全 文 ：食品与发酵工业 FOOD AND FERMENTATION INDUSTRIES
218 2012 Vol. 38 No. 1 (Tota l 289)
万年蒿总黄酮超声波提取工艺的优化*
黄静，郝文芳
(西北农林科技大学 生命科学学院，陕西 杨凌，712100)
摘 要 以万年蒿为原料，研究超声波提取万年蒿总黄酮的最佳工艺。通过单因素试验研究乙醇体积分数、料
液比、超声波功率及超声时间对总黄酮提取量的影响。以此为基础，采用 L9(3
4)正交试验设计，优化超声波提
取万年蒿总黄酮工艺条件;并将其与传统的热回流法和浸提法进行了比较。超声波提取万年蒿总黄酮的最佳提
取工艺参数为:乙醇体积分数 60%，料液比 1∶ 20(g:mL)，超声波功率 350 W，超声时间 60 min。在此工艺条件
下，万年蒿总黄酮提取量为 69. 55 mg /g。
关键词 万年蒿，超声波提取，总黄酮，提取工艺，正交试验设计
第一作者:硕士研究生(郝文芳教授为通讯作者，E-mail:haowen-
fang@ nwsuaf. edu. com)。
* 中国科学院“西部之光”人才培养项目(2008DF02)
收稿日期:2011 － 09 － 09，改回日期:2011 － 11 － 22
黄酮类化合物是植物体中普遍存在的次生代谢
物，是许多传统药物的有效成分。研究证实，黄酮类
化合物具有抗细菌、抗真菌、抗病原体、抗癌、抗氧化
和消炎等多种药理作用［1 － 3］，具有重要的研究价值。
目前，有关万年蒿(Artemisia sacrorum Ledeb. )化学成
分的研究已有大量报道，而黄酮类化合物，如芹黄素、
芫花黄素，则是其重要的化学成分［4 － 5］。万年蒿，又
名白莲蒿、铁杆蒿，为菊科(Compositae)蒿属(Artemis-
ia)草本植物［6］，常作为民间药用于治疗急慢性肝炎、
小儿惊风、发热、急慢性胃肠炎等疾病，并具有一定的
抗肿瘤、保肝护肝之功效［7 － 11］。因此，对万年蒿中黄
酮类化合物的研究和开发具有重要意义。
传统提取技术，如热回流提取或浸渍提取，常用
于黄酮类化合物的提取，但存在着耗时耗能，溶剂和
样品需求量大，提取产物易损失等不足［12 － 14］。超声
波提取技术主要依靠超声波在提取溶剂中的空化效
应进行有效成分的提取。当超声波在溶液中传播时，
负压促使空化泡的不断形成和破裂，引起细胞壁破
碎，有效增强了溶剂的传质作用，进而促进有效成分
从植物组织中快速释放出来［15 － 16］。作为一门新兴的
提取技术，超声波提取展现出穿透力强、效率高、周期
短、操作简单等显著特点［13，17 － 18］，并已广泛应用于生
物活性物质的提取，且取得了较好的效果［19 － 20］。本
研究以总黄酮提取量为评价指标，采用超声波提取技
术对万年蒿总黄酮的最佳提取工艺进行研究，并与传
统提取方法进行比较，以期建立高效快速、操作简便
的提取万年蒿总黄酮的工艺方法。
1 材料、试剂与仪器
万年蒿于 2010 年 9 月下旬采自陕西省安塞地区
(经西北农林科技大学生命科学学院吴振海高级实
验师鉴定)。将材料地上部分自然阴干，粉碎，过 40
目筛，保存于干燥处备用。
芦丁对照品(上海晶纯试剂有限公司;纯度≥
98%) ，亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠、无水乙醇、石油
醚(60 ～ 90℃)等，均为分析纯。
KQ-500DE型超声波清洗机(昆山市超声仪器有
限公司) ，RE-52AA 型旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪
器厂) ，SHZ-D(Ⅲ)真空泵(巩义市予华仪器有限责
任公司) ，752 紫外-可见分光光度计(上海光谱仪器
有限公司)。
2 试验方法
2. 1 对照品溶液的制备
称取干燥至恒重的芦丁对照品 20. 00 mg，用体
积分数为 30%的乙醇溶解并定容至 100 mL，摇匀，即
得 0. 20 mg /mL芦丁对照品溶液。
2. 2 标准曲线的建立［21］
吸取上述芦丁对照品溶液 0、2. 0、4. 0、6. 0、8. 0、
10. 0 mL分别置于 25 mL具塞试管中，30%乙醇补充
至 10. 0 mL，加入 5% NaNO2 溶液 0. 7 mL，混匀后静
置 6 min，再加入 0. 7 mL 10% Al(NO3)3 溶液，摇匀
后静置 6 min，然后加入 4% NaOH 溶液 5 mL，用
30%乙醇稀释至刻度，摇匀后静置 10 min，于波长
510 nm下测定吸光度。以吸光度(Y)为纵坐标、质量
浓度(X)为横坐标建立直线回归，得回归方程:Y =
DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.2012.01.018
分离与提取
2012年第 38卷第 1期(总第 289期) 219
11. 927X ﹢ 0. 000 4，R2 = 1，线性范围为 0. 016 ～
0. 080 mg /mL。
2. 3 总黄酮的超声波提取及含量测定
称取万年蒿粗粉 1. 000 g 置于 50 mL 塑料密封
管中，按不同料液比加入一定浓度的乙醇溶液，密封，
在一定功率和时间下，将温度控制在(45 ± 1)℃，进
行超声波提取，冷却、过滤并合并滤液，乙醇提取液经
旋转蒸发仪减压回收，蒸干，残渣用 50 mL 蒸馏水溶
解，经石油醚萃取脂溶性成分，弃去石油醚层，水层加
无水乙醇配成 30%乙醇溶液后转入 100 mL 容量瓶
中，用 30%乙醇定容至刻度，摇匀即得供试品溶液，
并按以下公式计算总黄酮提取量:
总黄酮提取量 /(mg·mL －1)= c × 100 × 25m × V
式中:c 为线性方程计算出的总黄酮质量浓度
(mg /mL) ;V为检测时所取溶液体积(mL) ;m为样品
质量(g)。
2. 4 精密度试验
精密量取相同量对照品溶液 6 份，按 2. 2 节标准
曲线的制备方法测定吸光度值，结果测得平均吸光度
为 0. 387，相对标准偏差(RSD)为 0. 78%，表明精密
度良好。
2. 5 稳定性试验
按 2. 3 节操作，将同一份供试品溶液分别在 0、
10、20、30、40、50、60 min内进行吸光度值测定。结果
测得 RSD为 0. 48%，表明供试液在 60 min 内基本稳
定。
2. 6 重复性试验
平行称取万年蒿样品 6 份，制备供试品溶液，按
2. 3 节测定吸光度值，结果测得平均吸光度为 0. 621，
RSD 为 1. 33%，表明重复性良好。
2. 7 加标回收率试验
称取总黄酮含量已知的万年蒿样品 6 份，加入
芦丁对照液 0. 5 mL，按 2. 3 节测定吸光度值，结果测
得平均回收率为 92. 22%，RSD为 1. 61%。
2. 8 单因素试验
2. 8. 1 乙醇体积分数对总黄酮提取量的影响
在料液比 1∶ 20(g:mL)、超声波功率 300 W 的条
件下，超声提取 30 min 后，测定乙醇体积分数为
30%、45%、60%、75%、90%、100%时总黄酮提取量。
2. 8. 2 料液比对总黄酮提取量的影响
在乙醇体积分数为 60%、超声波功率 300 W 的
条件下，超声提取 30 min后，测定料液比为 1∶ 10、1∶
15、1∶ 20、1∶ 25、1∶ 30、1∶ 35(g:mL)时总黄酮提取量。
2. 8. 3 超声波功率对总黄酮提取量的影响
在乙醇体积分数为 60%、料液比 1∶ 20(g:mL)的
条件下，超声提取 30 min后，测定超声波功率为 200、
250、300、350、400、450 W时总黄酮提取量。
2. 8. 4 超声时间对总黄酮提取量的影响
在乙醇体积分数为 60%、料液比 1∶ 20(g:mL)和
超声波功率 300 W 的条件下，测定超声提取 0、15、
30、45、60、75 min后总黄酮提取量。
2. 9 正交试验设计
在单因素试验的基础上，以乙醇体积分数、料液
比、超声波功率和超声时间为影响因素，按 L9(3
4)正
交试验设计优化万年蒿总黄酮超声波提取工艺，每个
因素设计 3 个水平(见表 1)。
表 1 正交试验因素水平
水平
A
乙醇体积分
数 /%
B
料液比 /
(g:mL)
C
超声波功率 /
W
D
超声时间 /
min
1 30 1∶ 20 350 45
2 45 1∶ 25 400 60
3 60 1∶ 30 450 75
2. 10 回流法和浸渍法提取万年蒿总黄酮
浸渍法:称取 1. 000 g 万年蒿样品 2 份，按料液
比 1∶ 20(g:mL)置于 60%的乙醇水溶液中，在常温和
45℃下分别浸泡 24 h，冷却、过滤并合并滤液，按 2. 3
方法测定总黄酮的提取量。
回流法:称取 5. 000 g 万年蒿样品 2 份，按料液
比 1∶ 20(g:mL)加入 60%乙醇水溶液，在 45℃下分别
回流提取 60、120 min 后，冷却、过滤并合并滤液，按
2. 3 方法进行总黄酮提取量的测定。
3 结果与分析
3. 1 单因素试验
3. 1. 1 乙醇体积分数对总黄酮提取量的影响
如图 1 所示，当乙醇体积分数由 30% 增加至
60%时，总黄酮提取量缓慢增加，当体积分数为 60%
时，总黄酮提取量达到最大值，此后随着乙醇体积分
数的增加总黄酮提取量迅速降低，无水乙醇时达到最
小值。这主要与溶剂的极性相关，依据“相似相溶”
原理，目标物的极性同溶剂的极性越相似，目标物越
容易被溶解。同时，水的存在有助于干燥材料扩散能
力和渗透能力的恢复［19］，促进植物材料的膨胀，增加
材料和提取溶剂之间的接触面积［22］。相关研究证
食品与发酵工业 FOOD AND FERMENTATION INDUSTRIES
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明［16］，在相同的乙醇体积分数下，超声波法提取的有
效成分含量明显高于浸渍提取。这是由于超声波在
一定程度上加速了干样的水化过程，促进了有效成分
从细胞内释放［23］。并且，提取溶剂表面张力的增加、
黏度和蒸汽压的降低也将引起超声波的空化作用的
增强，进而促使提取率升高［24］。提取过程中，随着溶
剂极性的不断降低，提取溶液由红棕色逐渐变化为深
绿色，叶绿素等低极性杂质在提取溶剂中的含量不断
增加，阻碍了黄酮类化合物的溶出，导致黄酮类物质
提取量降低。因此，本研究选择体积分数为 30%、
45%、60%的乙醇作为后续正交试验的因素水平。
图 1 乙醇体积分数对总黄酮提取量的影响
3. 1. 2 料液比对总黄酮提取量的影响
由图 2 可知，在料液比 1∶ 10 ～ 1∶ 20(g∶ mL)之间，
万年蒿总黄酮提取量随着料液比的增加而提高，而当
料液由 1∶ 20 增加至 1∶ 30 时，总黄酮提取量变化则相
对稳定，大于 1∶ 30 后提取量开始下降。一般情况下，
提取溶剂量越大，细胞壁内外浓度差越大，有效成分
越容易从细胞内渗出，提取率越高。但是溶剂用量过
大，溶剂对超声波能量的吸收增加，而空化泡对能量
的吸收则相应减少，细胞壁破裂不完全，目标化合物
不能从细胞中很好溶出，从而导致提取率降低［25 － 26］。
实际生产过程中，溶剂用量太大不仅会增加后续浓缩
工作的难度而且会造成溶剂和能源的严重浪费。但
是，料液比过小，材料中的有效成分则不能被充分提
取，提取率将偏低。因此，若想以最低的成本获得最
高的效益，选择合适的料液比至关重要。综合考虑，
本研究选择料液比 1∶ 20、1∶ 25、1∶ 30 作为后续正交试
验的因素水平。
3. 1. 3 超声波功率对总黄酮提取量的影响
如图 3 所示，其他条件一定时，随着超声波功率
的增加，万年蒿总黄酮提取量随之增加，400 W 时达
到最高点，当功率大于 400 W 后总黄酮提取量开始
下降。总黄酮提取量之所以随着超声波功率的增加
而不断提高是因为功率的增加引起超声波空化作用
图 2 料液比对总黄酮提取量的影响
的增强［16］。当超声波在溶剂中传播时，形成的空化
泡在材料表面周围的破碎，产生强烈的剪切力，引起
了植物组织细微裂缝的形成。由于共振态气泡尺寸
与声波的振幅成比例，所以超声波功率越大，超声波
在提取介质中的振幅越大，空化泡的破碎越剧烈［27］，
有效成分的提取率越高。但当功率过高时，一些目标
化合物的结构则会受到破坏，并且非有效成分也将随
着材料的剧烈破碎大量溶解于提取溶剂中，有效成分
的溶解量相应减少，因此万年蒿总黄酮提取量不会随
着功率增加而持续升高。综合考虑，选择超声波功率
300、350、400 W作为后续正交试验的因素水平。
图 3 超声功率对总黄酮提取量的影响
3. 1. 4 超声时间对总黄酮提取量的影响
由图 4 可知，当以无超声波处理(0 min)为对照
时，延长超声波处理时间总黄酮提取量明显提高，但
超声波仅在最初的 30 min 内作用显著，此后随着提
取时间的延长，总黄酮提取量缓慢增加。对于这种现
象可从两方面解释［16］，其一，提取溶剂中目标化合物
的浓度与其溶解性之间的差异性。初始阶段，黄酮类
化合物在 60%乙醇溶液中浓度很低并具有较高的溶
解度，故可在短时间内迅速释放到提取溶剂中;随着
提取时间的延长，溶剂中黄酮类化合物含量不断升
高，溶液趋于饱和，溶解度降低，总黄酮提取量变化缓
慢。其二，由于材料颗粒的完整性，存在于颗粒表面
的目标物质相比于颗粒内部的更容易获得。最初阶
分离与提取
2012年第 38卷第 1期(总第 289期) 221
段，提取溶剂主要溶解样品颗粒外的黄酮类物质，故
提取量在短时间内迅速增加，此后则主要是存在于材
料颗粒内部的有效成分依靠浓度差缓慢释放到溶剂
中，所以随着时间的延长总黄酮提取量增加并不明
显。综合以上分析，选取 45、60、75 min 的超声时间
作为后续正交试验因素水平。
图 4 超声时间对总黄酮提取量的影响
3. 2 正交试验设计结果与分析
表 2 L9(3
4)正交试验结果
序号 A B C D
提取量 /
(mg·g － 1)
1 1 1 1 1 62. 95
2 1 2 2 2 60. 22
3 1 3 3 3 57. 51
4 2 1 2 3 61. 72
5 2 2 3 1 58. 33
6 2 3 1 2 63. 85
7 3 1 3 2 68. 21
8 3 2 1 3 60. 43
9 3 3 2 1 58. 01
k1 60. 22 64. 29 62. 41 59. 76
k2 61. 30 59. 66 59. 99 64. 09
k3 62. 22 59. 79 61. 35 59. 89
R 2. 00 4. 63 2. 42 4. 33
表 3 方差分析
方差来源 离差平方和 自由度 均方 F值 显著性
A 0. 001 2 0. 001 2. 319
B 0. 011 2 0. 006 17. 544 ＊＊
C 0. 002 2 0. 001 3. 937 *
D 0. 010 2 0. 005 15. 308 ＊＊
误差 0. 006 18 0. 000
注:F0. 05(2，2)= 19. 00;F0. 01(2，2)= 99. 00。
由表 2 分析，各因素对万年蒿总黄酮提取量影
响从大到小的顺序依次为 B ＞ D ＞ C ＞ A，即料液比 ＞
超声时间 ＞超声波功率 ＞乙醇体积分数。此顺序同
方差分析结果一致(见表 3)。从方差分析结果可以
看出，料液比和超声时间对总黄酮提取量具有极显著
影响，超声功率具有显著影响，而乙醇体积分数则对
万年蒿总黄酮提取量影响不显著。由此得出，最佳工
艺条件为 A3B1C1D2，即乙醇体积分数 60%、料液比
1∶ 20、超声波功率 350 W、超声时间 60 min。但是，最
优工艺条件不存在正交试验设计中，因此，需对最优
工艺进行进一步验证。
3. 3 验证实验
按照上述最佳工艺 A3B1C1D2 制备 3 份供试样
液，进行工艺验证。结果测得总黄酮提取量的平均值
为 69. 55 mg /g，RSD 为 1. 2%，由此证明该工艺稳定
可行。
3. 4 超声波提取法同传统提取方法的比较研究
为了合理的评价超声波提取总黄酮的效率，分别
将热回流法和浸渍法同超声波最优提取工艺进行比
较。如图 5 所示，相对于浸渍提取和热回流提取，超
声波法获得的总黄酮提取量最高，达到 69. 55 mg /g;
尽管常温条件下浸渍提取最易操作，但是总黄酮提取
量很低且耗费时间较长;与常温浸提相比较，45℃下
浸提提取量增加了 15. 03%，提取率大幅度提高，但
仍存在着耗时耗能等缺点;回流时间由 1 h 延长到 2
h，提取量增加了 8. 59%，但热回流提取操作麻烦，耗
时耗能。由此可以得出，超声波提取优于传统提取的
方法，提取时间短，得率高，操作简便，是提取万年蒿
总黄酮有效可行的方法。
图 5 比较不同提取方法对总黄酮提取量的影响
4 讨论
通过单因素试验和正交试验设计，本研究确定了
超声波提取万年蒿总黄酮的最佳工艺为:乙醇体积分
数 60%、料液比 1∶ 20(g:mL)、超声波功率 350 W、超
声时间 60 min。在此最佳提取工艺条件下，总黄酮提
取量达到 69. 55 mg /g。经验证，该工艺合理有效，稳
定可行，适合于万年蒿总黄酮的提取。
除了乙醇体积分数、料液比、超声功率和提取时
间对万年蒿总黄酮的提取有一定影响之外，温度［18］
同样也是影响超声波提取总黄酮的重要因素之一。
食品与发酵工业 FOOD AND FERMENTATION INDUSTRIES
222 2012 Vol. 38 No. 1 (Tota l 289)
提取过程中，随着超声波功率的增加和超声时间的延
长，提取温度将不断上升，因此本试验将超声波清洗
仪同自来水直接连接，通过循环水的流动将温度控制
在(45 ± 1)℃，以降低温度对试验的影响。
传统的浸渍提取和热回流提取主要依靠一系列
的渗透和溶解过程去提取植物材料组织内的有效成
分［16］，故提取效率较低。相对而言，超声波提取技术
除了依赖超声波空化效应进行有效成分提取外，其乳
化、扩散、破碎和震荡等效应也会促进有效成分从原
材料中快速释放出来［28］。所以，相比较于热回流提
取和浸渍提取，超声波提取工艺省时高效、操作更为
简便，值得进一步深入研究。
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Optimization of Ultrasonic Extraction Processes of Total Flavonoids
from Artemisia sacrorum Ledeb.
Huang Jing，Hao Wen-fang
(College of Life Science，Northwest A＆F University，Yangling 712100，China)
ABSTRACT Artemisia sacrorum Ledeb. was extracted by ultrasound and the processing was optimized. The influ-
ence of four extraction variables on extraction yields of total flavonoids was investigated，including ethanol concentra-
tion，the ratio of material to solvent，ultrasonic power and time. Based on the results of our investigations，orthogonal
test design L9(34)was used to optimize the extraction yields. In addition，heat reflux and maceration were also em-
ployed to compare with ultrasonic extraction processes. The results indicated that the optimum ultrasonic extraction
conditions were as follows:ethanol concentration 60%(v /v) ，the ratio of material to solvent 1∶ 20(w /v) ，ultrasonic
power 350 W，time 60 min. Under the above conditions，the total ?avonoids yields could arrive 69. 55 mg·g －1 .
Meanwhile，the optimized ultrasonic extraction processes was stable and feasible. In addition，it had several remarka-
ble advantages，including time saving，high efficiency and easier-operation.
Key words Artemisia sacrorum Ledeb. ，ultrasonic extraction，total avonoids，extraction processes，orthogonal test de-
sign
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