全 文 ：《食品工业》2014 年第35卷第 2 期 139
蒌蒿叶总黄酮的响应面法优化微波辅助提取工艺及
其抗氧化活性研究
扶庆权1，侯佩2，柳闽生1，华春1
1. 南京晓庄学院生物化工与环境工程学院（南京 211171）； 2. 中国农业科学院作物科学研究所（北京 100081）
摘 要 以蒌蒿叶为材料, 采用微波辅助提取总黄酮。在单因素试验的基础上, 通过响应面法, 对蒌蒿叶总黄酮的
微波辅助提取工艺进行了优化, 并对其抗氧化活性进行了研究。结果表明: 微波辅助提取蒌蒿叶总黄酮的最佳工艺
条件为料液比1︰130 (g/mL), 乙醇体积分数80%, 微波功率440 W, 处理时间6 min, 在此条件下蒌蒿叶总黄酮得率为
5.52%。蒌蒿叶黄酮提取液对DPPH自由基的平均抑制率为86.20%, 表现出很强的抗氧化活性, 因此, 具有较好的综
合开发利用前景。
关键词 蒌蒿; 总黄酮; 微波辅助提取; 响应面法; 抗氧化活性
Studies on Microwave-assisted Extraction Technology of Total Flavonoids from the
Artemisia selengensis by Response Surface Methodology and Its Antioxidant Activity
Fu Qing-quan1, Hou Pei2, Liu Min-sheng1, Hua Chun1
1. School of Biochemical and Environmental Engineering, Nanjing Xiaozhuang University (Nanjing 211171);
2. Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences (Beijing 100081)
Abstract The optimization of microwave-assisted extraction of the total fl avonoids from Artemisia selengensis was studied. On the
basis of design and analysis of single-factor experiments, the technological conditions of microwave-assisted extraction for total
fl avonoids from Artemisia selengensis were optimized by response surface methodology, moreover, in vitro antioxidant activity of
total fl avonoids from Artemisia selengens is was also studied by DPPH. The results showed that the optimum extraction conditions
of total fl avonoids from Artemisia selengensis were solid/liquid ratio of 1︰130 (g/mL), ethanol concentration of 80%, microwave
power of 440 W and microwave time of 6 min; futhermore, the extraction rate of total fl avonoids from A rte misia sel engensis was 5.52%
under t he optimal conditions; in addition, the average inhibition rate for DPPH on total fl avonoids from Artemi sia selengensis was
86.20%, which revealed stronger antioxidant activity on DPPH, and it will make a good prospect of the comprehensive exploitation
and application of Artemisia selengen sis.
Keywords Artemis ia selengensis Turcz. ex Bess.; total fl avonoids; microwave-assisted extraction; response surface method;
antioxidant a ctivity
蒌蒿（Artemisia sele ngensis Turcz. ex Bess.），又
名芦蒿、藜蒿等，为菊科（Asteraceae）蒿属多年生
宿根性食疗草本植物[1]。蒌蒿原产亚洲，主要分布于
我国长江中下游以及东北、华北和中南等地区。蒌蒿
不仅具有很高的食用价值 ，而且还具有很高的营养和
保健价值。蒌蒿富含17种氨基酸，其中谷氨酸占总氨
基酸含量的24.42%[2]。蒌蒿因含测柏莲酮芳香油而具
独特风味，此外，其所含的微量元素硒是抗癌植物
芦荟的10倍[3]。总黄酮是蒌蒿叶中最重要的 生物活性
物质之一，其作为天然的抗氧化剂具有抗肿瘤、降血
糖、降血脂、延缓衰老、抗氧化、增强免疫力、消除
体内自由基、抗菌、抗病毒及防治心脑血管等多种药
用作用[4-8]。
我国蒌蒿资源十分丰富，仅南京市八卦洲现有蒌
蒿种植面积2.2×102 km2，年产蒌蒿3 000万 kg[9]。目
前，人们主要食用蒌蒿幼嫩茎叶，而且成熟的蒌蒿叶
又可进行开发利用。利用蒌蒿叶来提取黄酮类物质，
既可增加蒌蒿产业的附加值，又可减少环境污染，因
而，具有较好的经济价值和经济效益。
通过响应面法优化蒌蒿叶微波辅助提取总黄酮的
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最佳工艺条件，并对其抗氧化活性进行了研究，为提
高蒌蒿叶的利用率、变废为宝和工业化生产高附加值
的黄酮类活性物质提供了理论参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
蒌蒿叶，南京江心洲蒌蒿种植基地，采摘后晒干
粉碎备用；芦丁标准品，中国药品生物制品检定所；
氢氧化钠、无水乙醇、亚硝酸钠、硝酸铝，南京化学
试剂有限公司；DPPH，阿法埃莎（天津）化学有限
公司。以上化学试剂均为分析纯。
1.2 仪器和设备
7230G 型可见分光光度计：上海精密科学仪器
有限公司；AUY120 型电子天平：日本岛津公司；
HH-4 型数显恒温水浴锅：常州国华电器有限公司；
TDL80-2B 型台式离心机：上海安亭科学仪器厂；
SHB-III 型循环水式多用真空泵：郑州长城科工贸有
限公司。
1.3 方法
1.3.1 芦丁标准曲线制作
精密称取于105 ℃干燥至恒重的芦丁标准品10
mg，用30%乙醇溶解，定容至100 mL，摇匀，得到
0.1 mg/mL的芦丁标准溶液。准确吸取芦丁标准溶液
0.00 mL，2.50 mL，5.00 mL，7.50 mL，10.00 mL，
12.50 mL和15.00 mL，分别于25 mL的容量瓶中。先加
入10%亚硝酸钠0.30 mL，摇匀，放置6 min；再加入
5%硝酸铝溶液0.30 mL，摇匀，放置6 min；最后加入
4%氢氧化钠溶液3.00 mL，用30%乙醇定容至刻度，
摇匀，放置10 min。以空白溶液为参比，用分光光度
计测定510 nm处的吸光度。所得标准曲线为芦丁浓度
X和吸光度值Y的关系，根据所得数据，得到线性回归
方程为：Y=8.040 0X-0.001 1，R2=0.998 1。
1.3.2 提取液制备
准确称取蒌蒿叶粉末0.500 0 g，按预先设计好的
试验方案用一定浓度和体积的乙醇溶液于一定温度微
波提取一定时间，提取液趁热抽滤，滤渣弃去，收集
滤液后离心并量其总体积，记录数据。总黄酮含量的
测定：精密移取1.00 mL离心后的提取液置于10 mL容
量瓶中，按标准曲线的测定方法测定吸光度后，即可
计算出样品的总黄酮含量。
1.3.3 总黄酮含量计算
得率=c×V×N/w×100% （1）
式中：c-测量液总黄酮质量浓度（mg/mL）；V-粗
提液体积（mL）；N-稀释倍数；w-原料重量（g）。
1.3.4 单因素试验设计
以乙醇溶液为溶剂，选用不同料液比、不同体积
分数乙醇溶液、不同微波温度和不同微波时间进行单
因素试验，按照制作标准曲线的方法测定总黄酮，计
算得率，研究不同因素对蒌蒿叶总黄酮得率的影响。
1.3.5 响应面 优化试验设计
表1 Box-Behnken响应面设计试验因素与水平
水平
因素
X1 料液比 /（g·mL-1）
X2 乙醇体积分数 /%
X3 微波功率 /W
X4 微波时间 /min
-1 110 70 300 3
0 120 80 400 5
1 130 90 500 7
1.3.6 DPPH法测定抗氧化和清除 自由基的能力
准确称取8 mg DPPH试剂，先用少量的70%的乙
醇溶液溶解，再定容至100 mL容量瓶中摇匀即得浓度
为0.1 mmol/mL的DPPH溶液。取2 mL蒌蒿叶黄酮提取
液2份和2 mL 0.1 mmol/mL的DPPH溶液1份依次加入事
先取好的2 mL 0.1 mmol/mL DPPH溶液、2 mL 70%乙
醇溶液和2 mL 70%乙醇溶液具塞试管中，迅速混匀，
常温下放置30 min，以蒸馏水为空白在517 nm处测定
其吸光度、和Aj样品对DPPH的清除率计算公式如式
（2）。
清除率=1-（Ai-Aj） /Ac×100% （2）
式中：A c- DPPH与溶剂混合液的吸光度；A i-
DPP H与样品反应后的吸光度；Aj-样品与溶剂混合液
的吸光度。
1.3.7 统计分析
利用EXCEL 2003和 SAS 8.0对原始数据分别进行
处理和方差分析，并采用Design-Expert 8.0软件进行
线性回归，通过F值考察（p＜0.05）模型及因素的
显著性。
2 结果与讨论
2.1 单因素试验结果
2.1.1 料液比对蒌蒿叶总黄酮得率的影响
由图1可以看出，蒌蒿叶总黄酮得率随着料液比
的增大而增加，当料液比达到1︰120（g/mL）时总黄
酮得率增加比较缓慢。考虑到实际操作过程的成本及
便利性，在保证提取效果的同时，尽量减少溶剂的用
量，因此确定最佳料液比为1︰110~1︰130（g/mL）。
2.1.2 乙醇体积分数对蒌蒿叶总黄酮得率的影响
由图2可以看出，蒌蒿叶总黄酮得率随乙醇体积
分数的增加而升高，当体积分数为80%时得率达到最
大值，此后随着乙醇浓度的增加得率开始降低。这
可能是由于一些醇溶性有机物质的溶解而影响蒌蒿
叶总黄酮溶出，因此，选择最佳提取乙醇体积分数为
70%~90%。
2.1.3 微波功率对蒌蒿叶总黄酮得率的影响
由图3可知，蒌蒿叶总黄酮得率随微波功率的增
大先增加后降低。这可能是随着微波功率的增大蒌蒿
叶总黄酮后期随之分解，因此，选择最佳微波功率为
基金项目：南京晓庄学院校级应用型研究课题(2011NXY06)
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300 W~500 W。
图1 料液比对蒌蒿叶总黄酮得率的影响
图2 乙醇体积分数对蒌蒿叶总黄酮得率的影响
图3 微波功率对蒌蒿叶总黄酮得率的影响
2.1.4 微波时间对蒌蒿叶总黄酮得率的影 响
由图4可知，蒌蒿叶总黄酮得率随着微波时间的
延长而增加，当微波时间为5 min时总黄酮得率达到
最大值，此后随着微波时间的延长总黄酮得率开始下
降。这可能是由于微波时间的延长导致蒌蒿叶总黄酮
的分解，因此，选择最佳提取时间为3 min~7 min。
图4 微波时间对蒌蒿叶总黄酮得率的影响
2.2 响应曲面优化试验结果
2.2.1 二次响应面回归模型的建立与分析
响应面设计与结果见表2。应用Design Expert 8.0进
行多元回归拟合分析，可得到提取条件与总黄酮得率
之间的二次多项式模型为：Y=5.49+0.072X1+0.079X2+
0.15X 3+0.15X 4-0 .32X 1X 2+0 .11X 1X 3+0 .085X 1X 4+
0.087X2X3-0.18X2X4+0.031X3X4-0.55X12-0.73X22-
0.19X32-0.28X42
式中：Y-蒌蒿叶总黄酮得率的预测值；X1、X2、
X3、X4分别代表料液比、乙醇体积分数、微波功率、
微波时间的编码值。
表2 响应面实验设计与结果
序号 X1 料液比 /(g·mL-1)
X2 乙醇体积分数 /%
X3 微波功率 /W
X4 微波时间 /min
Y得率 /%
实测值 预测值
1 -1 -1 0 0 3.76 3.74
2 1 -1 0 0 4.46 4.52
3 -1 1 0 0 4.62 4.54
4 1 1 0 0 4.03 4.04
5 0 0 -1 -1 4.80 4.76
6 0 0 1 -1 4.95 4.98
7 0 0 -1 1 5.04 4.99
8 0 0 1 1 5.32 5.35
9 -1 0 0 -1 4.55 4.53
10 1 0 0 -1 4.62 4.50
11 -1 0 0 1 4.62 4.66
12 1 0 0 1 5.02 4.97
13 0 -1 -1 0 4.48 4.43
14 0 1 -1 0 4.45 4.41
15 0 -1 1 0 4.58 4.55
16 0 1 1 0 4.91 4.88
17 -1 0 -1 0 4.56 4.64
18 1 0 -1 0 4.47 4.56
19 -1 0 1 0 4.71 4.71
20 1 0 1 0 5.08 5.08
21 0 -1 0 -1 4.02 4.07
22 0 1 0 -1 4.49 4.59
23 0 -1 0 1 4.75 4.74
24 0 1 0 1 4.49 4.53
25 0 0 0 0 5.46 5.49
26 0 0 0 0 5.54 5.49
27 0 0 0 0 5.48 5.49
28 0 0 0 0 5.53 5.49
29 0 0 0 0 5.45 5.49
由表3方差分析可以看出，回归模型具有高度的
显著性（p＜0.000 1），失拟项不显著（p=0.077 6＞
0.05），决定系数R2=0.987 0，校正系数RAdj2=0.974 1，
表明此模型响应值总黄酮得率实际值与预测值之间具
有很好的拟合度，可用该模型对总黄酮得率进行很好
的分析和预测。由表3还可以看出，因素X1、X2、X3、
X4、X1X2、X1X3、X1X4、X2X4、X12、X22、X32、X42对蒌蒿
叶总黄酮得率有极显著的影响（p＜0.01）；因素X2X3
对蒌蒿叶总黄酮得率的交互作用显著（p＜0.05），而
X3X4对蒌蒿叶总黄酮得率的交互作用则不显著（p＞
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0.05）。
由F值可知，各因素对蒌蒿叶总黄酮得率的影响
依次为X4（微波时间）＞X3（微波功率）＞X2（乙醇
体积分数）＞X1（料液比）。
表3 二次响应面模型的方差分析
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 p值 显著性
回归模型 5.97 14 0.43 76.09 <0.000 1 ***
X1 0.061 1 0.061 10.95 0.005 2 ***
X2 0.074 1 0.074 13.28 0.002 7 ***
X3 0.25 1 0.25 45.07 <0.000 1 ***
X4 0.27 1 0.27 48.28 <0.000 1 ***
X1X2 0.42 1 0.42 74.57 <0.000 1 ***
X1X3 0.051 1 0.051 9.15 0.009 1 ***
X1X4 0.029 1 0.029 5.10 0.040 5 ***
X2X3 0.031 1 0.031 5.46 0.034 8 **
X2X4 0.13 1 0.13 23.77 0.000 2 ***
X3X4 0.003 969 1 0.003 969 0.71 0.414 2 *
X1
2 1.96 1 1.96 350.18 <0.000 1 ***
X2
2 3.47 1 3.47 618.33 <0.000 1 ***
X3
2 0.24 1 0.24 42.75 <0.000 1 ***
X4
2 0.50 1 0.50 88.52 <0.000 1 ***
残差 0.078 14 0.005 605
失拟性 0.072 10 0.007 217 4.59 0.077 6 *
纯误差 0.006 293 4 0.001 573
总差 6.05 28
R2 0.987 0
R2Adj 0.974 1
S/N 32.586
注 : *差异不显著 (p＞0.05), **差异显著 (p＜0.05), ***差异极显著
(p＜0.01)。
2.2.2 等高线和响应面分析
模型的等高线性及响应面图结果见图5~图10。各
图显示料液比、乙醇体积分数、微波功率和微波时间
中任意两个变量取零水平时，其余两个变量对蒌蒿叶
总黄酮得率的影响。
图5显示微波功率400 W、微波时间5 min时，料液
比和乙醇体积分数对蒌蒿叶总黄酮得率的交互作用。
由该图可知，料液比和乙醇体积分数的交互作用极其
显著。当乙醇体积分数不变时，蒌蒿叶总黄酮得率随
着料液比的增加先增大后降低；当料液比不变时，蒌
蒿叶总黄酮得率随乙醇体积分数的增加而增大，达到
最大值后，蒌蒿叶总黄酮得率又随乙醇体积分数的增
加而降低。
图6显示乙醇体积分数80%、微波时间5 min时，
料液比和微波功率对蒌蒿叶总黄酮得率的交互作用。
由该图可知，料液比和微波功率的交互作用极其显
著。当微波功率不变时，随着料液比的增加，蒌蒿叶
总黄酮得率总趋势是先增加后减少；当料液比不变
时，蒌蒿叶总黄酮得率也是先增大后减少。
图7显示乙醇体积分数70%、微波功率400 W时，
料 液比、微波时间对蒌蒿叶总黄酮得率的交互作用。
由该图可知，料液比和微波时间的交互作用极其显
著。当微波时间一定时，随着料液比的增加，蒌蒿叶
总黄酮得率先增加后减小；当料液比一定时，随着提
取时间的延长，蒌蒿叶总黄酮得率先增加后减少。
图8显示料液比1︰120（g/mL）、微波时间5 min
时，乙醇体积分数、微波功率对蒌蒿叶总黄酮得率的
交互作用。由该图可知，乙醇体积分数和微波功率的
交互作用显著。当微波功率一定时，随着乙醇体积分
数的增加，蒌蒿叶总黄酮得率变化趋势是先增加后减
小；当乙醇体积分数一定时，随着料液比的增加，蒌
蒿叶总黄酮得率也是先增加后减小。
图9显示料液比1︰120（g/mL）、微波功率400 W
时，乙醇体积分数、微波时间对蒌蒿叶总黄酮得率的
交互作用。由该图可知，乙醇体积分数和微波时间的
交互作用极其显著。当乙醇体积分数一定时，随着微
波时间的延长，蒌蒿叶总黄酮得率先增加后减小；当
微波时间一定时，随着乙醇体积分数的增加，蒌蒿叶
总黄酮得率也呈先增加后降低的变化趋势。
图10显示料液比1︰120（g/mL）、乙醇体积分数
80%时，微波功率、微波时间对蒌蒿叶总黄酮得率的
交互作用。由该图可知，在较小的微波功率下，随着
微波时间的延长，蒌蒿叶总黄酮得率先增加后减少；
而在较大微波功率下，蒌蒿叶总黄酮得率随时间的延
长呈上升的趋势。在较小的微波时间下，随着微波功
率的增大，蒌蒿叶总黄酮得率先增加后减少，在较长
的微波时间下，蒌蒿叶总黄酮得率随微波功率的增大
而增加。
图5 料液比和乙醇浓度及其交互作用对蒌蒿叶总黄
酮得率影响的等高线性及响应面
图6 料液比和微波功率及其交互作用对蒌蒿叶总黄
酮得率影响的等高线性及响应面
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图7 料液比和微波时间及其交互作用对蒌蒿叶总黄
酮得率影响的等高线性及响应面图
图8 乙醇体积分数和微波功率及其交互作用对蒌蒿
叶总黄酮得率影响的等高线性及响应面图
图9 乙醇体积分数和微波时间及其交互作用对蒌蒿
叶总黄酮得率影响的等高线性及响应面图
图10 微波功率和微波时间及其交互作用对蒌蒿叶总
黄酮得率影响的等高线性及响应面图
2.2.3 最佳工艺条件的预测和验证
通过二次多项回归的预测，得到微波辅助提取
蒌蒿叶总黄酮的最佳工艺条件：料液比为1︰128.81
（g/mL），乙醇体积分数为79.38%，微波功率为
440.79 W，微波时间为5.70 min。在此条件下，蒌蒿
叶总黄酮得率预测值为5.55%。考虑实际操作过程的
方便性，将提取工艺参数修正为料液比为1︰130（g/
mL），乙醇体积分数为80%，微波功率为440 W，微
波时间为6 min，实际测定的总黄酮得率为5.52%。
因此，建立的模型与实际情况基本吻合，说明采用
响应面法优化工艺条件准确可靠，具有较好的应用
价值。
2.3 蒌蒿叶总黄酮对DPPH自由基的清除作用
将提取的蒌蒿叶总黄酮对DPPH自由基清除作用
进行3次平行试验，测定其对DPPH自由基的平均抑制
率为86.20%，说明蒌蒿叶总黄酮有较好的抗氧化功
能，这为蒌蒿叶资源的综合开发提供了一定的理论
依据。
3 结论
采用微波辅助提取蒌蒿叶总黄酮，通过单因素
试验和响应面优化提取蒌蒿叶总黄酮的最佳工艺条
件为料液比为1︰130（g/mL），乙醇体积分数为
80%，微波功率为440 W，微波时间为6 min，在以
上最佳条件下实际测定的总黄酮得率可达到5.52%。
同时蒌蒿叶黄酮提取液对DPPH自由基的平均抑制率
为86.20%，提取液对DPPH自由基具有较好的抑制作
用，在实际应用过程中具有一定的参考价值和应用
价值。
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