全 文 ：响应曲面法优化微波辅助提取葎草总黄酮的工艺研究
董江涛，李 燕，徐慧强，蒋橙华
（上海海洋大学食品学院，上海 201306）
摘 要：采用微波辅助乙醇提取葎草中的总黄酮，并用响应曲面法对工艺进行了优化。通过单因素试验确定了编码参数，采用响
应曲面法考察了微波功率、提取时间和液料比对葎草总黄酮提取得率的单一和交互影响。结果表明：微波辅助乙醇法提取葎草总
黄酮的最佳工艺为：微波功率 422.810 W、提取时间 25.890 min、液料比 20.82∶1，此时葎草总黄酮的得率达 1.83%。
关键词：葎草；总黄酮；响应曲面；微波辅助提取
中图分类号：R284.2 文献标识码：A 文章编号：1006-060X（2010）13-0110-04
Optimization of Microwave-assisted Extraction of Total Flavonoids
from Humulus by Response Surface Methodology
DONG Jang-tao, LI Yan, XU Hui-qiang, JIANG Cheng-hua
(College of Food Science and Technology, Shanghai Ocean University, shanghai 201306, PRC)
Abstract: The microwave -assisted ethanol extraction of total flavonoids from humulus was optimized by response
surface methodology (RSM). The data are coded with the results of single factor test, the impacts of microwave power,
extraction time and liquid-solid ratio on extraction rate of total flavonoids from humulus and interaction among them were
studied by RSM. The results showed that the optimal microwave-assisted extraction conditions of total flavonoids from
humulus are 422.810W of microwave power, 25.890 min of extraction time and 20.820 ∶1 of liquid-solid ratio. In this
case, the extraction rate of total flavonoids from humulus reaches 1.83%.
Key words: humulus; total flavonoids; response surface methodology (RSM); microwave-assisted extraction
葎草[Humulus scandens（Lour.）Merr.]为桑科葎
草属草本植物[1]。野生于田间路边，又名乌爪龙、拉
拉藤 、过肤龙等，广泛分布于我国大部分地区[2]。药
理研究证明，其具有抗茵、抗炎、止泻抑菌、降压、镇
痛等作用[3]。已报道的从葎草全草中分离出的主成
分为黄酮类化合物[4]。但是，葎草黄酮的提取鲜有报
道，并且提取得率差别很大，因此本研究期望通过
响应曲面法的优化，在获得较高的提取得率同时，
也测定出葎草中黄酮的含量。
微波辅助提取技术是利用微波场的生物效应、
热效应及“扰动”效应来加速物质的扩散溶解，有效
地提高化合物提取的得率与含量。微波辅助提取技
术用于黄酮类化合物的提取时具有选择性高、提取
时间短、溶剂用量少、后处理方便耗能低、对环境安
全无害等优点[5]。试验以黄酮的提取得率为指标，对
微波功率、提取时间和液料比的单一和交互作用等
进行研究，应用响应面法对微波提取葎草黄酮的条
件进行优化，以期得到微波辅助提取的最佳工艺参
数，为葎草黄酮的提取及应用提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
葎草：11月中旬采自安徽亳州，自然晾干；芦
丁标准品（中国药品生物制品检定所）；无水乙醇、
NaNO2、Al（NO3）3、NaOH均为分析纯。
1.2 仪器与设备
WFZ-UV2000紫外可见分光光度计，（尤尼柯
仪器有限公司）；XH-MC-1 微波催化合成萃取仪
（北京祥鹄高科技发展有限公司）；sartorius BS210S
电子天平（北京塞多利斯天平有限公司）；多功能粉
碎机（广东佛山市方胜电器有限公司）；高速冷冻离
心机（H2050R-1长沙湘仪离心机仪器有限公司）；
微量移液枪（德国 Eppendorf公司）。
1.3 方 法
1.3.1 制备提取液 葎草 60℃恒温烘干，粉碎，过
20目筛，准确称取块状碎片 1.0 g，加入 60%乙醇，
微波辅助提取，提取液经抽滤、离心后于 50 mL容
量瓶中以 60%乙醇定容，摇匀待用。
1.3.2 芦丁标准曲线制作 准确称取 0.010 0 g芦
收稿日期：2010-04-28
基金项目：上海海洋大学骆肇荛大学生科技创新基金（G-710
1-00-000737）
作者简介：董江涛（1983－），男，安徽宣城市人，硕士研究生，主
要从事天然产物研究与开发。
湖南农业科学 2010，（13）：110~113，114 Hunan Agricultural Sciences
DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2010.13.004
表 1 单因素试验考察因素及水平
因 素
1
2
3
4
5
功率（W）
360
380
400
420
440
时间（min）
10
15
20
25
30
液料比（mL/g）
10
15
20
25
30
乙醇浓度（%）
40
50
60
70
80
水平
水平
表 2 响应面法分析因素及水平
-1
0
1
因 素
X1微波功率（W）
400
420
440
X2提取时间（min）
20
25
30
X3液料比（mL/g）
15
20
25
丁标准品以 60%的乙醇溶解后，定容到 50 mL容量
瓶中得到 0.200 mg/mL的芦丁标准液。分别准确量
取 0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0 mL此标准液于
8个 25 mL容量瓶中，依次分别加入 1.0 mL 5％的
NaNO2溶液，摇匀后静置 6 min；1.0mL 10％的 Al
（NO3）3 溶液，摇匀后静置 6 min；10.0 mL 4％的
NaOH溶液，用 60%的乙醇稀释到刻度，静置 15
min。在 510 nm处测定吸光度（A），以浓度（mg/mL）
为横坐标，A为纵坐标作标准曲线[10]。
1.3.3 总黄酮含量测定与计算 黄酮含量测定采
用硝酸铝络合分光光度法，其原理是黄酮类化合物
经亚硝酸钠还原后，与硝酸铝络合生成稳定的红橙
色化合物，此化合物在 510 nm处有最大吸收，然后
以芦丁作标准，通过测定吸光度计算含量。
准确移取 1.0 mL 的样品液于 50 mL 容量瓶
中，其余操作同 1.3. 2标准曲线制作。根据标准曲
线换算，按以下公式计算总黄酮得率。
总黄酮得率（％）=黄酮浓度（mg/mL）×黄酮溶液体积（mL）
样品质量（mg） ×100
1.3.4 单因素试验设计 分别考察了微波功率、液
料比、提取时间、乙醇浓度等 4个因素，在各自 5个
水平上的提取得率，具体参数见表 1。
（1）微波功率对提取得率的影响。在液料比 20∶
1、提取时间 20 min、乙醇浓度 60％的条件下，考察
微波功率对葎草黄酮提取得率的影响。
（2）提取时间对提取得率的影响。在液料比 20∶
1、乙醇浓度 60％、微波功率为 420 W的条件下，考
察提取时间对葎草黄酮提取得率的影响。
（3）液料比对提取得率的影响。在提取时间 20
min、乙醇浓度 60％、微波功率为 420 W条件下，考
察液料比对葎草黄酮提取得率的影响。
（4）乙醇浓度对提取得率的影响。在液料比 20∶
1、提取时间 20 min、微波功率为 420 W条件下，考
察乙醇浓度对葎草黄酮提取得率的影响。
1.3.5 响应曲面设计 应用 Box-Behnken 设计方
案对单因素试验结果做响应曲面研究，建立葎草黄
酮提取得率的二次多项式数学模型。三个自变量微
波功率、提取时间和液料比分别以 X1、X2和 X3代
表，以＋1、0、－1分别代表各自的不同水平，每个变
量按方程 xi＝ Xi－X0△X 进行编码。其中，xi为自变量的
编码值，Xi为自变量的真实值，X0为试验中心点处
自变量的真实值，ΔX为自变量的变化步长。试验模
型可用二次多项式表达为：
Y＝A0＋
3
i ＝ 1
ΣAiXi＋
3
i ＝ 1
ΣAiiXi2＋
2
i ＝ 1
Σ
3
j＝i＋1
ΣAijXiXj
Y为葎草黄酮提取得率的响应值，Ai、Aii、Aij为
模型的相关系数，Xi、Xj（i≠j）为自变量编码值，响应
面法设计的编码因素及水平见表 2。
2 结果与分析
2.1 标准曲线
从图 1中可以看出，芦丁标准曲线回归方程
为：A=9.412 2 C－0.005 4（R2=0.999 7），其中 C为
黄酮浓度（mg/mL），A为吸光度，线性关系良好。
2.2 单因素试验结果
2.2.1 微波功率对提取得率的影响 由图 2中可
知：在较低的微波功率条件下，黄酮的提取率随微
波功率的增强而显著增加，但微波功率达到 420 W
后，黄酮提取率会降低，是因为过高的微波功率下
温度升高明显，使得蛋白质变性，阻碍了黄酮的溶
出。此外乙醇会沸腾，沸腾的乙醇蒸汽冷凝回流的
时间过程间接地缩小了液料比，使得乙醇与葎草没
有充分接触，黄酮没能完全溶出。
2.2.2 提取时间对提取得率的影响 在 10～25 min
的时间内，随着提取时间的延长，总黄酮的得率不
断升高，浸提时间在 25 min时，黄酮提取得率达到
0.6
0.4
0.2
0
吸
光
值
（
A）
0 0.02 0.04 0.06
芦丁标准品浓度（mg/mL）
图 1 芦丁标准曲线图
1.85
1.80
1.75
1.70
1.65
1.60
1.55
1.50
黄
酮
提
取
得
率
（
%）
360 380 400 420 440
功率（W）
图 2 微波功率对提取
得率的影响
◆
◆
◆
◆
◆
◆
◆
◆
◆
◆
◆
◆
◆
第 13期 董江涛等：响应曲面法优化微波辅助提取葎草总黄酮的工艺研究 111
表 4 回归方程系数及显著性检查
方差来源
回归模型
X1-微波功率
X2-提取时间
X3-液料比
X1X2
X1X3
X2X3
X12
X22
X32
残差
失拟项
纯误差
总误差
自由度
9
1
1
1
1
1
1
1
1
1
7
3
4
16
平方和
0.296 6
0.037 1
0.012 7
0.014 9
0.008 6
0.017 6
0.004 4
0.127 9
0.025 6
0.030 2
0.010 5
0.004 6
0.005 9
0.307 1
均方和
0.033 0
0.037 1
0.012 7
0.014 9
0.008 6
0.017 6
0.004 4
0.127 9
0.025 6
0.030 2
0.010 5
0.010 5
0.010 5
-
F
21.938 4
24.668 8
8.452 8
9.920 3
5.752 6
11.740 0
2.935 0
85.153 9
17.061 7
20.089 4
-
1.039 8
-
-
p
0.000 3
0.001 6
0.022 7
0.016 2
0.047 6
0.011 0
0.130 4
< 0.000 1
0.004 4
0.002 9
-
0.465 5
-
-
注：调整系数 R2=0.9217。
表 3 响应曲面试验结果
试验号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
X1
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
X2
-1
-1
1
1
0
0
0
0
-1
1
-1
1
0
0
0
0
0
X3
0
0
0
0
-1
-1
1
1
-1
-1
1
1
0
0
0
0
0
实际黄酮得率（%）
1.39
1.66
1.57
1.66
1.42
1.64
1.62
1.58
1.54
1.68
1.71
1.72
1.78
1.78
1.84
1.87
1.84
预测黄酮得率（%）
1.42
1.64
1.59
1.63
1.39
1.65
1.6
1.61
1.54
1.69
1.70
1.71
1.83
1.83
1.83
1.83
1.83
◆
◆
◆
◆
◆
1.85
1.80
1.75
1.70
1.65
黄
酮
提
取
得
率
（
%）
40 50 60 70 80
乙醇浓度（%）
图 5 乙醇浓度对黄酮提取得率的影响
最大值，25 min后开始下降。原因是浸提起始时，葎
草与溶剂接触充分，黄酮能够充分溶解，但随着时
间的延长，微波会促进黄酮的氧化，因此，葎草黄酮
较佳的提取时间为 25 min。
2.2.3 液料比对提取得率的影响 从图 4可以看
出，当液料比从 10∶1扩大至 20∶1时，总黄酮的得率
增加趋势非常明显，在 20∶1时达到最大值，之后开
始减小，这是由于液料比扩大可以增加物料与溶剂
的接触面积，使得黄酮类物质更充分的溶解出来，
过多的溶液会吸收微波从而降低了微波对黄酮溶
解的促进作用。另外液料比过大也会溶解出过多的
杂质，不仅耗损了大量的试剂，也给后来的纯化工
作带来困难，所以确定最佳液料比为 20∶1。
2.2.4 乙醇浓度对提取得率的影响 由图 5可知
随着乙醇浓度的升高，总黄酮得率随着升高，当乙
醇浓度达到 60%时，总黄酮得率达到最大值。随着
浓度进一步提高，总黄酮含量逐渐降低。是因为乙
醇浓度过高时，一些亲脂性强的成分等溶出增多，
并与总黄酮竞争地与乙醇-水分子结合，干扰黄酮
的溶出。
2.3 响应曲面优化试验
2.3.1 模型建立及显著性检验 响应面设计中，以
微波功率、提取时间和液料比为参数，葎草黄酮的
提取得率为响应值，进行了 3因素 3水平响应面分
析试验。试验结果见表 3。
由表 3可知，试验值与预测值很接近，模型适
应性高。利用 Design Expert 7.0.0软件对数据进行
二次多元回归拟合，得到葎草黄酮提取得率（Y）对
编码自变量：微波功率（X1）、提取时间（X2）和液料
比（X3）之间的二次多项回归方程：
Y =1.82 +0.068 X1 +0.040 X2 +0.043 X3 －0.046
X1X2－0.066 X1X3－0.033 X2X3－0.17 X12－0.078 X22－
0.085 X32。
从表 4黄酮得率回归模型方差分析（ANOVA）
可以看出：F 回=21.9＞F0.01（9.4）=14.8，p=0.000 3，表明
模型极其显著。黄酮得率 F 失拟=1.04＜F0.05（9.3）=8.81，
失拟项 p=0.47＞0.05，表明失拟不显著。模型一次项
微波功率（X1）（p=0.001 6）、提取时间（X2）（p=0.027
7）、液料比（X3）（p=0.016 2）显著；二次项均显著；交
1.9
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4
1.3
1.2
黄
酮
提
取
得
率
（
%）
10 15 20 25 30
时间（min）
图 3 提取时间对黄酮
提取得率的影响
◆
◆
◆
◆
◆
1.85
1.80
1.75
1.70
1.65
1.60
黄
酮
提
取
得
率
（
%）
10 15 20 25 30
液料比（mL/g）
图 4 液料比对黄酮
提取得率的影响
◆
◆
◆
◆
◆
第 13期湖南农业科学112
图 7 微波功率、液料比的等高线和响应曲面图
C：液
料
比
黄
酮
提
取
得
率 1.8401.725
1.610
1.495
1.380
1.000
0.
5 0
-0
.5
-1
.0 -1.0
0.50-0.5
1.0
A：微
波
功
率
1.61
1.68
1.53
1.46 1.76 1.68
1.68
1.0
0.5
0
-0.5
-1.0
C：
液
料
比
-1.0 -0.5 0 0.5 1.0
A：微波功率
黄酮提取得率
图 8 提取时间、液料比的等高线和响应曲面图
黄酮提取得率
1.69
1.78
1.73
1.64
1.59
1.0
0.5
0
-0.5
-1.0
C：
液
料
比
-1.0 -0.5 0 0.5 1.0
B：提取时间
C：液
料
比
黄
酮
提
取
得
率
1.840
1.765
1.690
1.615
1.540
1.000
0.
5 0
-0
.5
-1
.0
-1.0
0.50-0.5
1.0
B：提
取
时
间
互项 X1X2（p=0.047 6）、X1X3（p=0.011 0）；X2X3（p=
0.130 4）不显著。
Design Expert 软件中 Box-Behnken 法计算葎
草黄酮得率回归模型的调整确定系数（AdjR-
squared）RAdj2=0.9217，即该模型能解释 92.17%响
应值的变化，说明该模型拟合程度良好，试验误差
小，说明响应曲面法优化葎草总黄酮的提取条件是
可行的。
2.3.2 响应曲面分析 利用 Design Expert 7.0.0软
件对表 2中的数据进行二次多元回归拟合，所得到
的二次回归方程的等高线及其响应面见图 6～8。根
据二次模型所得到的等高线及响应曲面的形状可
以评价试验因素之间的交互作用强度，以及确定各
因素的最佳水平范围。
由图 6可知：当液料比为 20∶1，提取时间不变的
条件下，微波功率在 400W～420W范围内增大时，葎
草黄酮提取得率急剧增加，并在 420 W附近达到极
大值而后缓慢降低，与单因素试验结果吻合。
由图 7可知：提取时间不变的条件下，固定微
波功率，曲线呈现陡峭增加后平滑递减的规律，说
明液料比在较低的水平下对葎草黄酮提取得率影
响大于较高水平下的影响。
由图 8可知：微波功率固定的条件下，液料比
不变的情况下，葎草黄酮提取得率受提取时间的影
响显著，表现为先升高后降低的较陡曲线。
等高线的形状可反映出因素间交互作用的强
弱，椭圆形表示交互作用显著，而圆形则相反。响应
曲面坡度的陡峭程度表现响应值对因素变化的敏
感性。图 6、图 7可以看出等高线呈椭圆，说明提取
时间和微波功率、微波功率和液料比之间交互影响
显著，响应面陡峭说明提取得率对提取时间、微波
功率和液料比的变化敏感[6-9]。
对回归方程求导，并令其等于零，可以得到曲
面的最大点，即 3个主要因素的最佳水平值，转换
后得到提取的最佳条件为：微波功率 422.81 W、提
取时间 25.89 min、液料比 20.82∶1，此时葎草总黄酮
的得率达 1.83%。
2.4 模型验证
对试验进行验证，选择的条件为微波功率 420
W.、提取时间为 26 min、液料比 21∶1，黄酮的得率分
别为 1.68%、1.74%、1.72%、1.69%、1.75%，平均为
1.73%，数据重现性良好，偏差不大，吸光度测量值
稳定说明每次测定的黄酮含量稳定，证明该结果是
合理可靠的。
3 结 论
试验通过响应曲面法的优化，得到了影响微波
辅助提取葎草黄酮的各因素的显著性，以及因素之
间相互作用的关联程度，并且得到了提取的最佳作
用条件：微波功率 422.81 W、提取时间 25.89 min、
液料比 20.82∶1，此时葎草总黄酮的得率达 1.83%，
模型经验证后结果稳定偏差不大，说明响应曲面法
优化提取葎草黄酮是可行的。
参考文献：
[1] 侯宽昭. 中国种子植物科属词典[M]. 北京：科学出版社,1984：
238.
[2] 龚丽霞，丁卓平. 葎草及黄酮类化合物的研究进展[J]. 安徽农业
科学，2009.37（4）：1618-1620.
[3] 倪士峰，则 惠，魏 博，等 . 葎草药学研究 [J]. 吉林中医药
2009，29（2）：162-163.
[4] 李俊婕，王晓静，付义成. 葎草化学成分的研究食品与药品
2008，l0（05）：5-7.
[5] 唐浩国. 黄酮类化合物研究[M]. 北京：科学出版社，2009. 42.
[6] 吴华勇，黄赣辉，顾振宇，等. 响应曲面法优化竹叶总黄酮的提
取工艺研究[J]. 食品科学，2008，29（11）：196-200.
图 6 提取时间、微波功率的等高线和响应曲面图
B：提
取
时
间
黄
酮
提
取
得
率 1.841.73
1.63
1.52
1.41
1.00
0.
5 0
-0
.5
-1
.0
-1.0
0.50-0.5
1.0
A：微
波
功
率
1.0
0.5
0
-0.5
-1.0
1.62 1.69
1.55
1.48
1.76 1.69
1.69
-1.0 -0.5 0 0.5 1.0
A：微波功率
黄酮提取得率
B：
提
取
时
间
第 13期 董江涛等：响应曲面法优化微波辅助提取葎草总黄酮的工艺研究 113
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
[7] 宋江峰，李大婧，刘春泉. 响应曲面法优选人工蛹虫草多糖微
波提取工艺[J]. 江苏农业学报，2009，25（5）：1143－1150.
[8] Liu J C, Shu M, Wen X C, et al. Optimization of polysaccharides
（ABP）extraction from the fruiting bodies of Agaricusblazei Murill
using response surface methodology [J]. Carbohydrate Polymers，
2009，78（5）：704-709.
[9] Wang S J, Chen F, Wu J H, et al.Optimization of pectin extrac－
tion assisted by microwave from apple pomace using response
surface methodology [J]. Journal of Food Engineering, 2007, 78
（2）：693-700.
[10] 李尼曼，钟晓红，李丽娜，袁智俊. 金樱子黄酮类化合物提取工
艺研究[J]. 湖南农业科学，2009,（3）：79-82.
（责任编辑：高国赋）
湘西椪柑加工制汁适应性研究
成 娟，王仁才，王 恋
（湖南农业大学园艺园林学院，湖南 长沙 410128）
摘 要：对湘西椪柑加工制汁适应性进行了初步研究，结果表明，相对于贮藏前的湘西椪柑而言，贮藏后的更适于加工制汁；椪
柑不同部位的苦味物质含量不同，依次为种子>果皮>囊瓣>果汁；在加热时间为 20 min的条件下，加热温度为 60℃时，手榨果汁
中苦味物质含量达到最大值；手榨果汁在加热温度为 60℃的条件下，加热时间为 15 min时柠檬苦素含量最高，时间为 20 min时
诺米林含量最高。
关键词：湘西椪柑；制汁；苦味物质；柠檬苦素；诺米林
中图分类号：TS275.4 文献标识码：A 文章编号：1006－060X（2010）13－0114－03
The Adjustability of Juice-processing of Xiangxi Ponkan
CHENG Juan, WANG Ren-cai, WANG Lian
(College of Horticulture and Landscape, HNAU, Changsha 410128, PRC)
Abstract: The adjustability of juice processing of Xiangxi Ponkan was studied preliminarily. The results showed that in
comparison of fresh Xiangxi Ponkan, the stored Xiangxi Ponkan is more suitable for juice processing; the contents of
bitter substance in different parts of Ponkan were different, which in order of seeds >peel >capsule flap >juice; when
heating juice at 60℃ for 20 min, the contents of bitter substance and nomilin were the maximum; when heating juice at
60℃ for 15 min, the content of limonin was the maximum.
Key words: Xiangxi Ponkan; juice processing; bitter substance; limonin; nomilin.
近年来，全省柑橘产量迅速增加，而柑橘加工
业严重滞后，造成大量鲜果滞销，严重制约了柑橘
产业的发展。目前柑橘科研主要集中在鲜食品种的
选育及其产业化生产上，而对其加工制汁适应性评
价较少。笔者对湘西椪柑加工制汁适应性进行了初
步研究，对引起果汁后苦的 2种主要物质（柠檬苦
素和诺米林）进行了测定，分析了椪柑果实各部位
柠檬苦素、诺米林的含量和不同处理方式对果汁中
柠檬苦素、诺米林含量的影响，以期为湖南柑橘加
工制汁产业的发展提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
吉首椪柑、泸溪椪柑，分别购于湖南省湘西自
治州的吉首市和泸溪县
1.2 试验仪器与试剂
试验仪器主要有：日本岛津高效液相色谱仪
（LC-10ATVP）、旋转蒸发仪、电热恒温鼓风干燥箱
（DHG-9146A 型）、色谱柱（150×4.6 mm，Lichro－
spher5-C18）、超纯水仪、针头式微孔过滤器（规格：
有机系；孔径：0.45 μm）、回流提取装置、手持折光
测糖仪。
试验试剂主要有：柠檬苦素和诺米林标准品、
色谱纯乙腈、色谱纯甲醇、分析纯二氯甲烷、分析纯
硫酸铜、无水葡萄糖、氢氧化钠、盐酸、草酸、碘化
钾、纯碘、邻苯二甲酸氢钾、抗坏血酸、菲林试剂、酚
酞、次甲基蓝等。
1.3 测定项目与方法
各椪柑分别于正常成熟期采收，采后一部分立
收稿日期：2010-05-25
作者简介：成 娟（1982-），女，湖南湘潭市人，硕士研究生，
研究方向为果品采后生理及其综合利用。
通讯作者：王仁才
湖南农业科学 2010，（13）：114~116 Hunan Agricultural Sciences