全 文 ：响应面法优化无梗五加果中抗氧化物质的提取工艺
冯 颖1*，赵琳娜
（沈阳农业大学食品学院，辽宁 沈阳，110866）
摘要：以无梗五加干果为原料，在单因素试验的基础上，采用响应面试验设计，以提取液的总抗氧化能力
为响应值，以提取温度、提取时间和超声功率为影响提取过程的三个因素进行三因素三水平的试验设计，
优化无梗五加果抗氧化物质的提取条件。结果表明，无梗五加干果中抗氧化物质的提取工艺为：即提取温
度 60.84℃，提取时间 27.65 min，超声功率 226.88 W，此时总抗氧化能力的理论值可达 88.4409 u/mL。
结合实际操作调整提取温度 61℃，提取时间 28 min，超声功率 227 W，并重复试验进行验证，平均总抗氧
化能力为(88.2572±0.3423) u/mL接近预测值。
关键词：无梗五加果；总抗氧化能力；响应面法；超声提取
无梗五加（Acanthopanax sessiliflorum）又名五加皮、刺拐棒等，为五加科 Araliaceae
五加属多年生药膳两用植物[1]，通常山地野生,分布在东北、河北、朝鲜等地[2-3]。无梗五加
作为传统中药，具有镇痛解热，祛风湿[4-5]，补肝肾，强筋骨［6－8］，耐缺氧，抗疲劳，降血
脂[9]，抗肿瘤[10-11]，抗血小板活性[12-13]，清除自由基等抗氧化活性作用［14－15］。
近年来，多种研究表明，人体疑难疾病的发生机理与体内自由基产生过多或机体清除自
由基能力下降有着极为密切的关系[16]，因此，如何从植物中提取天然的抗氧化物质和开发具
有抗氧化功能的食品越来越受到广泛的关注和重视。
无梗五加果富含黄酮、多糖、花色苷等多种抗氧化物质[17-18]，作为抗氧化食品开发具有
巨大的潜力。目前关于其抗氧化物质的提取研究报道主要是针对其中的某一类成分，对其总
抗氧化物质提取的系统研究报道较少[19-20]，本研究以丹东农业科学院提供的无梗五加果作为
原料，在单因素试验的基础上，采用响应面法分析，以无梗五加果提取液总抗氧化能力为响
应值，对其总抗氧化物质的提取工艺进行优化，获得最优工艺条件，从而为无梗五加果天然
抗氧化物质的综合开发利用开辟新思路。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器
无梗五加果：人工栽培品种，由辽宁省丹东农业科学院提供。
无水乙醇为分析纯 国药集团化学试剂有限公司；总抗氧化能力 T-AOC试剂盒 南京建
成生物科技有限公司；
7200型可见分光光度计 尤尼克（上海）有限公司；电子天平 上海精密科学仪器厂；
UV-1600型紫外可见光分光光度计 北京瑞利分析仪器公司；超声波反应器（KQ-250A型） 昆
山市超声仪器有限公司；电热恒温水浴锅 常州国华电器有限公司；TDL-5000B型离心机 上

作者简介：冯颖，副教授，博士，研究方向为天然产物与功能食品。Email:fywjg@sina.com。*为通讯作者
网络出版时间：2015-01-22 14:41
网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1802.TS.20150122.1441.026.html
海安亭科学仪器厂。
1.2 方法
1.2.1 无梗五加果中抗氧化物质的提取工艺
无梗五加干燥果实→粉粹过 40 目筛→超声提取→离心→定容至 100mL→总抗氧化能力
测定
1.2.2 单因素试验
以无梗五加干燥果为原料，以样品的总抗氧化能力为考察对象，分别以提取剂、料液比、
提取温度、提取时间、超声功率五个因素进行单因素试验，考察各因素对提取液总抗氧化能
力的影响。
（1）提取剂的选择
料液比 1:50，提取温度 50℃，提取时间 30 min，功率为 250 W 条件下考察提取剂为蒸
馏水以及乙醇浓度分别为 10%、30%、50%、70%时对提取液总抗氧化能力的影响。
（2）料液比的选择
蒸馏水为提取溶剂，提取温度 50℃，提取时间 30 min，超声功率 250 W条件下考察料
液比分别为 1:30、1:40、1:50、1:60、1:70 时对提取液总抗氧化能力的影响。
（3）提取温度的筛选
蒸馏水为提取溶剂，料液比为 1:60，提取时间 30 min，超声功率 250 W条件下考察提
取温度分别为 30℃、40℃、50℃、60℃、70℃时对提取液总抗氧化能力的影响。
（4）提取时间的筛选
蒸馏水为提取溶剂，料液比为 1:60、提取温度 60℃，超声功率 250 W 条件下考察提取
时间分别为 15 min、30 min、45 min、60 min、75 min 时对提取液总抗氧化能力的影响。
（5）超声功率的筛选
蒸馏水为提取溶剂，料液比为 1:60、提取温度 60℃，提取时间为 30 min 条件下考察超
声功率分别为 150 W、175 W、200 W、225 W、250 W时对提取液总抗氧化能力的影响。
1.2.3 响应面试验设计
根据单因素试验所得的结果，以无梗五加果提取液总抗氧化能力为响应值，对超声波提
取无梗五加果中抗氧化物质影响较大的三个因素提取温度、提取时间、超声功率进行三因素
三水平的试验设计。利用 Design Expert8.0 软件进行工艺参数的优化组合，采用
Box-Behnken响应面分析得到回归模型和优化的工艺参数。
1.2.4 总抗氧化能力（TAC）测定
分别取等浓度和等体积的各样品液，按 TAC测定试剂盒（南京建成生物工程研究所）说
明书测定各样品液 TAC。定义为在 37℃时，每 min 每 mL各样品液使反应体系的吸光度（OD）
值增加 0.01为 1个 TAC 单位（u），即表示为 u·mL-1。取样及测定均重复 3次，取平均值记
录结果。

2 结果与分析

2.1 单因素实验
2.1.1 提取剂对提取液的总抗氧化能力的影响
提取剂对提取液总抗氧化能力的影响结果如图 1所示。

图 1 提取剂对提取液总抗氧化能力的影响
Fig. 1 Effect of extractant on total antioxidant capacity
从图 1 可以看出，随着乙醇浓度的提高，提取液总抗氧化能力逐渐下降，蒸馏水提取所
得提取液抗氧化能力最强，说明无梗五加果中的大部分抗氧化物质具有水溶性，故以水作为
无梗五加果中抗氧化物质的提取剂进行后续实验。
2.1.2 料液比对提取液的总抗氧化能力的影响
料液比对提取液总抗氧化能力的影响结果如图 2所示。

图 2 料液比对提取液总抗氧化能力的影响
Fig. 2 Effect of material/liquid ratio on total antioxidant capacity
从图 2 可以看出，随着提取剂用量的增加，所得提取液的总抗氧化能力也在逐渐增加，
当料液比为 1：60（g/mL）时，总抗氧化能力达到最大，料液比继续增大，提取液抗氧化能
力略有下降。
2.1.3 提取温度对提取液的总抗氧化能力的影响
提取温度对提取液总抗氧化能力的影响结果如图 3所示。
图 3 提取温度对提取液总抗氧化能力的影响
Fig. 3 Effect of extraction temperature on total antioxidant capacity
从图 3 可以看出，提取液总抗氧化能力随着提取温度的升高而逐渐增加，当提取温度达
到 60℃时，总抗氧化能力达到最高值，温度继续增加，总抗氧化能力变化不明显。
2.1.4 提取时间对提取液总抗氧化能力的影响
提取时间对提取液总抗氧化能力的影响结果如图 4所示。

图 4 提取时间对提取液总抗氧化能力的影响
Fig. 4 Effect of extraction time on total antioxidant capacity
从图 4 可以看出，随着提取时间的增加，提取液总抗氧化能力增加，在 30 min 时达到
最大值，提取时间继续增加，抗氧化物质在超声波的作用下被破坏分解，提取液总抗氧化能
力反而逐渐下降，所以选择提取时间 30 min 最佳。
2.1.5 超声功率对提取液的总抗氧化能力的影响
提取功率对提取液总抗氧化能力的影响结果如图 5所示。

图 5 超声功率对提取液总抗氧化能力的影响
Fig. 5 Effect of ultrasonic power on total antioxidant capacity
从图 5可以看出，随着超声波功率的提高，总抗氧化能力随之逐渐增加，当功率为 225
W 时提取液总抗氧化能力出现峰值，功率继续提高，总抗氧化能力下降。原因可能是功率加
大导致提取物中活性成分分解以至于抗氧化能力下降，所以提取功率选择 225 W最佳。
2.2 响应面试验设计优化工艺参数
2.2.1 试验因素和水平的选择
综合上述单因素试验结果，以无梗五加果提取液总抗氧化能力为响应值，选取对超声波
提取无梗五加果中抗氧化物质影响较大的三个因素提取温度、提取时间、超声功率进行三因
素三水平的试验设计。试验因素和水平见表 1:
表 1 实验因素水平及编码
Table 1 Factors and levels used in response surface methodology
因素 编码 编码水平
-1 0 1
提取温度/℃ X1 50 60 70
提取时间/min X2 15 30 45
超声功率/W X3 200 225 250
2.2.2 响应面分析设计及结果
根据 Design Expert8.0 软件对实验进行安排，试验结果分析见表 2~3。
表 2 响应面分析方案及试验结果
Table 2 Program and experimental results of RSA
试验号 X1 X2 X3 Y 总抗氧化能力/（u/mL）
1 -1 -1 0 85.2334
2 -1 0 -1 84.6166
3 0 -1 1 83.8766
4 0 0 0 87.9466
5 1 1 0 83.4734
6 1 0 -1 84.9866
7 0 1 -1 79.9534
8 1 0 1 86
9 0 0 0 89.18
10 1 -1 0 84
11 0 -1 -1 86.3434
12 0 0 0 88.070
13 -1 0 1 84.1234
14 -1 1 0 80.7934
15 0 0 0 88.1934
16 0 0 0 88.1666
17 0 1 1 85.96
注：*在 0.05 水平差异显著；**在 0.01 水平差异极显著。
表 3 总抗氧化能力回归方程方差分析
Table 3 Analysis of variance for the regression equation for the yield of total antioxidant
capacity
来源 平方和 自由度 均方 F 值 P 值 显著性
模型 103.94 9 11.55 35.85 <0.0001 **
X1 1.70 1 1.70 5.29 0.0549
X2 10.75 1 10.75 33.37 0.0007 **
X3 2.06 1 2.06 6.40 0.0393 *
X1X2 3.83 1 3.83 11.89 0.0107 *
X1X3 0.57 1 0.57 1.76 0.2261
X2X3 17.95 1 17.95 53.72 0.0001 **
X12 17.16 1 17.16 53.28 0.0002 **
X22 35.83 1 35.83 111.24 <0.0001 **
X32 7.80 1 7.80 24.20 0.0017 **
残差误差 2.25 7 0.32
失拟项 1.27 3 0.42 1.73 0.2981
纯误差 0.98 4 0.25
总和 106.20 16
对响应值以及各因素进行拟合，得到关于总抗氧化能力的回归方程如下：
Y=88.31+0.46X1-1.16X2+0.51X3+0.98X1X2+0.38X1X3+2.12X2X3-2.02X1
2
-2.92X2
2
-1.36X3
2
变量模型 P<0.01，达到极显著水平，回归方程失拟检验 P>0.05，差异不显著，说明所
得的回归方程拟合程度良好。表 3方差分析结果表明方程的一次项提取时间（X2）对响应值
总抗氧化能力的影响极显著，超声功率（X3）对响应值的影响显著；交互项 X2X3对响应值的
影响极显著，X1X2对响应值的影响显著；二次项 X1
2、X2
2、X3
2对响应值的影响极显著，由此
可知，各具体试验因素对响应值的影响并非是简单的线性关系。
2.2.3 响应面曲面直观分析
从图 6 可以看出，提取温度对提取液总抗氧化能力的影响变化趋势受提取时间的交互作
用的影响。当提取时间较大时，提取液总抗氧化能力偏低且随着提取温度的升高先增加后下
降的趋势更加明显。
从图 7 可以看出，提取时间对提取液总抗氧化能力的影响变化趋势受超声功率的交互作
用的影响。在所考察的功率范围内，当超声功率较大时，总抗氧化能力随提取时间的增加先
逐渐增大后减小，当超声功率较小时，总抗氧化能力随提取时间的增加而逐渐下降。
从图 8 可以看出，提取温度对提取液总抗氧化能力的影响变化趋势不受超声功率的交互
作用的影响。在所考察功率范围内，提取液总抗氧化能力均呈现先增加后下降的相同趋势。
图 6 提取温度和提取时间交互作用对总抗氧化能力的影响
Fig.6 Response surface and contour plots showing the interactive effects of temperature and time on total
antioxidant capacity

图 7 提取时间和超声功率交互作用对总抗氧化能力的影响
Fig.7 Response surface and contour plots showing the interactive effects of time and power on total
antioxidant capacity

图 8 提取温度和超声功率交互作用对总抗氧化能力的影响
Fig.8 Response surface and contour plots showing the interactive effects of temperature and power on total
antioxidant capacity
2.2.4 响应面试验模型的验证
通过回归方程可以得到最优的预测值，即提取温度 60.84℃，提取时间 27.65 min，超
声功率 226.88 W，此时总抗氧化能力的理论值可达 88.4409 u/mL。结合实际操作，优化工
艺参数，即提取温度 61℃，提取时间 28 min，超声功率 227 W。并对最佳条件做了 3次重
复试验进行验证，平均总抗氧化能力为(88.2572±0.3423) u/mL，所得参数较为可靠。

3 结论

3.1 在单因素试验的基础上，采用响应面分析法优化了各个参数，并结合实际操作选择了
无梗五加果抗氧化活性物质提取的最优工艺条件：提取温度 61℃，提取时间 28 min，超声
功率 227 W。并对最佳条件做了 3次重复试验进行验证，平均总抗氧化能力为(88.2572±
0.3423) u/mL，说明响应面试验设计分析能较准确地对提取抗氧化物质的工艺参数进行优
化。
3.2 由试验数据表明，对总抗氧化能力影响最大的因素是提取时间，其次是超声功率，影
响最小的是提取温度。提取时间和超声功率交互作用对总抗氧化物质的提取效果影响极显
著，提取温度和提取时间交互作用对总抗氧化物质的提取效果影响显著。

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Optimization of ultrasonic extraction of antioxidant
components from Acanthopanax sessiliflorum fruit by
response surface methodology
Feng Ying，Zhao Lin-na
College of Food Science,Shenyang Agricultural University
Abstract: The ultrasonic extraction conditions of antioxidant components from Acanthopanax sessiliflorum fruit
was studied by single factor approach and response surface methodology. The extraction conditions were
optimized with respect to extraction temperature, extraction time and ultrasonic power using a three-variable and
three-level experimental design. The optimal extraction conditions were found to be temperature 60.84 ℃,
duration 27.65 min and power 226.88 W. The predicted yield of total antioxidant capacity under the optimized
condition was 88.4409 u/mL. From the view of practical application, the extraction conditions were modified to
61 ℃, 28 min and 227W under which repeated experiments showed an average yield of total antioxidant capacity
of (88.2572±0.3423) u/mL with good agreement with the predicted results.
Key words: Acanthopanax Sessiliflorum; total antioxidant capacity; response surface methodology; ultrasonic
extraction