全 文 ：《食品工业》2015 年第36卷第 11 期 118
工艺技术
响应面优化法提取白簕总多酚及抗氧化研究
张元1，江森1，王真史1，何燕1，杜志云1*，张焜1, 2*
1. 广东工业大学轻工化工学院（广州 510006）；2. 五邑大学化学与环境学院（江门 529020）
摘 要 以白簕为原料, 研究白簕总多酚的提取工艺, 并研究其抗氧化活性。在单因素基础上, 采用Box-Behnken
响应面法对提取工艺进行优化, 所得最佳工艺参数: 乙醇体积分数为55%, 温度为75 ℃, 提取时间为113 min, 液料比
值为25 (mL/g)。实际测得总多酚得率62.71±1.48 mg/g, 与理论值基本吻合。通过DPPH, ABTS和ORAC测定的研究
结果表明, 白簕总多酚具有与Trolox相当甚至更好的抗氧化活性。
关键词 白簕; 总多酚; 提取; 响应面法; 抗氧化
Optimization of Extraction by Response Surface Analysis and Antioxidant
Effects of Total Polyphenol from Acanthopanax trifoliatus
Zhang Yuan1, Jiang Sen1, Wang Zhen-shi1, He Yan1, Du Zhi-yun1*, Zhang Kun1, 2*
1. School of Chemical Engineering and Light Industry, Guangdong University of Technology (Guangzhou 510006);
2. School of Chemical and Environmental, Wuyi University (Jiangmen 529020)
Abstract As raw material, the Acanthopanax trifoliatus was used for discussing the extraction technology and antioxidation
of polyphenols. Conditions for extraction process were optimized by means of response surface analysis with the Box-Behnken
design method based on the results of the single factor experiments. The optimal conditions of extraction were as followings:
55% ethanol concentration, extraction temperature 75 ℃, extraction time 113 min and ratio value of liquid to solid 25 (mL/g).
The actual measured result of polyphenol yield rate was 62.71±1.48 mg/g, which was almost equal to the predictable value.
The antioxidant activity was evaluated through DPPH, ABTS and ORAC methods, and Acanthopanax trifoliatus polyphenols
showed the same or better effect compared with Trolox.
Keywords Acanthopanax trifoliatus; total polyphenol; extraction; response surface analysis; antioxidant
*通讯作者；基金项目：广东省教育厅创新重点项目
（2012CXZD0030）
白簕（Acanthopanax trifoliatus（L.）Merr），又
称鹅掌、三叶五加、簕菜等，为五加科五加属灌木植
物。白簕为传统的民间药食同源植物，国内广泛分布
于广东、四川、贵州、台湾等地，日本、越南和菲律
宾亦有[1-2]。白簕含有黄酮、多酚、皂苷、挥发油、多
糖等活性成分[3-8]。《明·食物本草》记载：“五加，
叶作蔬食，去皮肤风湿”，《中国高等植物图鉴》记
载：“簕菜味苦、辛、凉，具有清热解毒、祛风利
湿、舒筋活血、止咳平喘之功效”[9]。试验对簕菜进
行了深入系统的研究，分离一系列活性成分，前期活
性研究结果表明白簕提取物具有很好的抗氧化、抗炎
和抗肿瘤活性[10-12]。近年来对植物多酚的大量研究表
明，多酚具有很好的抗氧化活性[13]。试验首次以白簕
茎叶为研究对象，对白簕总多酚的提取工艺进行优化
并研究其抗氧化活性，为白簕的开发利用提供科学理
论依据。
1　材料与仪器
白簕：由广东恩平李雪壮簕菜茶厂种植基地提
供，5月采收，经广东省广州市华南植物园叶华谷研
究员鉴定为五加科植物白簕。没食子酸标准品、水溶
性维生素E（Trolox）标准品、福林-酚试剂（FC）、
1, 1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）、2, 2-联氮-二
（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二铵盐（ABTS）、2, 4,
6-三吡啶基三嗪（TPTZ）、2, 2’-偶氮二（2-脒基丙
烷）二盐酸盐（AAPH）：Sigma公司；其他试剂均为
分析纯：广州化学试剂厂。
Lambda 25紫外-可见分光光度计：珀金埃尔默
（上海）有限公司；Tecan Infinite F200 PRO-滤光
片型多功能酶标仪：帝肯（上海）贸易有限公司；
HH-S型水浴锅：郑州长城科工贸易有限公司；
ML204/02型电子天平：梅特勒-托利多仪器（上海）
有限公司。
2　试验方法
2.1　白簕总多酚含量和提取率的测定
参考Veronica D的方法测定[14]。精密称量4 mg没食
子酸，用水溶解定容至100 mL，分别移取0，0.125，
0.250，0.500，0.750，1.000和1.200 mL于0~6号10 mL
具塞试管中，用去离子水定容到2 mL，加入0.25 mL
稀释1倍的福林酚试剂，静置6 min后，加入2.5 mL的
7% Na2CO3溶液，用去离子水定容到6 mL，室温静置
《食品工业》2015 年第36卷第 11 期 119
工艺技术
90 min后以0号试管作为空白参照，于760 nm测其吸
光度。以吸光度为y值；以没食子酸标准品质量浓度
（mg/L）为x值，绘制标准曲线。线性回归方程为：
y=0.105 6x-0.001 5（R2=0.999 5）。
测定各提取液吸光度，并根据回归方程计算白簕
总多酚得率（以没食子酸计）。
M=C×V×N/m×100%　　　　　　 （1）
式中：M-白簕总多酚得率，mg/g；C-根据标准
曲线计算出待测液中总多酚含，mg/mL；V-待测液体
积，mL；N-稀释倍数；m-白簕干粉质量，g。
2.2　白簕总多酚的提取工艺研究
取新鲜白簕茎叶经清洗，沥水后，50 ℃下干燥至
恒重，粉碎，过60目筛，精密称取白簕粉2 g，按一定
液料比值例加入乙醇溶液，加热恒温提取一定时间，
减压抽滤后定容到50 mL的容量瓶中备用。首先，对
乙醇体积分数（15%，35%，55%，75%和95%），提
取时间（30，60，120，180和240 min），提取温度
（50 ℃，60 ℃，70 ℃，80 ℃和90 ℃）和液料比值
（10，15，20，25和30（mL/g））进行单因素考察。
然后以乙醇体积分数、提取时间、提取温度和液料比
值为考察因素，采用Design Expert软件的Box-Behnken
模型响应面方法进行四因素三水平试验，因素水平表
见表1。
表1　响应面试验因素水平表
因素 水平-1 0 1
A乙醇体积分数/% 35 55 75
B提取温度/℃ 60 70 80
C提取时间/min 60 120 180
D液料比值/(mL·g-1) 20 25 30
2.3　体外抗氧化活性测定
2.3.1　DPPH自由基清除能力[15]
白簕多酚提取液和标准品Trolox母液分别稀释成
合适的浓度梯度，吸取不同浓度的白簕多酚提取液和
Trolox溶液2 mL，加入2 mL已配好的DPPH溶液（0.16
mmol/L），混合摇匀作为试验组，以2 mL无水乙醇
加入2 mL DPPH溶液作为空白对照。室温放置暗处30
min后，在517 nm处测定吸光度，计算清除率。
DPPH自由基清除率=（1-A试验组/A空白组）×100%
（2）
2.3.2　ABTS自由基清除能力[16]
白簕多酚提取液和标准品Trolox母液分别稀释成
合适的浓度梯度，吸取不同浓度的白簕多酚提取液和
Trolox溶液400 μL样液加入3.6 mL ABTS溶液，混匀
作为试验组，以无水乙醇作为空白对照。30 ℃水浴
锅中反应6 min，于波长734 nm下测其吸光度，计算
清除率。
ABTS自由基清除率=（1-A试验组/A空白组）×100%
（3）
2.3.3　ORAC抗氧化能力[17]
参照文献的方法测定，并进行适当修改。白簕
多酚提取液和标准品Trolox溶液用75 mmol/L磷酸盐缓
冲液（pH 7.4）进行稀释。取20 μL适当浓度的白簕
多酚提取液或者20 μL标准品Trolox溶液（5~50 μmol/
L），和120 μL荧光素钠溶液（136 nmol/L）加入96孔
酶标板中，在荧光酶标仪中于37 ℃温育20 min，每个
孔再加入60 μL AAPH溶液（40 mmol/L），短时振荡
后在波长485 nm处激发，每2 min在波长535 nm处释
放测定荧光强度，设置测定时间120 min。ORAC抗氧
化能力以每毫克提取物的多酚对应的Trolox当量表示
（mg TE/mg）。
3　结果与分析
3.1　单因素试验结果与分析
分别选择乙醇体积分数、提取时间、提取温度和
液料比值为因素，单因素试验分析白簕总多酚得率结
果如图1。
由图1（a）可知，固定其他因素，乙醇体积分数
在15%~55%时，提取得率呈升高趋势达到54.85 mg/
g，总多酚得率随乙醇体积分数增加而增加，由于多
酚在植物体内通常与蛋白质，多糖以氢键和疏水链形
成稳定的分子复合物[18]，而乙醇通过断裂氢键作用，
提高总多酚得率。在55%~95%时呈降低趋势，提取液
中溶出较多醇溶性杂质和亲脂性强的化合物，这些化
合物与多酚类物质竞争乙醇分子，并且组织的通透性
下降，导致多酚得率下降[19]。
从图1（b）可知，固定其他因素，随提取时间的
增大，白簕总多酚得率先增加后减小，在120 min时达
到最大值58.50 mg/g。由于大分子物质氢键和疏水作
用力的破坏需要时间，在一定范围内，总多酚得率随
提取时间的增加而增多。提取时间过长时，多酚与氧
气接触而分解或乙醇挥发而极性降低，总多酚得率减
少[20]。
从图1（c）可知，固定其他因素，白簕总多酚得
率随提取温度的增加先升高后降低，在70 ℃时达到最
大值56.35 mg/g，随后温度升高，得率反而降低。在
较低温度范围内，醇溶液中多酚运动速度随温度升高
而增大，加速其从细胞中溶出而提取得率提高，但是
温度过高会破坏多酚的结构，乙醇也会加速挥发而不
利于提取。
从图1（d）可知，固定其他因素，随液料比值的
增大，白簕总多酚得率变大，说明增大溶剂比例，有
利于多酚的溶出，提高总多酚得率，当液料比值达到
25（mL/g）时，总多酚得率趋于稳定，多酚物质已溶
出完全。
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工艺技术
图1　不同的乙醇体积分数、提取时间、提取温度和
液料比值对白簕总多酚得率的影响
3.2　Box-Behnken设计试验结果与分析
表2　试验设计及结果
试验
号
A 乙醇体
积分数
B 提取
温度
C 提取
时间
D 液料
比值
Y总多酚得率/
mg·g-1
1 0 0 1 1 60.01
2 0 1 0 -1 60.87
3 0 0 1 -1 57.17
4 1 0 0 1 58.03
5 -1 -1 0 -1 52.91
6 0 1 0 1 60.72
7 0 -1 1 0 53.20
8 1 -1 0 0 51.92
9 0 0 0 0 62.29
10 0 0 0 0 62.00
11 0 1 -1 0 61.43
12 1 0 -1 0 58.59
13 0 0 -1 -1 61.29
14 -1 -1 0 0 51.63
15 0 0 -1 1 58.17
16 -1 0 1 0 57.17
17 0 -1 0 1 52.34
18 -1 0 0 1 57.03
19 1 0 1 0 58.59
20 1 0 0 -1 57.58
21 0 -1 -1 0 55.33
22 1 1 0 0 60.30
23 0 1 1 0 61.01
24 -1 0 0 -1 56.89
25 0 0 0 0 61.43
26 -1 1 0 0 58.59
27 -1 0 -1 0 59.16
28 0 0 0 0 61.86
29 0 0 0 0 62.15
利用Design-Expert 8.0.6软件，对白簕总多酚得
率显著影响因素进行响应面分析，Box-Behnken试验
设计及结果见表2，得到白簕总多酚得率（Y）对乙
醇体积分数（A）、提取温度（B）、提取时间（C）
和液料比值（D）的多元二次回归模型方程式：
Y=61.95+0.38A+3.80B-0.57C-0.034D+0.35AB+0.50AC+
0.078AD+0.43BC+0.10BD+1.49CD-2.79A2-3.44B2-
0.83C2-1.84D2。
利用Design-Expert 8.0.6软件对试验结果进行响
应面分析，得出回归模型参数的方差分析见表3。由
方差分析可知，模型的p值显著，模型的相关系数
R2=0.994 2，失拟项（p=0.457 1＞0.100 0）不显著，
说明该方程与试验的拟合度好。其中，极显著项
（p＜0.01）有A，B，C，CD，A2，B2，C2，D2。显
著项（p＜0.05）有AC，BC，在所选取的各因素水平
范围内，单因素的影响顺序为提取温度（B）＞提取
时间（C）＞乙醇体积分数（A）＞液料比值（D）。
各因素交互作用中，三组交互项CD，AC和BC对Y有
显著影响（p＜0.05），其中CD对Y影响极为显著
（p＜0.001），图2~4分别对应其响应面图和等高线
图，从图中可直观地反映出这三组交互项之间对总多
酚得率存在比较显著的交互作用。
表3　回归模型参数的方差分析
方差来源 自由度 平方和 方差 F值 p值
模型 14 302.91 21.64 170.85 <0.000 1
A 1 1.72 1.72 13.56 0.002 5
B 1 173.2 173.2 1 367.7 <0.000 1
C 1 3.88 3.88 30.61 <0.000 1
D 1 0.014 0.014 0.11 0.744 4
AB 1 0.5 0.5 3.98 0.065 9
AC 1 0.99 0.99 7.82 0.014 3
AD 1 0.024 0.024 0.19 0.669 8
BC 1 0.73 0.73 5.77 0.030 7
BD 1 0.044 0.044 0.35 0.564 5
CD 1 8.88 8.88 70.12 <0.000 1
A2 1 50.31 50.31 397.3 <0.000 1
B2 1 76.71 76.71 605.71 <0.000 1
C2 1 4.47 4.47 35.29 <0.000 1
D2 1 22.05 22.05 174.13 <0.000 1
残差 14 1.77 0.13
失拟项 10 1.34 0.13 1.22 0.457 1
纯误差 4 0.44 0.11
总离差 28 304.69
图2　乙醇体积分数和提取时间的交互作用
响应曲面及等高线
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工艺技术
图3　提取温度和提取时间的交互作用响应
曲面及等高线
图4　提取时间和液料比值的交互作用响应
曲面及等高线
3.3　最佳条件的确定及验证试验
由Design-Expert 8.0.6软件分析得，当乙醇体积
分数为55.35%，温度为74.79 ℃，提取时间为113.31
min，液料比值为25.05（mL/g）时，白簕总多酚得率
的预测值为63.01 mg/g。结合实际情况确定白簕总多
酚的提取工艺条件：乙醇体积分数为55%，温度为75
℃，提取时间为113 min，液料比值为25（mL/g），以
此条件进行提取，重复3次试验，得到总多酚得率的
实际值为62.71±1.48 mg/g，该值与理论预测值基本吻
合，说明该模型具有较好的分析能力，证实试验优化
得到的工艺参数基本可靠，重现性较好。
3.4　白簕总多酚的抗氧化活性评价
由图5可见，白簕总多酚和Trolox的自由基清除
能力呈现明显的浓度依赖性，两者对DPPH自由基
清除的IC50值分别为5.33 μg/mL（y=9.460 7x-0.424 4，
R2=0.997 5）和4.63 μg/mL（y=10.809x-0.002 1，
R2=0.999 0），说明白簕总多酚DPPH自由基清除能力
接近Trolox，而对ABTS自由基清除的IC50值分别为6.60
μg/mL（y=8.503 3x-6.136 6，R2=0.996 7）和10.03 μg/
mL（y=4.919 8x+0.672 1，R2=0.997 7），结果表明白
簕总多酚ABTS自由基清除能力高于Trolox。此外，
ORAC抗氧化能力标准曲线（y=1.292 5x+3.384 1，
R2=0.997 0，其中y为净面积，x为Trolox质量浓度），
测定出白簕总多酚的ORAC抗氧化能力为1.30±0.31
mg TE/mg。三种活性评价结果表明，白簕总多酚成分
具有和Trolox相当甚至更好的抗氧化活性，用于食品
品质维持和功能食品开发前景广阔。
图5　白簕总多酚的自由基清除能力
4　结论
运用Design-Expert 8.0.6软件优化乙醇体积分数，
提取温度，提取时间和液料比值对白簕总多酚得率
的影响，得到最优提取条件：乙醇体积分数为55%，
温度为75 ℃，提取时间为113 min，液料比值为25
（mL/g）。在此条件下，白簕总多酚得率的实际值为
62.71±1.48 mg/g，该值与理论预测值63.01 mg/g基本
吻合。响应面法所得的优化提取条件工艺参数可靠，
可行性强，可为白簕多酚产品的开发利用提供科学依
据。通过DPPH，ABTS和ORAC方法的活性评价结果
表明，最优提取条件下白簕总多酚具有较强的抗氧化
活性。
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《食品工业》2015 年第36卷第 11 期 122
工艺技术
黑米苦荞麦无糖酸奶的研究
池慧芳
包头轻工职业技术学院乳品工程学院（包头 014035）
摘 要 黑米苦荞麦无糖酸奶是以新鲜的牛奶、黑米和苦荞麦为主要原料, 以木糖醇取代蔗糖, 以保加利亚乳杆菌
和嗜热链球菌为发酵菌种生产出的一种无糖酸奶。采用正交试验设计出黑米苦荞麦无糖酸奶的最佳配方: 苦荞麦
浆15%, 黑米浆10%, 木糖醇为7%, 接种量4%。该无糖酸奶既有酸奶的营养、风味及保健价值, 又兼具黑米, 苦荞麦中
的各种有益成分, 还能调节肠道菌群平衡。
关键词 黑米; 苦荞麦; 木糖醇; 酸奶
The Research of Sugarless Yoghourt of Black Rice and Tartary Buckwheat
Chi Hui-fang
Baotou Light Industry Vocational Technical College (Baotou 014035)
Abstract Fresh milk, black rice, tartary buckwheat, xylitol (instead of sucrose) and Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus
thermophilus were used to produce sugarless yoghourt. Optimal formula of yoghourt is as followings: tartary buckwheat pulp
15%, black rice pulp 10%, xylitol 7%, and inoculum concentration 4%. The sugarless yogurt contains nutrition, fl avor and
health value of yogurt, and can help regulate intestinal fl ora, absorb benefi cial ingredients of black rice and tartary buckwheat.
Keywords black rice; tartary buckwheat; xylitol; yoghourt
黑米是我国重要的优异稻种资源，因其糙米（颖
果）带有黑色或紫色而得名，具有较高的营养价值，
是一种保健滋补的食疗佳品。研究表明，黑米含有较
丰富营养物质，长期食用可以增强肌体的抗病能力，
促进人体的生理功能，提高患病者的免疫力，具有延
缓衰老预防疾病的功效[1]。
苦荞麦（Tartary buckwheat）是蓼科荞麦属双子叶
谷类作物，因其维生素P（芦丁）含量比甜荞高12倍
多，果实味苦[2]。苦荞麦是天然保健食品之一，含有
丰富的蛋白质、膳食纤维、维生素、矿物质元素及人
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