全 文 ：黑 龙 江 八 一 农 垦 大 学 学 报 第 23卷
红小豆又称赤小豆、赤豆、红豆 [1]等，其营养丰
富，含有多种生物活性成分，如总酚、单宁、植酸、皂
甙等。单宁和多酚均具有很强的抗氧化活性，对多肽
和蛋白质有很强的亲和力，能够抑制淀粉酶和胰蛋
白酶；而多酚和植酸又具有潜在的降血糖活性[2，3]。目
前对红小豆的研究大多集中在红小豆产品的开发和
育种上，国内的研究大多仅在红小豆的加工利用上，
对其特有的功效物质基础不能指出相应活性成分，
大大限制了它在功能食品方面的深度开发[3]。响应面
法是采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之
间的函数关系，通过对函数响应面和等高线的分析，
精确地研究各因子与响应值之间的关系，寻求最优
工艺参数，解决多变量问题的一种统计方法[1，2]。已广
泛应用于农业、生物、食品、天然产物提取等领域。本
文对红小豆中总酚的提取工艺进行了优化，在单因
素试验的基础上，采用响应面试验确定了最佳提取
工艺参数，获得了较佳的提取条件。
1 材料与方法
1.1 材料、试剂与仪器
红小豆：市场购置。
主要试剂：正己烷，乙醇，丙酮，冰乙酸，大蒜素
均为分析纯。
仪器与设备：TD4A型台式离心机（长沙英泰仪
器有限公司）；T6新世纪型紫外可见分光光度计（北
京普析通用仪器有限责任公司）；HH-I型电热恒温
响应面法优化红小豆中总酚的提取
马萍，郭希娟，李思荻
（黑龙江八一农垦大学食品学院，大庆 163319）
摘 要：以红小豆为原料，采用有机溶剂浸提法，对煮制后的红小豆中抗氧化物质进行提取。以总酚含量为指标，通过单因素和
Box-Behnken试验得到了最佳煮制参数为：煮制时间为 9 min，液料比为 20∶1，压力为 0.075 MPa，在此条件下进行提取，得到煮
制红小豆中总酚含量为 0.732 8 mg·g-1。
关键词：红小豆；提取工艺；总酚；响应面法；优化
中图分类号：TS201.1
Optimization of extraction technique of total phenol
from red bean via Response Surface Methodology
Ma Ping，Guo Xijuan，Li Sidi
（College of Foodstuff，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319）
Abstract：In order to obtain optimum conditions for extracting total polyphenols from red bean，on the basis of single factor test of
cooking time、liquid-solid ratio and pressure，the design of experiment was made by Design-Expert 7.0 software and optimization of
various factors and their interaction effect were analyzed by response surface method. We got optimal conditions for the extraction of
total polyphenols：optimal cooking time was 9 min、liquid-solid ratio was 20∶1、pressure was 0.075 MPa. Maximum extraction field of
total polyphenols reached 0.732 8 mg·g-1 in this study.
Key words：red bean；extraction process；total polyphenols ；response surface methodology；optimization
收稿日期：2011-06-14
作者简介：马萍（1980-），女，讲师，吉林大学硕士研究生毕业，现主要从事食品质量与安全方面的研究工作。
第 23卷 第 5期
2011年 10月
黑 龙 江 八 一 农 垦 大 学 学 报
Journal of Heilongjiang Bayi Agricultural University
23（5）：64~68
Oct. 2011
文章编号：1002-2090（2011）05-0064-05
文献标识码：A
第 5期
水浴锅（江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司）；RE-
52AA型旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）；SHB-
IIIA型真空泵（郑州长城科工贸有限公司）；FL-150
型粉碎机（常州市步长干燥设备有限公司）；LDZX-
40SCI型立式自动电热压力蒸汽灭菌器（上海申安医
疗器械厂）。
1.2 实验方法
1.2.1 总酚的测定
采用福林酚比色法（Folin-ciocalten）进行总酚
含量的测定[1，2]。准确称取干燥恒重的大蒜素标准品
0.010 g，用水溶解，定容至 10 mL容量瓶中，配制成
1 mg·mL -1 溶液。分别吸取 0.002、0.004、0.006、
0.008、0.010、0.012 mL 置于具塞刻度试管，依次
加蒸馏水至 10 mL，加 0.5 mL已配制好的 Folin试
液，静置 3 min，再加 1.0 mL 26%碳酸钠溶液，70 ℃
水浴 10 min，冷却后用水定容至 20 mL，室温反应
2 h，在 760 nm下测定其吸光度。重复 3次，取其平
均值[3，4]。
以吸光度值（y）为纵坐标，总酚浓度（x）为横
坐标，建立标准曲线，结果表明，大蒜素在浓度
2～12 μg·mL-1内与其吸光值 A呈线性关系。得标准
曲线方程为 y=8.73x。
1.2.2 总酚提取得率的计算
以大蒜素标准品吸光度值作标准曲线，测定样
品吸光度值，然后根据标准曲线计算红小豆总酚量，
以每 g红小豆中所含大蒜素的质量为指标确定总酚
类物质含量，即为红小豆总酚得率。
1.2.3 提取工艺流程
图 1 大蒜素标准曲线
Fig.1 Allicin standard curve
1.3 试验设计
1.3.1 煮制法提取红小豆中总酚的单因素试验
煮制条件中，影响总酚含量的因素主要有煮制
时间、液料比和压力，因此单因素实验研究了这三个
因素对总酚含量的影响。
（1）煮沸时间对酚类物质的影响
称取 20.0 g红小豆，加入 400 mL 蒸馏水，沸腾
后，分别煮制 5，10，15，20，25，30，35，40 min，将豆类
固体与提取液经过离心后再分离，将分离后的豆类
固体进行充分研磨，用上清液定容至原体积。以酸化
丙酮为提取剂，进行常温振荡 3小时提取 [3]，并测定
总酚物质的含量。
（2）液料比对酚类物质的影响
称取 20.0 g 红小豆，分别加入 25，50，75，100，
125，150，175，200 mL蒸馏水煮制 20 min，将豆类固
体与提取液经过离心后再分离，将分离后的豆类固
体进行充分研磨，定容至原体积。以酸化丙酮为提取
剂，进行常温振荡提取，并测定总酚物质的含量。
（3）压力对酚类物质的影响
称取 20.0 g红小豆，加入 400 mL蒸馏水，分别将
压力锅的压力维持为 0.025，0.050，0.075，0.100 MPa，
煮制 20 min，将豆类固体与提取液经过离心后再分
离，将分离后的豆类固体进行充分研磨，定容至原体
积。以酸化丙酮为提取剂，进行常温振荡 3小时提
取，并测定总酚物质的含量。
1.3.2 响应面试验法对提取条件的优化
在单因素实验的基础上，利用 Box-Behnken设
计原理进一步进行 3 因素 3 水平的响应面分析试
验，试验因素水平设计见表 1。选用酸化丙酮作为总
酚测定的提取剂[10]，以煮制时间、液料比、压力为自变
量，总酚含量为响应值，以确定各因素对总酚含量影
响的显著性和各煮制条件的最佳组合。试验以随机
次序进行，响应值测三次，试验结果以三次结果的平
均值来表示。试验设计及结果见表 2。
2 结果与分析
2.1 单因素试验
2.1.1 煮沸时间对总酚含量的影响
马萍等:响应面法优化红小豆中总酚的提取 65
黑 龙 江 八 一 农 垦 大 学 学 报 第 23卷
由图 2可知，在煮制的初期，随着煮制时间的延
长，总酚物质的含量呈上升趋势，当达到 10~15 min
时，总酚物质含量达到最大值，继续煮制，则总酚物
质的含量呈现下降趋势。这可能与酚类热稳定性不
好有直接关系。
2.1.2 液料比对总酚含量的影响
由图 3可见，以酸化丙酮为提取剂，随着液料比
增大的同时，总酚物质的含量也随之增加，但是当液
料比增大的后期总酚物质含量增加的幅度越来越
小，此时料液比对总酚类含量几乎没有影响。
2.1.3 压力对总酚含量的影响
在煮制的初期，随着压力的增大总酚物质的含
量增加的幅度很小，当压力增加到一定程度时，总酚
物质含量降低且幅度明显增大。这可能与豆类中一
部分多糖类物质的糖苷键在压力较小的条件下还未
完全打开而随着压力的短时间增大，逐渐增加了游
离的多糖类物质，使总酚物质含量有所增加。
2.2 响应面试验
2.2.1 模型的建立及显著性
应用 Design Expert 7.0 软件进行多元回归分
析，得到红小豆中总酚含量（y）与煮沸时间（x1），液
料比（x2）和压力（x3）的编码的二次多项式回归方程
如下：
y=0.743 6-0.054 8x1-0.003 3x2+0.008 2x3+0.041 5x1x2-
0.055 8x1x3+0.049 5x2x3-0.239 5x12-0.055 3x22-0.096 7x32
其中模型决定系数 R2=0.948 4，校正的 R2=0.900 2
由表 3 可知，模型的 F 值为 56.95，其 P
值＜0.000 1，远远小于 0.01，表明模型极显著，从此
方差分析表中可以看出因素一次项（A）、二次项
（A2、B2、C2）、交互项（AB、AC、BC）对试验结果影响是
显著的。失拟项的 P值为 0.674 9，远大于 0.05，这表
明该模型拟合程度良好，试验误差小，所建立的模
型是合适的，可以用此模型对红小豆煮制工艺条件
进行分析测定。
Xaj
-1
0
1
A 煮沸时间/min
5
10
15
B 液料比
10∶1
20∶1
30∶1
C 压力/MPa
0.050
0.075
0.100
表 1 Box-Behnken设计试验因素水平编码表
Table 1 Factors and levels of Box-Behnken design
图 2 煮沸时间对红小豆总酚含量的影响
Fig.2 The influence of red bean cooking time on the
total polyphenols content red bean
图 3 液料比对红小豆中总酚含量的影响
Fig.3 The influence of liquid ratio on the total
polyphenols content of red bean
图 4 压力对红小豆总酚含量的影响
Fig.4 The influence of pressure on the total
polyphenols of red bean
试验号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
煮沸时间
/min
-1
-1
1
1
-1
-1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
液料比
-1
1
-1
1
0
0
0
0
-1
-1
1
1
0
0
0
0
0
压力
/MPa
0
0
0
0
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
0
0
0
0
0
红小豆中总酚
含量/mg·g-1
0.533 9
0.472 8
0.342 1
0.440 8
0.402 9
0.516 5
0.410 0
0.307 7
0.640 3
0.572 1
0.512 3
0.642 1
0.709 9
0.742 4
0.780 9
0.765 2
0.719 7
表 2 Box-Behnken设计试验方案及结果
Table 2 Results of Box-Behnken response surface analysis
总
酚
类
物
质
含
量
（
m
g/
g）
66
第 5期
来源
模型
A
B
C
AB
AC
BC
A^2
B^2
C^2
回归
失拟项
纯误差
偏平方和
0.37
0.024
8.712 E-005
5.429 E-004
6.872 E-003
0.012
9.801 E-003
0.24
0.013
0.039
5.036 E-003
1.470 E-003
3.556 E-003
自由度
9
1
1
1
1
1
1
1
1
1
7
3
4
均方和
0.041
0.024
8.712 E-005
5.429 E-004
6.872 E-003
0.012
9.801 E-003
0.24
0.013
0.039
7.914 E-004
4.889 E-004
8.915 E-004
F值
56.95
33.41
0.12
0.75
9.55
17.27
13.62
335.57
17.88
54.67
0.55
Pr＞F
0.000 1
0.000 7
0.738 1
0.413 8
0.017 5
0.004 3
0.007 7
＜0.000 1
0.003 9
＜ 0.000 2
0.674 9
表 3 方差分析
Table 3 Variance Analysis
图 5 煮制时间和液料比对红小豆中总酚物质
含量影响的响应面及等高线图
Fig.5 The response surface and contour plots of cooking time and
liquid ratio on the red bean in the total polyphenols
图 6 煮制时间和压力对红小豆中总酚物质
含量影响的响应面及等高线图
Fig.6 The response surface and contour plots of cooking time and
pressure on the red beans in the total polyphenols
马萍等:响应面法优化红小豆中总酚的提取
2.2.2 响应面分析
图 5、图 6、图 7给出了当时间、液料比、压力其
中一个选取固定值时，其他两因素及其交互作用对
红小豆总酚提取率影响的响应曲面及等高线图。
由图 5的三维曲面图可以看出，从煮沸时间轴
来看曲面较陡，说明时间对总酚提取率的影响较大，
而液料比对总酚提取率的影响较小，曲面较缓和。由
时间和液料比交互作用的等高线可知，沿时间轴方
向，等高线密集，而液料比方向等高线相对稀疏，说
明时间对响应值峰值的影响比液料比大，等高线呈
椭圆形，说明两因素的交互作用较强，影响显著。
67
黑 龙 江 八 一 农 垦 大 学 学 报 第 23卷
图 7 液料比和压力对红小豆中总酚物质
含量影响的响应面及等高线图
Fig.7 The response surface and contour plots of liquid ratio and
pressure on the red beans in the total polyphenols
从图 6可以看出煮沸时间对红小豆中总酚的提
取率影响较大，随着煮沸时间的增加总酚提取率先
增大后减小，当压力小于 0.075 MPa时，随着煮沸时
间的增加，总酚的提取率逐渐增加。
从图 7 等高线可以看出液料比在 10∶1 到 20∶1
时，总酚得率达到最大，然后随着液料比的增加缓慢
降低，等高线呈椭圆形，说明两因素的交互作用较
强，影响显著。
2.2.3 各因素对结果的重要性分析
在多因素试验中每个因素的效应是不同的，利
用因子回归系数的 F值来计算因子的贡献率，从而
进一步明确各个因素的重要性。使用下面的公式进
行计算因素的贡献率 Δj：
δ = 0（F≤1）；δ= 1-1/F（F＞1）
Δj=δj+ 12
m
i = 1
Σδij+δjj
根据上面的公式，各个因素的贡献率 Δj如下所
示：
Δ1=δ1+ 12（δ12+δ13）+δ11=2.886
Δ2=δ2+ 12（δ21+δ23）+δ22=1.855
Δ3=δ3+ 12（δ31+δ32）+δ33=1.916
通过比较各个因素的贡献率可知 Δ1＞Δ3＞Δ2，即各
个因子对总酚得率的影响重要性为：煮沸时间＞压
力＞液料比。
2.2.4 最适条件和回归模型验证
运用软件对红小豆总酚提取二次多项回归模型
进行最优化求解，得出最优的理论组合为煮制时间
为 9 min，液料比为 20∶1 ，压力为 0.077 MPa，理论总
酚物质含量为 0.747 4 mg·g-1。为检验响应曲面法所
得结果的可靠性，采用上述优化提取条件，考虑到实
际操作的便利，将提取工艺参数修正为：煮制时间为
9 min，液料比为 20∶1，压力为 0.075 MPa。对这一组合
进行验证，实际红小豆中总酚含量为0.732 8 mg·g-1，
相对误差达到 1.9%，说明回归模型拟合效果好。
3 结论
通过单因素试验和 Box-Behnken 试验确定了
红小豆中提取总酚的较优工艺条件为：煮制时间
为 9 min，液料比为 20 ∶1，压力为 0.075 MPa，在此
条件下进行提取，确定煮制红小豆中总酚含量为
0.732 8 mg·g-1。因此，利用响应面分析方法对煮制红
小豆提取总酚工艺进行优化，可获得最优的工艺参
数，能有效减少工艺操作的盲目性，从而为进一步的
试验研究奠定基础。
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