全 文 ：白蒿（Herb of sievers wormwood）为菊科植物大
籽蒿的幼嫩叶，又名茵陈。主要化学成分包括挥发
油、多烯炔衍生物类、黄酮类、萜类化合物、微量
香豆精和内酯类等 [1]，其中黄酮类化合物具有抑
菌、消炎、抗氧化等活性，可用作食品、化妆品行
业的天然添加剂 [2-3]。目前，从白蒿中提取黄酮类
物质的工艺研究较少 [4-6]，且常规方法提取总黄酮
时间长，提取率低。纤维素酶可以高效酶解纤维
素，加快黄酮类物质的溶出；超声波通过强烈振动
产生空化效应，加速活性成分提取。本研究采用超
声波辅助酶法技术提取吕梁白蒿中总黄酮，不仅
能免去高温对提取成分的影响，缩短提取时间，还
能充分利用吕梁本土资源，为进一步开发吕梁白
蒿提供依据。
1 材料和方法
1.1 试验材料
白蒿采自吕梁学院，烘干粉碎干燥后备用；纤
维素酶购自南宁庞博生物工程有限公司，酶活力
为 10万 U·g-1；芦丁标准品购自上海金穗生物科
技有限公司；其他化学试剂均为国产分析纯。
收稿日期：2015-07-23；修订日期：2015-09-07
基金项目：吕梁市科技计划项目（GG201330-2）
作者简介：刘永青(1985—)，男，山西吕梁人，助教，硕士，主要从事活性物质提取研究。
响应曲面法优化超声波提取白蒿总黄酮研究
刘永青 1，任 琳 1，张子锋 1，任 瑞 2，于红霞 1
(1.吕梁学院，山西 吕梁 033000；2.山西省农业科学院，山西 太谷 030031)
摘 要：在单因素试验的基础上，利用曲面响应法对超声波辅助纤维素酶提取吕梁白蒿总黄酮提取工艺参数进行优化研究。首
先利用正交试验优化纤维素酶解条件，然后选择超声波功率、超声波时间和超声波次数为自变量，总黄酮得率为响应值，采用
Box-Behnken设计、Design Expert 7.0分析和二次回归多项式预测策略优化超声波条件。结果表明，超声波辅助纤维素酶提取白
蒿总黄酮最佳工艺条件为超声波时间 14 min，超声波提取 3次，超声波功率 396 W，酶解时间 120 min，加酶量 2.5%，酶解温度
50℃，酶解 pH值 5.5，其中超声波时间与次数的交互作用较强。白蒿总黄酮得率理论值为 2.43%，实际值为 2.47%。此方法优化
吕梁白蒿中总黄酮提取效果良好。
关键词：吕梁白蒿；总黄酮；纤维素酶；超声波；响应曲面法
中图分类号：R284.2 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006－6500.2015.11.014
Ultrasonic Extraction of Flavonoids from Herb of Sievers Wormwood and its Optimization by Response
Surface Method
LIU Yong-qing1, REN Lin1, ZHANG Zi-feng1, REN Rui2, YU Hong-xia1
(1.Luliang University, Luliang , Shanxi 033000, China;2.Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Taigu, Shanxi 030031, China)
Abstract: In this study, the response surface method on the base of single factor test was used to optimize the extract process of ultra-
sonic-assisted cellulase extraction of flavonoids from Luliang herb of sievers wormwood. After optimizing cellulase factors by the or-
thogonal experiment, the ultrasonic factors were studied with Box-Behnken design and polynomial quadratic equation predicting by
Expert 7.0 analysis. The best solution was as follows: ultrasonic power 396 W, ultrasonic time 14 min, extracting 3times, 2.5% adding
amount of enzyme, enzymolysis time of 120 min at 50 ℃ and pH 5.5. Under the optimized condition, the predicted and actual extrac-
tion rate of flavonoids were respectively 2.43% and 2.47%. Thereby the fitted multiple regression equation was credible.
Key words: Luliang herb of sievers wormwood; flavonoids; cellulase; ultrasonic; response surface methodology
贮藏加工
天津农业科学 Tianjin Agricultural Sciences 2015，21（11）：63-67
第 21卷天津农业科学
超声波清洗机（SB-3200DTDN），宁波新芝生
物科技股份有限公司；紫外可见分光光度计（UV-
1601） 北京瑞利分析仪器有限公司；微型高速万
能试样粉碎机（FW80），北京中兴伟业仪器有限公
司；电热鼓风干燥箱（GZX-9146MBE），上海博讯
实业有限公司医疗设备厂；数显恒温水浴锅（HH-
6），国华电器有限公司。
1.2 芦丁标准曲线绘制
称取芦丁 10.00 mg，用 60%乙醇配制得 0.1
mg ·mL -1 芦 丁 标 准 溶 液 。 分 别 量 取
0.00,1.00,2.00,3.00,4.00,5.00,6.00 mL 上述芦丁
标准溶液，定容至 15 mL，加入 1 mL 5%亚硝酸
钠、1 mL 10%的硝酸铝、8 mL 4%的氢氧化钠，摇
匀放置 10 min，510 nm 波长处测定其吸光值 [7]，绘
制标准曲线。
1.3 酶法提取总黄酮条件优化及含量测定
称取 0.5 g 白蒿粉末，溶于 60%乙醇，加入纤
维素酶摇匀酶解 [8-9]，运用正交方法设计优化酶解
条件，共选 4个酶解因素，每个单因素选 3 个水
平。单因素正交试验水平设计见表 1。
试验结果按 1.2 方法测定吸光度值，按下列
公式计算白蒿总黄酮得率 [10]：
y= m1
m2
×100 （1）
式中，y 为白蒿的总黄酮得率 (%)；m1为黄酮含量
(mg)；m2为白蒿粉末质量(g)。
1.4 超声波辅助酶法提取的单因素试验
根据酶法优化结果，结合超声波提取进行试
验。本试验以白蒿中黄酮得率为指标，选择超声波
功率、超声波时间、超声波次数作为试验因素，进
行单因素试验，确定最佳超声条件。
1.5 响应面分析试验设计
以单因素试验结果为依据，选择对总黄酮得
率有显著影响的因素，运用 Desigh Expert7.0 软件
设计试验 [11-12]，并对试验数据回归分析。
2 结果与分析
2.1 绘制芦丁标准曲线
芦丁标准曲线见图 1。标准曲线回归方程：Y=
17.043X－0.018 6，相关系数 R2 = 0.999 8，芦丁浓
度在 0~0.024 mg·mL-1线性较好。
2.2 酶法提取白蒿总黄酮条件优化
对加酶量、酶解时间、酶解温度和酶解 pH 值
进行正交试验，方差分析见表 2。结果表明，C与 B
高度显著，其次为 D、A，由此可确定各因素的最
佳水平为 A2、B2、C3、D1，最佳组合为 A2B2C3D1。
当酶解时间 120 min，加酶量为 2.5%，酶解温度
50 ℃，pH 值为 5.5 时，该白蒿中总黄酮得率可达
0.789%。
2.3 超声波辅助法优化提取白蒿总黄酮单因素
试验
图 2 为不同超声波条件对黄酮得率的影响。
当超声波功率小于 400 W 时，黄酮得率随超声波
功率的增加而提高，超声波功率大于 400 W 时，
黄酮得率逐渐下降，可能是过高功率破坏黄酮活
性；黄酮得率随超声波时间延长而增加，当超过
15 min时，黄铜得率开始降低，可能是提取出的黄
酮随时间延长部分分解所致；黄酮得率随超声波
次数增加逐步提高，当超过 3次时提高不大，从经
水平
因素
A 酶解时
间/min
B 加酶量
/%
C 酶解温
度/℃
D 酶解
pH
1 90 2 30 5.5
2 120 2.5 40 6.0
3 150 3 50 6.5
表 1 酶法提取白蒿总黄酮正交因素水平设计
图 1 芦丁标准曲线
方差来源 平方和 自由度 F 值 F(a) P 值
A 0.004 2 4 F0.05(2,4)=6.94
B 0.018 2 18 F0.01(2,4)=18 XX
C 0.042 2 42 XX
D 0.006 2 6
误差 0.002 4
表 2 酶法提取白蒿总黄酮正交试验方差分析
浓度/（mg·mL-1）
·64·
第 11期
济和保护黄酮生物活性角度考虑，选择超声 3 次。
通过单因素试验，初步确定了各因素的最优提取
条件：超声波功率 400 W，超声波时间 15 min，超
声波次数 3次。
2.4 响应面分析设计方案与试验结果
在单因素试验的基础上，采用 Box-Behnken
设计方案，分别以超声波功率、超声波时间和超声
波次数作为独立变量，－1、0、1 分别表示变量水
平。试验因素水平及编码表见表 3，表中 A、B、C
为变量的编码值，白蒿黄酮的提取率为响应值见
表 4，利用 Design Expert 7.0 软件对数据进行多元
回归拟合，得到二次多项回归方程：
Y=2.40－0.07A－0.15B－0.12C+0.014AB－0.055AC－
0.14 BC－0.35 A2－0.25 B2－0.16 C2 （2）
该方程的显著性检验结果见表 5。
图 中 横 坐 标 1，2，3，4，5，6 分 别 代 表 超 声 波 功 率
100,200,300,400,500,600 W； 超声波时间 3,6,9,12,15,18
min；超声波次数 1,2,3,4,5,6 次。
图 2 不同超声波条件对白蒿黄酮得率的影响
因素 编码
编码水平
-1 0 1
超声波功率/W A 350 400 450
超声波时/min B 12 15 18
超声波次数 C 2 3 4
表 3 试验因素及编码水平
组数 超声波提取功率/W 超声波提取时间/min 超声波提取次数 黄酮得率/%
1 0（400） -1（12） -1（2） 2.084
2 0 1（18） -1 2.093
3 0 -1 1（4） 2.166
4 0 1 1 1.598
5 1（450） -1 0（3） 1.924
6 1 0（15） -1 1.972
7 1 0 1 1.572
8 1 1 0 1.614
9 -1（350） 0 1 1.916
10 -1 0 -1 2.097
11 -1 1 0 1.631
12 -1 -1 0 1.998
13 0 0 0 2.388
14 0 0 0 2.356
15 0 0 0 2.352
16 0 0 0 2.396
17 0 0 0 2.486
表 4 Box-Behnken 设计与试验结果
根据表 5 可知，整体数学模型 P<0.01，失拟
项为 P>0.05，表明该方程对试验拟合性好，可以
用该模型来分析和预测白蒿总黄酮提取工艺。方
差分析结果显示模型中一次项 B、C、交互项 BC、
注：* 表示在 P≤0.05 水平显著；** 表示 P≤0.01 水平极显著。
刘永青等：响应曲面法优化超声波提取白蒿总黄酮研究
W
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第 21卷天津农业科学
二次项 A2、B2、C2 差异极显著; 一次项 A 差异显
著；交互项 AB、AC 不显著，表明各因素对黄酮提
取率的影响不是简单的线性关系。
根据回归分析结果做响应曲面图。当超声波
次数为 3次时，超声波功率与时间对黄酮得率的
影响见图 3。当超声波时间为 15 min时，超声波功
率与次数对黄酮得率的影响见图 4；当超声波功
率为 400 W 时，超声波时间与次数对黄酮得率的
影响见图 5，黄酮得率随超声波功率和时间的增
加先增大后减小，黄酮得率随超声波次数的增加
而增大。
综合上述分析结果，3 个单因素对黄酮得率
的影响大小为超声波时间＞超声波次数＞超声波
功率，且超声波时间与超声波次数之间交互性较
明显。软件 Design-Export7.0 确定的最佳提取工艺
条件为超声波时间 14.32 min，超声波提取次数为
2.72 次，超声波功率 395.81 W，该条件下白蒿总
黄酮的得率为 2.43%。
2.5 验 证
为了验证响应面优化结果的可靠性，利用最
佳优化条件进行试验。为保证试验可行性，按照超
声波功率 396 W，超声波时间 14 min，超声波提取
3 次的条件进行，重复 3 次取平均值，白蒿总黄酮
的得率为 2.47%，与预测值相差不大，可见该回归
方程的拟合性良好。
3 结论与讨论
本试验利用正交法结合响应面分析法，确定
了提取吕梁白蒿中总黄酮的最佳条件为：超声波
时间 14 min，超声波提取 3 次，超声波功率 396
W，酶解时间 120 min，加酶量 2.5%，酶解温度 50
℃，酶解 pH 值 5.5，其中超声波时间与超声波次
数之间交互性较明显。白蒿总黄酮得率理论值为
2.43%，实际值为 2.47%。说明此方法优化吕梁白
蒿中总黄酮提取效果良好。
在白蒿粉末的制备过程中，发现许多绒状纤
维，当加入纤维素酶后发现总黄酮得率有较大提
高。本研究通过 4因素 3水平正交试验优化酶法
提取条件，在此基础上加入超声波辅助提取工艺，
并运用响应曲面优化超声波条件。在为数不多的
蒿类黄酮提取中 [13-15]，超声波提取工艺居多，而超
声波辅助酶法提取、响应曲面优化的工艺研究尚
属首例。该工艺提取黄酮类物质简单、快速、效率
高、破坏少，期望能为植物活性成分的进一步开发
提供理论参考。
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图 3 超声波功率与超声波时间对黄酮得率的响应面图
图 4 超声波功率与超声波次数对黄酮得率的响应面图
图 5 超声波时间与超声波次数对黄酮得率的响应面图
·66·
第 11期
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