Las bayas de espino amarillo (SBB) son conocidas por ser ricas en compuestos bioactivos naturales con alta actividad farmacológica. En este estudio, se realizó la optimización de los parámetros de extracción para recuperar compuestos fenólicos con alta actividad antioxidante de SBB. Este estudio involucró un enfoque sistemático de optimización, que incluyó la selección de una variedad de parámetros, como temperatura, tiempo, concentración de etanol, agitación y carga sólida. Sobre la base del modelo de diseño de Plackett-Burman (PBD), se seleccionaron los dos parámetros más significativos (agitación y carga sólida), y se derivó el modelo de correlación entre esos parámetros y múltiples respuestas a través de la metodología de superficie de respuesta (RSM). Como resultado, se determinó que la condición óptima de extracción para maximizar el contenido fenólico y la actividad antioxidante era una agitación a 109.54 rpm y una carga sólida de 172.67 g/L. Bajo condiciones óptimas, el extracto de SBB mostró un contenido fenólico total de 0.21 mg/mL y actividades de ABTS y DPPH del 27.27% y 58.16%, respectivamente. El extracto de SBB preparado bajo condiciones óptimas se encontró que contenía ácido cafeico, ácido vanílico, rutina y vitamina B1 (tiamina). Este trabajo es el primer desafío para diseñar un modelo de optimización para la recuperación eficiente de antioxidantes de SBB y es significativo en que el modelo se puede aplicar de manera simple y económica a procesos de extracción convencionales.