全 文 ：响应面分析优化加压溶剂法提取甜菊糖苷工艺
俞坚
（杭州职业技术学院，杭州市绿色精细化工研究与技术转化重点实验室，浙江杭州 310018）
摘 要：采用响应面分析优化加压溶剂法提取甜菊糖苷的工艺，在提取压力、提取时间、提取温度 3个因素试验的
基础上，以甜菊糖苷得率为响应值，考查因素对甜菊糖苷得率的影响。试验结果表明，在料液比为 1 ∶ 15 g/mL，提取
压力 11 MPa、提取时间 12 min和提取温度 118 ℃时，甜菊糖苷得率达 91.7 mg/g。试验结果与理论预测值基本相符。
关键词：加压溶剂法；甜叶菊；甜菊糖苷；响应面分析
Optimization of Pressurized Liquid Extraction Technology of Stevioside from
Stevia rebaudiana Bertoni Leaves by Response Surface Analysis
YU Jian
（Hangzhou Vocational and Technical College，Hangzhou Key Laboratory of Green Fine Chemicals Research
and Technological Transformation，Hangzhou 310018，Zhejiang，China）
Abstract：Response Surface Analysis was applied to optimize process conditions of stevioside extracted by
pressurized Liquid method. Three factor， namely extraction pressure， extraction time and extraction temperature
were selected. Base on single-factor experiments， stevioside extraction rate was as response value， and the effect
of such factors on stevioside extraction rate was studied. The results showed that stevioside extraction rate can
reach the highest level of 91.7 mg/g when follow this process conditions： material-liquid ratio was 1 ∶ 15（g/mL），
extraction pressure was 11 MPa， extraction time was 12 min and extraction temperature was 118 ℃ . The
experimental values agreed with those predicted values.
Key words：pressurized liquid extraction； Stevia rebaudiana Bertoni leaves； Stevioside； Response Surface
Analysis
基金项目：浙江省教育厅科研资助项目（Y201326615）
作者简介：俞坚（1981—），男（汉），讲师，硕士研究生，主要研究功能
性食品及天然产物资源开发。
食品研究与开发
Food Research And Development
2014年 4月
第 35卷第 7期
DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2014.07.013
甜菊糖苷是甜叶菊（Stevia rebaudiana Bertoni
leaves）中提取的天然甜味剂 [1]，2012年国家卫生部批
准其作为冷冻饮品、果冻等食品的添加剂。与蔗糖相比，
甜菊糖苷是非发酵性物质，对高温、酸、碱相对稳定[2]。
它在食品加工过程中，不会像蔗糖那样发生褐变现
象，应用成本比蔗糖低 50 %，热值仅为蔗糖的 1/300，
甜度是蔗糖的 250倍~300倍[3]。目前，国内外提取甜菊
糖苷的工艺主要采用热水蒸煮法，该法简单易行，提
取成本较低，因此一直以来都被广泛使用，此外，还有
水提法[4]、酶法[5]等，但是由于这些传统提取法存在提
取时间长、溶剂用量大、原料利用率低等缺点，因此，不
少学者对甜菊糖苷的提取进行了多方面的探索，越来
越多新的工艺技术被引进，如超声波提取技术[6]、超临
界提取技术[7]、微波提取技术[8]、超高压提取技术[9]等。
加压溶剂提取技术自 1995年 Richter等学者[10]提
出方法以来，其应用涉及食品、药物分析、环境等诸多
领域。与传统热水蒸煮法相比，加压溶剂提取技术具
有提取时间短、提取效率高、操作简便、省时经济等优
点[11]。目前，已在植物有效成分的提取中得到了一定的
应用，但将其应用于提取甜菊糖苷未见报道。本文尝试
采用加压溶剂提取甜菊糖苷，并结合 Box-Benhnken中
心组合试验和响应面分析法对提取工艺进行优化，以
期为甜菊糖苷的快速高效提取提供一种新工艺技术。
1 材料与方法
1.1 材料、试剂与仪器
甜叶菊：购自于杭州艺福堂茗茶旗舰店，阴干后
分离提取
43
粉碎过 80目标准筛。
氢氧化钾、硫酸、酚酞等化学试剂均为分析纯，实
验用水为双蒸馏水。
Dionex-ASE200加压溶剂提取仪：美国 Dionex公
司；AE240S分析天平：梅特勒-托利多上海有限公司；
碱性滴定管：华东医药有限公司；布氏漏斗、小型粉碎
机和超声波清洗器等。
1.2 方法
1.2.1 甜菊糖苷提取得率的测定[12]
取甜叶菊 2.000 g，加入 30.0 mL水，经加压溶剂提
取后，上清液减压浓缩，移置 250 mL锥形瓶中，加入稀
硫酸 25.0 mL与水 25.0 mL，振摇溶解后，加热至微沸，
水解 30 min，冷却，过滤，滤渣用水洗至中性后，加中性
乙醇 50.0 mL，溶解后，再加酚酞指示剂 2 滴，用
0.05 mol/L氢氧化钾滴定至溶液显红色，10 s内不褪色。
每 1.0毫升乙醇制氢氧化钾滴定液相当于 40.24 mg的
C38H60O18。按下式求出甜菊糖苷得率：
Y（mg/g）= 40.24 × VM
式中：Y为甜菊糖苷得率，（mg/g）；V为消耗的氢
氧化钾体积，mL；M为甜叶菊质量，g。
1.2.2 单因素试验设计
依据前期预试验结果，取甜叶菊 2.000 g，加入
30 mL水，设定加压溶剂提取仪提取压力 8 MPa、提取
时间 10 min、提取温度 100 ℃中的 3个因素，改变其中
一个因素，进行单因素试验，各因素梯度设计为：提取
压力 4、6、8、10、12 MPa；提取时间 1、5、10、15、20 min；
提取温度 60、80、100、120、140 ℃。
1.2.3 响应面试验设计
依据单因素试验结果，采用 Box-Behnken设计方
案做响应曲面研究[13]。3个自变量提取压力、提取时间
和提取温度分别以 A，B和 C代表，以+1，0，-1分别代
表各自的不同水平，编码因素及水平、试验设计方案
见表 1。
1.3 数据处理
响应面试验数据采用 Design Expert 8.0软件绘图
并作方差和显著性分析。
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果与分析
2.1.1 提取压力对甜菊糖苷提取得率的影响
不同提取压力对甜菊糖苷提取得率的影响，见
图 1。
料液比为 1 ∶ 15 g/mL，提取时间 10 min，提取温度
100 ℃，考察提取压力分别为 4 MPa~12 MPa时对甜菊
糖苷提取得率的影响。从图 1可知，加压溶剂法提取
甜菊糖苷，随着提取压力从 4 MPa提高到 12 MPa，甜
菊糖苷提取得率不断提高。当提取压力达到 10 MPa
后，甜菊糖苷提取得率变化趋缓。初步推断，提取高压
一方面保证了提取溶剂在 100 ℃高温下始终处于液体
状态；另一方面高压可能会使提取样品甜叶菊表面孔
隙变多、变大，与提取溶剂接触的比表面积增大。但是，
过高的压力会增加设备的维护费用。因此，选择 8 MPa~
12 MPa区间作为响应面优化考察范围。
2.1.2 提取时间对甜菊糖苷提取得率的影响
不同提取时间对甜菊糖苷提取得率的影响，见
图2。
料液比为 1 ∶ 15 g/mL，提取压力 8 MPa，提取温度
100 ℃，考察提取时间分别为 1 min~20 min时对甜菊
糖苷提取得率的影响。从图 2可知，加压溶剂法提取
甜菊糖苷，随着提取时间从 1 min延长到 10 min，甜菊
糖苷提取得率提高明显；而 10 min到 20 min，甜菊糖
苷提取得率几乎没有增加，反而略有下降。初步表明，
在提取压力 8 MPa和提取温度 100 ℃下，提取 10 min
表 1 响应面分析因素及水平
Table 1 Factors and levels of Box-Behnken experiment
水平
因素
提取压力/MPa 提取时间/min 提取温度/℃
-1 8 5 80
0 10 10 100
+1 12 15 120
图 1 不同提取压力对甜菊糖苷提取得率的影响
Fig.1 Effect of treatment pressure on stevioside extraction rate
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40甜
菊
糖
苷
提
取
得
率
/（
m
g/
g）
2 4 14
提取压力/MPa
6 8 10 12
图 2 不同提取时间对甜菊糖苷提取得率的影响
Fig.2 Effect of treatment time on stevioside extraction rate
80
75
70
65
60
55
50
45
40甜
菊
糖
苷
提
取
得
率
/（
m
g/
g）
0 5 20
提取时间/min
10 15
分离提取俞坚：响应面分析优化加压溶剂法提取甜菊糖苷工艺
44
甜菊糖苷提取基本达到平衡。因此，选择 5 min~15 min
区间作为响应面优化考察范围。
2.1.3 提取温度对甜菊糖苷提取得率的影响
不同提取温度对甜菊糖苷提取得率的影响，见
图3。
料液比为 1 ∶ 15 g/mL，提取压力 8 MPa，提取时间
10 min，考察提取温度分别为 60 ℃~140 ℃时对甜菊糖
苷提取得率的影响。从图 3可知，加压溶剂法提取甜
菊糖苷，随着提取温度从 60 ℃上升到 140 ℃，甜菊糖
苷提取得率逐步提高。初步推测，温度越高，提取溶剂
扩散速度越快，且对样品甜叶菊的破坏作用越大，有
利于甜菊糖苷溶出。但是，温度过高会使水溶性杂质
的溶出量增加，给后续甜菊糖苷的分离纯化带来困
难。因此，选择 80℃~120℃区间作为响应面优化考察
范围。
2.2 响应面试验结果与分析
以提取压力（A）、提取时间（B）和提取温度（C）为
自变量，甜菊糖苷提取得率（R）为响应值，进行响应面
优化试验，试验方案及结果见表 2。
应用 Design Expert 8.0软件进行多元回归拟合分
析，各试验因子对响应值的影响可用如下多元二次回
归方程表示：R=88.17+5.49 A+3.54 B+4.53 C-0.25 AB+
0.47 AC+0.12 BC -7.43 A2-5.03 B2-2.71 C2
图 4~图 6直观地反映了提取压力、提取时间和提
取温度等 3个因素两两交互对甜菊糖苷提取得率的
影响。
从图 4可以看出，提取压力与提取时间交互作用
中，沿提取压力轴变化密集，而沿提取时间轴变化稀
疏，故提取压力对响应值峰面积的影响较提取时间的
影响大。从图 5可以看出，提取压力与提取温度交互
图 3 不同提取温度对甜菊糖苷提取得率的影响
Fig.3 Effect of treatment temperature on stevioside extraction rate
85
80
75
70
65
60甜
菊
糖
苷
提
取
得
率
/（
m
g/
g）
40 60 160
提取温度/℃
80 100 120 140
表 2 响应面优化试验结果
Table 2 Program and results of Response Surface Analysis
试验号 A B C R
1 -1 -1 0 65.1
2 1 -1 0 76.6
3 -1 1 0 73.3
4 1 1 0 82.5
5 -1 0 -1 66.4
6 1 0 -1 76.8
7 -1 0 1 76.0
8 1 0 1 87.9
9 0 -1 -1 72.1
10 0 1 -1 78.8
11 0 -1 1 79.8
12 0 1 1 86.8
13 0 0 0 86.9
14 0 0 0 85.6
15 0 0 0 86.9
12.00
11.00
10.00
9.00
8.005.007.00
9.0011.00
13.00
15.00
65
70
75
80
85
90
甜
菊
糖
苷
提
取
得
率
/（
m
g/
g）
A：提取压力/MPaB：提取时间/min
12.00
11.00
10.00
9.00
8.0080.00
88.00
96.00
104.00
112.00
120.00
65
70
75
80
85
90
甜
菊
糖
苷
提
取
得
率
/（
m
g/
g）
A：提取压力/MPaC：提取温度/℃
95
15.00
13.00
11.00
7.00
5.0080.00
88.00
96.00
104.00
112.00
120.00
70
75
80
85
90
甜
菊
糖
苷
提
取
得
率
/（
m
g/
g）
B：提取时间/minC：提取温度/℃
95
9.00
图 4 提取压力和提取时间对甜菊糖苷提取得率影响的响应面图
Fig.4 Response surface plot showing the interactive effect of
treatment pressure and time on stevioside extraction rate
图 5 提取压力和提取温度对甜菊糖苷提取得率影响的响应面图
Fig.5 Response surface plot showing the interactive effect of
treatment pressure and temperature on stevioside extraction rate
图 6 提取时间和提取温度对甜菊糖苷提取得率影响的响应面图
Fig.6 Response surface plot showing the interactive effect of
treatment time and temperature on stevioside extraction rate
俞坚：响应面分析优化加压溶剂法提取甜菊糖苷工艺分离提取
45
作用中，沿提取压力轴变化密集，而沿提取温度轴变
化稀疏，故提取压力对响应值峰面积的影响较提取温
度的影响大。从图 6可以看出，提取时间与提取温度
交互作用中，沿提取时间轴变化密集，而沿提取温度
轴变化稀疏，故提取时间对响应值峰面积的影响较提
取温度的影响大。
对表 2中的试验结果进行统计分析，得到的方差
分析结果如表 3所示。
由表 3可知，提取压力、提取时间和提取温度的
一次项均达到极显著水平（P＜0.000 1），整体模型的
“Prob＞F”值小于 0.000 1，表明该二次方程模型达到极
显著水平，并且失拟项不显著，说明该方程对加压溶
剂法提取甜菊糖苷试验拟合较好。
2.3 较优工艺与验证实验
对回归方程求导，并令 R值等于零，可以得到曲
面的最大点，即 3个主要因素的最佳水平值，转换后得
到加压溶剂法提取甜菊糖苷的最佳条件为：提取压力
10.8 MPa、提取时间 11.8 min和提取温度 117.6 ℃，此
时甜菊糖苷提取得率达 91.9 mg/g。对预测值进行验证，
选择的条件取整后提取压力 11 MPa、提取时间 12 min
和提取温度 118℃，甜菊糖苷的得率实际分别为 91.7、
91.6、91.7、91.9、91.8 mg/g，平均为 91.7 mg/g（标准偏差
为 0.11）。试验测量值稳定，数据重现性良好，标准偏差
较小，说明每次测定的甜菊糖苷得率稳定，结果合理
可靠。
3 结论与讨论
加压溶剂法提取甜菊糖苷经单因素试验和响应
面分析寻优试验，优化了提取工艺参数（提取压力、提
取时间、提取温度）最终获得较优的提取方案为：提取
压力 11 MPa、提取时间 12 min和提取温度 118 ℃，在
此条件下甜菊糖苷提取得率达 91.7 mg/g。加压溶剂法
提取甜菊糖苷具有效率高、设备操作简单和污染小等
优点，符合当前甜叶菊提取物现代生产工艺技术的发
展方向。
加压溶剂提取功能性成分是近几年来发展起来
的较为高效的提取技术。Selim等学者[14]成功地用加压
溶剂法从安纳托利亚蜂胶中获得了具有抗氧化活性
的酚类化合物。Diego等学者[15]证明了采用加压溶剂技
术从嘉宝果表皮提取酚类化合物具有良好的经济可
行性和工业化前景。范晓良等学者[16]采用高压溶剂萃
取法提取香菇多糖，证明了该技术具有提取率高、省
时、耗能少，操作方便等优点。
本研究采用的加压溶剂法提取甜菊糖苷的工艺
方案是在实验条件下获得，工艺除了对提取压力和提
取时间的选择外，提取温度的选择也至关重要，都直
接关系到了甜菊糖苷提取得率的高低，若是提取压力
过高，保压时间过长，会显著增加设备的制造和维护
成本；若是提取温度过高，会使甜叶菊水溶性杂质的
溶出量增加，给甜菊糖苷后续的分离纯化带来困难。
因此，对于加压溶剂法提取甜菊糖苷的现代化工业实
际应用还须有一些需要改进的地方。
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来源 平方和 自由度 均方 F值 Prob >F 显著性
模型 796.32 9 88.48 165.74 <0.000 1 显著
A 240.90 1 240.90 451.27 <0.000 1
B 100.11 1 100.11 187.53 <0.000 1
C 163.80 1 163.80 360.85 <0.000 1
AB 0.25 1 0.25 0.47 0.524 2
AC 0.90 1 0.90 1.69 0.250 2
BC 0.062 1 0.062 0.12 0.746 1
A2 204.02 1 204.02 382.17 <0.000 1
B2 93.54 1 93.54 175.23 <0.000 1
C2 27.08 1 27.08 50.73 0.000 8
残差 2.67 5 0.53
失拟项 2.66 3 0.89 266.25 0.003 7
纯误差 6.667E-003 2 6.667E-003
总差 798.99 14
表 3 响应面优化试验结果方差分析
Table 3 Analysis of variance for response surface regression
equation
分离提取俞坚：响应面分析优化加压溶剂法提取甜菊糖苷工艺
46
序号 A B C D 提取率/%
K1
K2
K3
6.252
7.394
6.680
6.386
6.293
7.646
7.084
7.094
6.147
6.554
7.179
6.592
R 1.142 1.353 0.947 0.625
续表 2 正交试验结果 L9（34）
Continue table 2 The results of orthogonal test
从表 2结果可以看出，通过均值直观分析，得出
ASE300快速萃取蕤核叶片黄酮类化合物的因素水平
组合为：A2B3C1D2。极差分析得出，4个因素对提取率的
影响，炉体加热温度和乙醇浓度对提取的影响较为明
显，静态萃取时间和循环次数的影响相对较小，即 B>
A>C>D。
4 结论
使用 ASE300快速溶剂萃取仪提取蕤核叶片中的
黄酮类化合物，经过单因素试验及正交设计的优化，
得到最佳的提取工艺条件：萃取溶剂为 60 %乙醇，炉
体加热温度 110℃，静态萃取 7 min，循环提取 3次，得
出提取率为 8.98 %。炉体加热温度对提取率的影响最
大，其次是乙醇浓度，静态萃取时间和提取循环次数
相对较小。
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工艺研究[J].中国食品学报,2012,12(2):98-103
收稿日期：2013-09-11
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