业科学，2010，43（8）：1 680.
[1]
[2]
[3]
(上接第 32页)
试验参数及结果（料水比均为1∶40） 见表2。
2.2单因素试验
不同温度下香菇多糖的水提取结果见表3，醇沉
过程中使用的乙醇体积分数见表4。
2.3 香菇多糖含量测定
苯酚-硫酸法测定香菇多糖含量见表5。
3 结论
香菇多糖提取的最佳条件是提取温度 100℃，
乙醇体积分数80%，浸提时间6 h。由于试验中设备
和药品不是很方便，导致试验时间太过冗长，在试
验过程中部分多糖可能会被氧化，所以结果不是十
分准确，但是在同样的条件下还是得出了香菇水提
的最佳条件。
参考文献：
李金灿，陆辉，张相日，等． 食用菌多糖特性与保健作
用研究新进展 [J] ． 中国食用菌，2005，24（6）：7-11．
盂庆虹，张守文． 真菌多糖的研究进展 [J] ． 食品科技，
2003（3）：42-44.
陈福禄，谢宝贵，郑金贵． 药用菌多糖的药用功能与展
望 [J] ． 中国药学杂志，2005，40（4）：244-247.
郑宗坤，许贤华，陈志行，等． 超滤提取香菇多糖的研
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李知敏，王伯初，周菁，等．植物多糖提取液的几种脱蛋
白方法的比较分析 [J] ． 重庆大学学报，2004，27（8）：
57-59.
表 2 试验参数及结果（料水比均为 1∶40）
项目
干香菇
水提
干香菇
盐提
鲜香菇
水提
鲜香菇
盐提
称取样品质量m/g
水提过程中加NaOH的质量m/g
水提过程中加水量V/mL
NaOH浓度/mol·L-1
盛放样品（150mL）烧杯质量m/g
热水浸提时间 t/h
浸提温度 θ/℃
静置时间 t/h
水提液浓缩后的体积V/mL
95%乙醇加入体积V/mL
醇沉过程中乙醇含量/%
醇沉后烧杯质量m/g
醇沉物质量m/g
离心后所放置的100mL烧杯质量m/g
离心除蛋白后烧杯质量m/g
纯化过程溶解去蛋白的多糖加入水的
体积V/mL
十六烷基三甲基溶液体积V/mL
硼酸-硼砂缓冲液体积V/mL
36%乙酸V/mL
甲醇体积V/mL
精制后烧杯质量m/g
精制多糖质量m/g
10
-
400
-
159.7
6
100
18
125
240
70
163.02
3.32
55.52
55.90
50
50
50
50
50
55.86
0.34
10
10
400
0.625
139.3
6
100
18
125
240
70
151.52
12.22
61.50
62.00
50
50
50
50
50
61.85
0.35
50
-
400
-
155
6
100
18
125
240
70
157.38
.38
58.98
59.53
50
50
50
50
50
59.43
0.45
50
10
400
0.625
153
6
100
18
125
240
70
168.02
15.02
52.51
52.89
50
50
50
50
50
52.85
0.34
表 3 不同温度下香菇多糖的水提取结果
提取温度 θ/℃ 85 95 100 105
香菇质量 m/g
水的体积 V/mL
浸提时间 t/h
醇沉过程中乙醇的
体积分数/%
多糖得率/%
10
400
6
70
3.40
10
100
6
70
3.75
10
100
6
70
4.42
10
100
6
70
3.68
表 4 醇沉过程中乙醇的体积分数（100 ℃，浸提 6 h）
醇沉过程乙醇
体积分数/%
醇沉时间 t/h 醇沉温度 θ/℃ 粗多糖得率/%
60
65
70
75
80
85
90
18
18
18
18
18
18
18
25
25
25
25
25
25
25
3.20
3.83
3.85
4.00
4.22
3.78
3.20
葡萄糖溶液的体积
V/mL
样品1（鲜香菇）
吸光度 A
样品2（干香菇）
吸光度 A
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
0.015
0.024
0.039
0.055
0.068
0.011
0.022
0.034
0.054
0.063
表 5 苯酚 - 硫酸法测定多糖含量
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
李 翔，等：香菇水提液多糖提取工艺及测定研究 35· ·