全 文 ：第 34卷　第 12期 西北农林科技大学学报 (自然科学版 ) Vo l. 34 No. 12
2006年 12月 Jour. o f No r th west Sci-Tech Univ . of Ag ri. and Fo r. ( Nat. Sci. Ed. ) Dec. 2006
响应曲面法优化苦荞麸皮总黄酮的提取工艺
王　军 1 ,王　敏 1 ,宋旭辉 2 ,于智峰1 ,郑　慧 1 ,李小艳 1
( 1西北农林科技大学食品科学与工程学院 ,陕西杨凌 712100;
2扶风县上宋中学 ,陕西扶风 722205)
　　 [摘　要 ]　测定了苦荞麸皮总黄酮的含量 ,并采用响应曲面法中的 Box-Behnken模式 ,对苦荞麸皮总黄酮微
波辅助提取工艺进行了优化。结果表明 ,苦荞麸皮总黄酮含量为 60. 1 g /kg;其提取的最佳工艺条件为微波加热时间
120 s,乙醇体积分数 86% ,料液比 1∶ 50,在此条件下总黄酮得率达 58. 1 g /kg ,提取率达 96. 67%。
[关键词 ]　苦荞麸皮 ;总黄酮 ;微波 ;响应曲面法 ;提取工艺
[中图分类号 ]　 S517. 099　　　　　 [文献标识码 ]　 A [文章编号 ]　 1671-9387( 2006) 12-0189-06
　　荞麦为蓼科双子叶药食兼用植物 ,主要栽培品
种有鞑靼荞麦 (Fagopyrum tataricum ( L. ) Gaerth,
也称为苦荞 )和普通荞麦 ( Fagopyrum esculentum
Moench,也称为甜荞 ) [1 ]。 现代医学研究表明 ,荞麦
具有抗氧化、降血糖、降血脂、抗肿瘤等多种药理活
性 ,其主要活性物质为黄酮类化合物 [2-4 ] ,苦荞中黄
酮类化合物含量大大高于甜荞 [5-6 ]。 因此 ,从苦荞中
提取黄酮类化合物作为保健食品或药品的原料具有
较好的前景。目前 ,从苦荞中提取黄酮类化合物的研
究多以苦荞籽粒和苦荞壳为原料 [7-8 ] ,而关于苦荞麸
皮中黄酮提取的研究较少。 我国苦荞常年播种面积
约 30万hm2 ,总产量约 30万 t[ 9]。研究表明 ,在苦荞制
粉过程中 ,麸皮的产率约为 244 g /kg[4 ] ,苦荞麸皮中
总黄酮含量可达 60～ 70 g /kg [1 ] ,因此苦荞麸皮有望
成为一种廉价而丰富的黄酮提取原料。
微波提取是目前国内外正在研究开发的一种新
的植物有效成分辅助提取技术 [ 10] ,因其具有处理方
式简便快速、试剂用量少、提取效率高、对有效物质
破坏小等特点而受到广泛重视 ,己成功用于植物多
糖、黄酮等成分的提取 [1-12 ]。为此 ,本研究以苦荞麸
皮为原料 ,采用统计软件 Design-Expert中响应曲面
法的 Box-Behnken模式 ,对苦荞麸皮总黄酮 ( to tal
f lav onoids in ta rtary buckwheat bran, TFTBB)的
微波辅助提取工艺进行优化 ,以期为荞麦资源的综
合利用提供指导作用。
1　材料与方法
1. 1　材　料
　　苦荞麸皮 , 2004-06购于西昌 ;芦丁 ,含量
≥ 95. 0% ,国药集团化学试剂有限公司生产。
1. 2　芦丁标准溶液的配制和标准曲线的制作
将芦丁于 120℃烘箱中烘至恒重 ,于干燥器中
冷却后称取 0. 050 g,用体积分数 70%乙醇溶解 ,定
容至 250 mL,得质量浓度为 0. 200 mg /mL芦丁标准
液。分别准确吸取芦丁标准液 0, 3. 0, 6. 0, 9. 0, 12. 0,
15. 0 mL于 50 mL容量瓶中 ,加入 50 g /L NaNO2溶
液 1. 5 mL,摇匀 ,放置 6 min后加入 100 g /L Al
( N O3 ) 3溶液 1. 5 mL,摇匀 ,放置 6 min后加入 40 g /
L NaOH溶液 20 mL,再用体积分数 70%乙醇定容 ,
摇匀 , 10 min后用 1 cm比色皿于 510 nm波长测定
吸光度 A。以 A为横轴 ,芦丁含量Y ( mg /mL)为纵轴
绘制标准曲线 ,求得芦丁含量 Y与吸光度 A的回归
方程:
Y = 0. 075A+ 0. 002 ( R
2
= 0. 996)
1. 3　 T FTBB索氏提取
准确称取 2. 0 g苦荞麸皮 ,用滤纸包住并用棉
线捆好 ,置于索氏提取器中 ,用 100 mL甲醇提取 , 80
℃水浴加热回流 ,当索氏提取器中的溶液由黄色接
近无色时 ,取出滤纸包 ,提取液用甲醇定容至 100
mL,作为待测液 ,重复 3次。
[收稿日期 ]　 2005-11-28
[基金项目 ]　科技部攻关计划重大项目 ( 2003BA901A19) ;西安市 2003年农业科技攻关计划项目 ( NG200317 ) ;西北农林科技大学人才
基金项目 ; 2005年西北农林科技大学科研基金项目
[作者简介 ]　王　军 ( 1978- ) ,男 ,湖北荆门人 ,在读硕士 ,主要从事食品营养与安全研究。
[通讯作者 ]　王　敏 ( 1967- ) ,女 ,河南郾城人 ,副教授 ,博士 ,主要从事食品营养与功能食品研究。
1. 4　 TFTBB微波辅助提取
准确称取 2. 0 g苦荞麸皮置于烧瓶中 ,加入一
定浓度的乙醇 ,微波功率为中档 ( 245 W) ,采用间歇
加热方式加热一定时间 ,过滤 ,滤液用一定浓度的乙
醇定容至 100 mL,作为待测液。
1. 4. 1　 T FTBB微波辅助提取单因素试验　 ( 1)微
波加热时间对 TFTBB得率的影响。 在乙醇体积分
数为 80% ,料液比 1∶ 50,微波加热时间分别为 30,
60, 90, 120和 150 s条件下进行试验。 ( 2)乙醇体积
分数对 T FTBB得率的影响。在微波加热 90 s,料液
比 1∶ 50,乙醇体积分数分别为 60% , 70% , 80% ,
90%和 100%条件下进行试验。 ( 3)料液比对 TFTBB
得率的影响。 在乙醇体积分数为 80% ,微波加热 90
s,料液比分别为 1∶ 20, 1∶ 30, 1∶ 40, 1∶ 50, 1∶ 60
条件下进行试验。
1. 4. 2　响应曲面法试验设计　采用 Box-Behnken
方法 ,以微波加热时间 ( x1 )、乙醇浓度 (x 2 )、料液比
( x3 )为自变量 , TFTBB得率 Y为响应值设计试验 ,
自变量因素编码及水平见表 1。
表 1　 TFTBB微波辅助提取试验的自变量因素编码及水平
Table 1　 Code and level o f factor s cho sen fo r ex tr action o f TFTBB by microwave
自变量及水平
Code and lev el
因素 Factors
微波加热时间 /s
Treatmen t time
x1
乙醇浓度 /%
Concent ration of ethanol
x 2
料液比
Ratio of material to s olv en t
x3
- 1
0
1
60
90
120
70
80
90
1∶ 30
1∶ 40
1∶ 50
1. 5　 TFTBB得率与提取率计算
取 1 mL待测液至 50 mL容量瓶中 ,按 1. 2节的
方法测定吸光度 A,计算 T FTBB的得率和提取率。
T FTBB得率 / ( g· kg- 1 ) = ( Y× 100× 50× 100×
10) /( 1×W× 1 000) ; T FTBB提取率 = TFTBB得
率 /T FTBB含量× 100% 。式中 ,Y为根据回归方程
计算得到的总黄酮质量浓度 ( mg /m L) ;W为麸皮重
(g ) ; TFTBB含量为索氏提取法的得率。
2　结果与分析
2. 1　苦荞麸皮总黄酮含量测定结果
　　试验测得苦荞麸皮总黄酮含量为 60. 1 g /kg。
2. 2　 T FTBB微波辅助提取单因素试验
2. 2. 1　微波加热时间　从图 1可以看出 ,延长微波
加热时间可以提高 TFTBB得率 ,但超过 90 s后继续
延长微波加热时间对得率无明显影响。
2. 2. 2　乙醇浓度　提高乙醇浓度可以增加提取剂
对物料的渗透性 ,并可提高黄酮类化合物的溶解度 ,
从而提高得率 ,根据相似相溶原理 ,乙醇浓度过高也
不利于黄酮的溶出。不同乙醇浓度对 TFTBB得率
的影响结果见图 2。从图 2可以看出 ,增加乙醇浓度
可以提高 TFTBB得率 ,但体积分数超过 80%以后 ,
得率有下降的趋势。
图 1　微波加热时间对 TFTBB得率的影响
Fig . 1　 Effect of trea tment time
on the ex tra ction yield o f TFTBB
图 2　乙醇浓度对 TFTBB得率的影响
Fig. 2　 Effec t o f ethanol concentra tion
on the ex tr action yield o f TFTBB
190 西北农林科技大学学报 (自然科学版 ) 第 34卷
2. 2. 3　料液比　从图 3可以看出 ,增加提取剂比例
可以提高 T FTBB得率 ,当料液比达到 1∶ 40后继续
增加提取剂比例 ,对 TFTBB得率无明显影响。
图 3　料液比对 T FTBB得率的影响
Fig . 3　 Effect of th e ratio o f material weight to
so lv ent v o lume on the ex tr action yield o f TFTBB
2. 3　微波辅助提取试验分析及回归方程的建立
响应曲面法试验结果见表 2。 对表 2的试验数
据进行回归分析 ,得二次多元回归方程 (模型 ):
Y= 4. 738+ 0. 690x 1+ 0. 315x 2+ 0. 315x3 - 0. 015x
2
1
- 0. 100x
2
2+ 0. 140x
2
3 - 0. 113x 1x2 - 0. 003x 1x 3 -
0. 078x2x 3
对该模型进行方差分析 ,结果见表 3。模型系数
显著性检验结果见表 4。由表 3可以看出 ,模型 P值
< 0. 000 1,表明该模型极显著。 模型的复相关系数
为 0. 981 0,说明该模型能解释 98. 10%响应值的变
化 ,拟合程度良好 ,试验误差小 ,可以用此模型对
TFTBB微波辅助提取进行分析和预测。 由表 4可
知 ,模型中一次项加热时间 x 1、乙醇浓度 x 2、料液比
x 3对 T FTBB得率的影响达到极显著水平 ;二次项
和交互项均不显著。从表 2中可知 ,预测值与实测值
之间的最大偏差为 3. 74% ,这也从另一方面说明所
得回归方程 (模型 )是有效的。
表 2　 T FTBB微波辅助提取试验设计与结果
Table 2　 Designs and results for ex traction of TFTBB by micr ow ave
试验序号
No.
自变量 Variab le 响应值 Y Response valu e
微波加热时间 / s
Treatm en t
t ime
x 1
乙醇浓度 /%
Concen tration of
ethanol
x2
料液比
Ratio of material
to s olv en t
x 3
实测值 /
( g· kg- 1 )
Actual v alue
预测值 /
( g· k g- 1)
Predicted value
1 1 0 1 57. 1 58. 7
2 0 - 1 1 49. 5 48. 6
3 - 1 0 1 45. 0 44. 9
4 1 1 0 56. 2 55. 2
5 0 0 0 47. 6 47. 4
6 0 1 1 53. 8 53. 3
7 0 - 1 - 1 40. 2 40. 7
8 0 0 0 46. 9 47. 4
9 1 0 - 1 52. 3 52. 4
10 - 1 - 1 0 34. 0 35. 1
11 - 1 0 - 1 40. 1 38. 6
12 1 - 1 0 51. 7 51. 1
13 0 0 0 47. 1 47. 4
14 0 0 0 47. 3 47. 4
15 - 1 1 0 43. 0 43. 6
16 0 0 0 48. 0 47. 4
17 0 1 - 1 47. 6 48. 6
表 3　 T FTBB微波辅助提取回归模型的方差分析
Table 3　 Analysis of v ariance ( ANOV A) fo r r eg ression equa tion
方差来源
Source
自由度
DF
平方和
Sum of squares
均方
M ean square
F值
F valu e
P值
Pr> F
复相关系数
R -square
模型 Model 9 5. 591 0. 621 2 40. 25 < 0. 000 1 0. 981 0
残差 Error 7 0. 108 0. 015 4
总和 Corrected total 16 5. 699
191第 12期 王　军等: 响应曲面法优化苦荞麸皮总黄酮的提取工艺
表 4　 TFTBB微波辅助提取回归模型系数显著性检验结果 (t检验 )
Table 4　 Test of significance fo r r eg r ession coefficient (t -Test )
系数项
Parameter
自由度
DF
系数估计值
Es timate
标准误差
Standard error
t值
t value
P值
Pr> |t|
截距 Intercep t 1 4. 738 0. 056 85. 28 < 0. 000
x1 1 0. 690 0. 044 15. 71 < 0. 000
x2 1 0. 315 0. 044 7. 17 0. 000
x3 1 0. 315 0. 044 7. 17 0. 000
x21 1 - 0. 015 0. 061 - 0. 25 0. 808
x22 1 - 0. 100 0. 061 - 1. 66 0. 142
x23 1 0. 140 0. 061 2. 31 0. 054
x1x 2 1 - 0. 113 0. 062 - 1. 81 0. 113
x1x 3 1 - 0. 003 0. 062 - 0. 04 0. 969
x2x 3 1 - 0. 078 0. 062 - 1. 25 0. 252
2. 4　 TFTBB得率影响因素交互作用分析
试验结果见图 4, 5, 6。从图 4可以看出 ,乙醇浓
度不变 ,随着微波加热时间的延长 , T FTBB得率急
剧增加 ;微波加热时间不变 ,随着乙醇浓度的增加 ,
T FTBB得率也随之增加 ,但增加幅度较小。从图 5
可以看出 ,料液比不变 ,随着微波加热时间的延长 ,
T FTBB得率急剧增加 ;微波加热时间不变 ,随着料
液比的增加 , T FTBB得率随之增加 ,但增加幅度较
小。从图 6可以看出 ,料液比不变 ,随着乙醇浓度的
增加 , TFTBB得率随之增加 ;乙醇浓度不变 ,随着
料液比的增加 , TFTBB得率也随之增加 ,且两者的
增加幅度相近。
综合图 4、图 5和图 6可以看出 ,在本试验条件
下 ,加热时间是 TFTBB微波辅助提取工艺的主要
影响因素 ,乙醇浓度和料液比均为次要因素 ,且两者
对试验结果的影响效果相近。
图 4　微波加热时间和乙醇浓度对
TFTBB得率的交互作用响应曲面
Fig. 4　 Response sur face o f the yield of T FTBB ver sus
trea tment time and concent ration of ethano l
图 5　微波加热时间和料液比对
TFTBB得率的交互作用响应曲面
Fig. 5　 Response surface o f th e yield o f TFTBB versus
tr ea tment time and ra tio of mate rial to so lv ent
图 6　乙醇浓度和料液比对 TFTBB
得率的交互作用响应曲面
Fig. 6　 Response surface o f the yield of TFTBB ver sus
concentra tion o f ethanol and ratio of ma teria l to solv ent
2. 5　 TFTBB微波辅助提取工艺条件的优化
以 T FTBB提取率大于 95% ,即响应值 Y大于
57. 1 g /kg为标准 ,用上述回归模型预测优化出的 5
组工艺参数 ,按照此工艺参数进行试验验证 ,结果见
192 西北农林科技大学学报 (自然科学版 ) 第 34卷
表 5。由表 5可以看出 , T FTBB微波辅助提取的最佳
工艺参数为:微波加热 120 s,乙醇体积分数 86% ,料
液比 1∶ 50,在此条件下 T FTBB得率为 58. 1 g /kg,
提取率达 96. 67% 。
表 5　 TFTBB微波辅助提取回归模型优化的 5组工艺参数 (响应预测值> 57. 1 g /kg )的验证结果
Table 5　V erified r esults of ex t raction conditions o f optimum fiv e g roups from reg r ession equation
with the predicted response value mo re than 57. 1 g /kg
试验序号
No.
自变量 Variable 响应值 Y Response value
微波加热时间 / s
Treatmen t
tim e
乙醇体积分数 /%
Concent ration
of ethanol
料液比
Ratio of material
to s olvent
实测值 /
( g· kg- 1 )
Actual value
预测值 /
( g· kg- 1 )
Predicted value
偏差 /%
Variance
1 117 88 1∶ 50 56. 9 58. 4 - 2. 64
2 120 86 1∶ 50 58. 1 59. 0 - 1. 55
3 117 87 1∶ 48 57. 8 57. 4 0. 69
4 120 86 1∶ 48 56. 5 58. 0 - 2. 65
5 117 86 1∶ 48 55. 5 57. 4 - 3. 42
　　注:偏差 = (实测值 - 预测值 ) /实测值× 100%。
Note: Variance= ( Actual- Predicted) / Actual× 100%。
3　结　论
本实验中使用的是家用微波炉 ,不能对料液温
度进行控制 ,当温度过高时 ,微波炉会自动关机 ,因
此只能采用间歇加热方式。本试验发现 ,使用高档进
行加热时 ,料液升温太快 ,微波炉频繁关机 ,无法操
作 ,而使用低档时料液升温太慢 ,因此试验中将微波
功率定为中档。
本研究结果表明 ,苦荞麸皮中 TFTBB含量为
60. 1 g /kg;微波加热时间、乙醇浓度、料液比均是
TFTBB微波辅助工艺的极显著影响因子 ;建立的
提取工艺回归模型准确有效 ,优化得出的最佳工艺
条件为微波加热 120 s,乙醇体积分数为 86% ,料液
比 1∶ 50,在该工艺条件下 T FTBB得率为 58. 1
g /kg ,提取率达 96. 67% 。
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Study on ex t raction technology of total flav onoids in tartary
buckwh eat bran using response surface methodology
WANG Jun
1
, WANG Min
1
, SONG Xu-hui
2
, YU Zhi-feng
1
, ZHENGHui
1
, LI Xiao-yan
1
( 1 College of Food Science and Engineering,N orthwest A & F University , Yangling, Shaanx i 712100,China;
2 Shangsong Middle School of Fuf eng County ,Fuf eng , Shaanxi 722205,China)
Abstract: In this paper, the content o f total f lav onoids in ta rta ry buckwh eat bran w as determined, the
193第 12期 王　军等: 响应曲面法优化苦荞麸皮总黄酮的提取工艺
ex t raction techno log y of to tal flav onoids in the bran by microwave w as studied, and all experiments w ere
designed and optimized wi th Box-Behnken concept of response surface methodo log y ( RSM ) . The resul ts
show ed tha t the content of to tal f lav onoids w as 60. 1 g /kg; The reg ression equation ( model) fo r the ex trac-
tion technolog y w as established, and a lso verified w ith the check experiments. The optimum condi tions of
the ex t raction technolog y w ere obtained as fol low s: t rea tment time 120 s, the concentration of ethanol
86% , the ra tio of material to so lv ent 1∶ 50. Using the techno logical condi tions, the ex traction yield of to tal
f lav onoids was 58. 1 g /kg , and the ex t raction ra te w as 96. 67% .
Key words: ta rtary buckwheat bran; to tal f lav onoids; microw ave; response surface methodolo gy
( RSM ); ex t raction technolog y
　　 (上接第 188页 )
Abstract ID: 1671-9387( 2006) 12-0185-EA
Clarificant selection of navel orange juice and
brewing tech nolog y of dry wine
LUO An-wei, LIU Xing-hua, SHI Hui,REN Ya-mei
(College of Food Science and Engineering ,Northwest A & F University , Yangling, Shaanxi 712100,China)
Abstract: Fermented wi th clari fied juice, the clari ficant selection of juice and parameter o f fermentation
w ere studied. Results show ed tha t pectinase, chi to san, diatomi te had remarkable clarification ef fects, the
optimum quanti ties of pectinase, chitesan and diatomite w ere 0. 075, 0. 5 and 0. 25 g ramme per liter juice at
this candition respectively , and th e cor responding t ransmi t tance w ere 88. 3 perecent , 93. 6 percent and 93. 8
percent , but polyv inylpyrrolidone( PV P) w as unfi t fo r the clari ficant of navel orange juice. The optimum
fermentation pa rameters of dry wine w ere: adding 60 mg /kg SO2 and 0. 1% w ine yea st into the o range
juice, and fermentation a t low temperature o f 10 to 12 centig rade deg ree. At this condi tion, the best dry
w ine was obtained. The alcohol content o f dry wine w as 12. 4 percent, the content o f v itamin C 101. 64
mg /L, the absorbance 1. 321. The dry w ine is of superb flav o r, g ood colo r, high content o f vi tamin C and
stabili ty.
Key words: nav el o range juice; clari ficant; navel o range dry wine; brewing tech nolog y
194 西北农林科技大学学报 (自然科学版 ) 第 34卷