全 文 ：食 品 科 技
FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY提取物与应用
· 196 ·
2014年 第39卷 第8期
零余子为薯蓣科薯蓣(Dioscorea opposi ta
Thunb . )等植物叶腋间的珠芽[1]，俗称“山药
豆”，含有淀粉、多糖、氨基酸、胆碱、维生素
收稿日期：2014-01-07 *通讯作者
基金项目：国家中医药公共卫生专项(201207002)。
作者简介：屈亚娟(1983—)，女，陕西宝鸡人，硕士研究生，主要从事植物次生代谢产物的研究工作。
等多种成分，具药食两用的属性[2]。迄今，零余子
的利用主要为食用和作繁殖材料，其资源开发利
用尚未有良好的途径[3]，造成资源的浪费。
屈亚娟，史红艳，陈晓玲，杨培君*
(陕西理工学院生物科学与工程学院，汉中 723001)
摘要：利用响应面法优化山药零余子黄酮类化合物的提取工艺。选取乙醇浓度、提取温度、
提取时间、料液比4个因素做单因素实验，采用Design-Expert软件和Box-Behnken设计法进行响
应面优化实验设计，对各因素之间的交互作用进行分析。研究结果表明，乙醇浓度为76%，提
取温度为61 ℃，提取时间为155 min，料液比1:36，黄酮的提取率达到最大3.383%，与预测值
3.487%相近。
关键词：山药零余子；黄酮类化合物；响应面优化法
中图分类号：R 284.2 文献标志码：A 文章编号：1005-9989(2014)08-0196-05
Process optimization of extracting fl avonoids compounds from
bulbel by response surface methodology
QU Ya-juan, SHI Hong-yan, CHEN Xiao-ling, YANG Pei-jun*
(College of Biological Sciences and Engineering, Shaanxi University of Technology,
Hanzhong 723001)
Abstract: Response surface optimization method was used to extracting flavonoids compounds from
bulbel of Dioscorea opposita. The concentration of ethanol, temperature on extraction, extraction time
and liquid-solid ratio were chosen to carry out the single factor experiments; the Design-Expert software
and Box-Behnken response surface methodology were used to design experiment method and to analyze
the interaction between various factors. The results showed that when the concentration of ethanol was
76%, the temperature on extraction was 61 ℃, the extraction duration was 155 min and the liquid-solid
ratio was 1:36, the extraction rate of fl avonoids compounds achieved 3.383% and which get close to the
predictive value of 3.487%.
Key words: bulbel; fl avanoid compounds; response surface methodology
响应面法优化山药零余子黄酮类
化合物的提取工艺研究
DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2014.08.043
食 品 科 技
FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY 提取物与应用
· 197 ·
2014年 第39卷 第8期
目前，对零余子的研究主要集中在组培外植
体[4-5]和化学成分分析，如皂苷元[6-8]、多糖[9-10]、
多酚[11-12]、尿囊素[13]等方面；黄酮类化合物的研
究比较少，吕鹏等[14]比较了怀山药及非药用部位
如零余子、山药皮、藤茎、叶芽等中黄酮类化合
物的变化，比较黄酮含量的差异，对提取方法还
没有系统深入的研究报道。本研究选用乙醇回流
提取零余子中的黄酮类化合物，在单因素试验的
基础上，采用响应面法优化提取工艺条件，旨在
为山药零余子的开发利用提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
山药零余子：陕西城固县许家庙栽培植株，
烘干后粉碎，过孔径0.45 mm筛，备用。
无水乙醇、95%乙醇、亚硝酸钠、三氯化
铝、氢氧化钠等化学试剂均为分析纯；芦丁标准
品：中国药品生物制品鉴定所，100080-200707。
UV-2550紫外可见分光光度计：日本岛津公
司；梅特勒AL204电子天平(精密度0.0001 g)；德国
IKA RV10型旋转蒸发仪；索氏提取仪等。
1.2 实验方法
1.2.1 芦丁标准曲线的绘制 准确称取120 ℃干
燥至恒重的芦丁标准品5.00 mg，60%乙醇超声溶
解，定容于50 mL容量瓶得0.1 mg/mL的标准溶液。
准确量取0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mL
的标准溶液，分别置于10 mL容量瓶，加0.5 mol/L
NaNO2溶液0.50 mL摇匀，静置6 min后加入0.3 mol/L
AlCl3溶液0.50 mL摇匀，放置6 min；然后再加入1.0
mol/L NaOH溶液4.00 mL，用60%乙醇定容，静置15
min后，于505 nm处测吸光度[15]。以芦丁标品浓度C
为横坐标、吸光度A为纵坐标，绘制标准曲线。
1.2.2 零余子黄酮类化合物的提取及检测 零余子
粉末2.000 g→乙醚脱脂8 h→乙醇水浴提取→趁热
抽滤→定容→1.00 mL提取液→按1.2.1项的方法测
吸光值A，按下列公式计算提取率。
式中：C为显色样品溶液中黄酮类化合物的
浓度，mg/mL；
w为称取样品质量，mg；
V1为显色样品溶液定容后体积，mL；
V2为提取液定容后体积，mL；
V为用于检测提取液的体积，mL。
1.2.3 零余子黄酮类化合物提取工艺单因素实验
分别选取不同乙醇浓度、提取时间、提取温
度、料液比进行单因素实验，考察各因素对黄酮
类化合物提取率的影响。
1.2.4 响应面法优化实验设计 在单因素实验结果
的基础上，采用中心组合实验Box-Behnken设计实
验的方案，确定零余子黄酮类化合物的最佳提取
工艺条件。
2 结果分析
2.1 标准曲线的绘制
以芦丁系列标准溶液浓度C为横坐标，
紫外分光光度计测得吸光度A为纵坐标，绘制
标准曲线。回归方程A=11.53395x+0.06802，
R2=0.99956。表明在10~50 μg范围内，芦丁的含
量与吸光度具有良好的线性关系(图1)。
图1 芦丁标准曲线和回归方程
Z Y
3
≿Ꮢ NHN-
।
ٵ
Ꮢ
΅䚳≿Ꮢ
台
䚚
ं
⢳
f
f
ff
7X
77$台䚚ं⢳
2.2 单因素实验结果
2.2.1 乙醇浓度对黄酮类化合物提取率的影响 在
温度为60 ℃，提取时间2 h，料液比1:20的条件
下，分别用50%、60%、70%、80%、90%、100%
乙醇回流提取。随着乙醇浓度的增加，黄酮类化
合物的提取率随之增加；但超过80%，提取率略
有下降，说明乙醇浓度为80%时，黄酮类化合物
基本都已溶出。乙醇浓度过高，亲脂性强的物质
溶出也会增加，黄酮的提取率会降低(图2)。
图2 乙醇浓度对黄酮类化合物提取率的影响
2.2.2 提取温度对提取率的影响 乙醇浓度80%，
提取时间2 h，料液比1:20，分别在23、30、50、
60、70 ℃下回流提取。随着温度的升高，黄酮提
取率不断增加，60 ℃时黄酮提取率最高，70 ℃
时提取率略微下降，故选择60 ℃为最佳的提取
温度(图3)。
食 品 科 技
FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY提取物与应用
· 198 ·
2014年 第39卷 第8期
2.2.3 提取时间对总黄酮提取率的影响 乙醇浓
度80%，提取温度60 ℃，料液比1:20，分别提取
1、1.5、2、2.5、3、3.5 h。随提取时间的增加，
黄酮提取率不断增加，2.5 h时黄酮提取率达到最
大值，随后反而降低，故选择2.5 h为最佳的提取
时间(图4)。
B+0.100AC-0.060AD+0.080BC-0.17BD-7.500E-
003CD-0.42A2-0.27B2-0.11C2-0.12D2。通过对回归
方程求解得到预测黄酮提取率为3.487%，零余子
黄酮类化合物的最佳提取工艺条件为：乙醇浓度
75.61%，温度60.59 ℃，提取时间2.62 h，料液比
1:35.67。
表2 响应面实验方案及结果
实验号
因素
提取率/%A B C D
1 0 1 1 0 3.47
2 0 0 0 0 3.57
3 0 1 -1 0 3.17
4 0 0 -1 -1 3.37
5 0 1 0 -1 3.02
6 0 -1 0 1 3.39
7 0 -1 -1 0 3.16
8 0 0 0 0 3.66
9 -1 -1 0 0 2.73
10 0 0 0 0 3.69
11 1 0 0 1 3.24
12 -1 0 0 1 3.05
13 -1 0 -1 0 2.88
14 -1 1 0 0 2.75
15 1 0 -1 0 3.04
16 -1 0 0 -1 2.78
17 0 0 -1 1 3.46
18 1 0 1 0 3.43
19 0 0 1 1 3.47
20 0 0 0 0 3.62
21 1 0 0 -1 3.21
22 0 1 0 1 3.47
23 1 1 0 0 3.38
24 0 0 1 -1 3.41
25 1 -1 0 0 3.02
26 0 -1 0 -1 2.87
27 0 -1 1 0 3.14
28 0 0 0 0 3.55
29 -1 0 1 0 2.87
2.3.2 响应面结果的方差分析 对模型进行方差
分析，结果见表3；P值大小表明模型及各考察
因素的显著水平。P<0.05表明模型或各因素有显
著影响，P<0.01表明模型或各因素高度显著[16]。
由表3可知，以黄酮提取率为响应值时，模型
P<0.0001，表明该二次方程的模型极显著[17]；A，
D，A2，B2对黄酮提取率影响极显著；B，C2，D2
对黄酮提取率影响显著。表明实验因素对响应值
图5 料液比对黄酮类化合物提取率的影响
⍕Ꮢč
台
䚚
ं
⢳
ंᬢ䬠I
台
䚚
ं
⢳
᫅⋞℀
台
䚚
ं
⢳
图3 温度对黄酮类化合物提取率的影响
图4 提取时间对黄酮类化合物提取率的影响
2.2.4 料液比(g/mL)对总黄酮提取率的影响 乙醇
浓度80%，提取温度60 ℃，提取时间2.5 h的条件
下，分别按1:15、1:20、1:25、1:30、1:35、1:40
的料液比回流提取。随着料液比的增大，黄酮的
提取率增加，料液比在1:30之后提取率虽然也增
加，但增加幅度变小，综合考虑选择最佳的料液
比为1:30(图5)。
2.3 响应曲面优化实验结果
2.3.1 回归模型建立及方差分析 综合单因素实验
结果，采用Design Expert 8.06软件设计响应面实
验，因素水平设计见表1。应用Box-Behnken模型
设计实验方案，实验设计及结果见表2。
表1 响应面设计因素水平及编码
水平
因素
乙醇浓度/% A 温度/℃ B 时间/h C 料液比/(g/mL) D
-1 70 50 1.5 1:20
0 80 60 2.5 1:30
1 90 70 3.5 1:40
对表2中的数据进行多项拟合回归，获得黄酮
类化合物的提取率对各因素的二次多项回归模型：Y
=3.62+0.19A+0.079B+0.059C+0.12D+0.085A
食 品 科 技
FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY 提取物与应用
· 199 ·
2014年 第39卷 第8期
不是简单的线性关系，因素之间的交互作用对黄
酮类化合物的提取率有影响。模型的调整确定系
数R2Adj=0.8628，即模型能解释86.28%的响应值变
化，说明模型拟合度良好，可用该模型对零余子
黄酮提取率进行预测和分析。
表3 回归模型方差分析结果
方差
来源 平方和
自由
度 均方 F值 P
显著
性
模型 2.21 14 0.16 13.58 <0.0001 **
A 0.43 1 0.43 36.67 <0.0001 **
B 0.075 1 0.075 6.48 0.0233 *
C 0.042 1 0.042 3.62 0.0779
D 0.17 1 0.17 14.47 0.0019 **
AB 0.029 1 0.029 2.49 0.1369
AC 0.040 1 0.040 3.45 0.0846
AD 0.014 1 0.014 1.24 0.2841
BC 0.026 1 0.026 2.21 0.1597
BD 1.225E-003 1 1.225E-003 0.11 0.7501
CD 2.250E-004 1 2.250E-004 0.019 0.8913
A2 1.14 1 1.14 98.10 <0.0001 **
B2 0.47 1 0.47 40.81 <0.0001 **
C2 0.075 1 0.075 6.49 0.0233 *
D2 0.100 1 0.100 8.59 0.0109 *
残差 0.16 14 0.012
失拟项 0.15 10 0.015 3.59 0.1148
纯误差 0.014 4 3.470E-003
总和 2.37 28
注：*：差异显著，p<0.05；**：差异极显著，p<0.01；回归系数
R2=0.9314；RAdj=0.8628。
2.3.3 响应面各因素交互作用分析 由Design
Expert 8.0.6软件对实验数据进行二次多元回归拟
合，得到响应面图，而响应面图又能形象地表
现各因素之间的交互作用。响应面坡度越陡
峭，表明响应值对于操作条件的影响越大；反
之越小[18]。由图6~图11可以看出，乙醇浓度和
料液比、乙醇浓度和提取时间、温度和料液比、
乙醇浓度和提取时间之间的交互作用对黄酮提取
率的影响显著，提取温度和时间、提取时间和料
液比对黄酮提取率的影响不显著。
2.3.4 验证实验 为进一步确认结果并考虑到实
际操作的方便，对响应面条件进行调整。在乙醇
图11 提取温度和提取时间对黄酮提取率的响应面
΅ 䚳≿Ꮢᬢ䬠I
台
䚚
ं
⢳
΅ 䚳≿Ꮢ᫅⋞℀ HN-
台
䚚
ं
⢳
⍕Ꮢčᬢ䬠I
台
䚚
ं
⢳
台
䚚
ं
⢳
΅ 䚳≿Ꮢ⍕Ꮢč
⍕Ꮢč᫅⋞℀ HN-
台
䚚
ं
⢳
ᬢ䬠I᫅⋞℀ HN-
台
䚚
ं
⢳
图6 乙醇浓度和提取温度对黄酮提取率的响应面图
图7 温度和料液比对黄酮提取率的响应面图
图8 提取时间和料液比对黄酮提取率的响应面图
图9 乙醇浓度和提取时间对黄酮提取率的响应面图
图10 乙醇浓度和料液比对黄酮提取率的响应面图
食 品 科 技
FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY提取物与应用
· 200 ·
2014年 第39卷 第8期
浓度76%，温度61 ℃，提取时间155 min，料液比
1:36的条件下，进行3组平行实验。所得总黄酮平
均提取率为3.383%，与预测值3.487%相近，说明
响应面法提取零余子黄酮的回归模型稳定可靠。
3 小结与讨论
在单因素实验的基础上，采用响应面模型方
法对提取工艺参数进行优化，确定了零余子黄酮
类化合物的最佳提取工艺，即乙醇浓度76%、温
度61 ℃、提取时间155 min、料液比1:36时，零余
子黄酮的提取率为3.383%。
目前，对薯蓣科植物黄酮类化合物的研究
有报道，但采用响应面法优化提取工艺的研究尚
未见报道。周厚良等[19]在单因素的基础上，采用
正交实验优化热浸提法提取山药中的黄酮，结果
为乙醇浓度为70%、提取温度为50 ℃、提取时间
为120 min、料液比为1:20，山药中黄酮的含量为
1.23%；张航航[20]采用正交实验优化超声辅助提取
参薯叶黄酮，料液比为1:30、乙醇浓度为60%浸泡
12 h后65 ℃超声萃取50 min，提取率为5.12%。张
立明等[16]，林建原等[18]，宋倩等[19]采用响应面法
开展了不同材料黄酮类化合物的提取工艺研究。
正交实验设计相对比较简单且用相应的方法对实
验结果进行分析，但数据分析的优选值只能是实
验所用水平的某种组合，优选结果不会超越所取
水平的范围。响应面实验设计用简单的二次多项
式模型拟合复杂的未知函数关系，可连续地对实
验的各个水平进行分析。此方法的建立为山药零
余子的开发和有效利用提供参考依据。
参考文献：
[1] 中国科学院.中国植物志(16卷):第一分册[M].北京:科学
出版社,1985
[2] 薛建平,祝红蕾,尧俊英.铁棍山药及其零余子营养成分
的比较研究[J].食品工艺科技,2008,29(08):268-269
[3] 程超,李伟,莫开菊.零余子饮料的研制[J].湖北民族学院
学报,2008,26(1):104-106
[4] 胡选萍.山药零余子诱导愈伤组织研究[J].安徽农业科学,
2008,36(32):13975-13976,14051
[5] 严华兵,杨丽涛,董伟清,等.山药试管零余子形成过程中
几种内源激素的变化[J].广西农业科学,2010,41(9):893-
896
[6] 腾井通,高翔,薛建平,等.怀山药零余子薯蓣皂苷元成
分的含量测定[J].安徽农业科学,2012,40(21):10817-
10818,10877
[7] 程超,朱玉昌,莫开菊,等.零余子皂苷的抗氧化性特征研
究[J].食品科学,2007,28(10):83-86
[8] 秦恩华.大孔树脂对零余子皂苷的吸附分离特性研究[J].
湖北民族学院学报,2009,27(1):83-85
[9] 魏涛,何培新,郑俊丽.铁棍山药水溶性多糖的超声波提
取工艺及体外抗氧化活性的研究[J].河南工业大学学报,
2010,31(6):25-28
[10] 秦恩华.零余子多糖的分离纯化及抗氧化研究[J].现代
食品科技,2008,24(11):1100-1103
[11] 李伟,程超,莫开菊,等.零余子多酚类物质的提取工艺及
测定方法比较[J].食品科学,2007,28(08):152-156
[12] 程云环,腾井通,薛建平,等.Folin-Ciocalteu比色法测定
怀山药零余子多酚含量的研究[J].赤峰学院学报,2013,
29(5):17-19
[13] 腾井通,薛涛,薛建平,等.HPLC法测定怀山药零余子尿
囊素的含量[J].安徽农业科技,2013,41(7):2912,2928
[14] 吕鹏,贾秀梅,张振凌,等.怀山药及非药用部位总黄酮含
量的测定[J].中国实验方剂学杂志,2012,18(2):65-68
[15] 张立明,张霞,郑传莉.响应曲面法优化三叶青总黄酮提
取工艺研究[J].时珍国医国药,2009,10(2):2588-2590
[16] 杨文鸽,谢果凰,颜伟华,等.响应面分析法优化海鳗的湿
腌工艺[J].中国食品学报,2010,10(1):133-139
[17] 林建原,季丽红.响应面优化银杏叶中黄酮的提取研究
[J].中国食品学报,2013,13(2):83-90
[18] 宋倩,赵声兰,刘彬球,等.响应面法优化核桃壳总黄酮提
取工艺的研究[J].食品工业科技,2012,34(11):214-217
[19] 周厚良,王良健,谢伶俐.山药中黄酮提取工艺的优化[J].
湖北农业科学,2012,51(17):3824-3826
[20] 张航航.超声辅助提取参薯叶黄酮的工艺研究[J].安徽
农业科学,2012,40(9):5123-5125
食品科技杂志社已许可中国学术期刊（光盘版）电子杂志社在中国知网及其系列数据库
产品中以数字化方式复制、汇编、发行、信息网络传播本刊全文。该社著作权使用费随食品
科技杂志当期的稿酬一并支付。作者如无特殊声明本刊视为同意本社上述声明，若有异议，
请在投稿时以书面形式通知本刊。
《食品科技》杂志社
重 要 声 明