全 文 ：FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY
食 品 科 技
2009年 第 34卷 第 11期
青海蚕豆(Vicia faba Linn)是具有地方特色的优
势作物，以其粒大饱满、质优色佳、无病斑和虫
蛀等优势享誉国内外市场。青海蚕豆年出口量达
到 3万 t，其副产品——蚕豆壳按加工总量的 15%
计，约为 4500 t，目前蚕豆壳只作为饲料加工原
料，用途单一、附加值低、造成资源的浪费。据
文献报道 [1]，蚕豆壳中含有原花青素，原花青素
(procyanidine，PC)是植物中广泛存在的一大类多酚
化合物的总称，属于缩合鞣质或黄烷醇类，具有
较强的抗氧化、抗突变、抗癌细胞[2- 5]等多种药理
响应曲面法优化蚕豆壳中
原花青素的微波提取工艺
Optimization of microwave extraction for procyanidine from broad
bean shell by response surface method
YAN E1,2, LIU Ying-kun1, LIU Jian-li1, ZHANG Zhi-qi1
(1.School of Chemistry and Material Science, Shaanxi Normal University, Xian 710062;
2.Department of Chemistry, Qinghai Normal University, Xining 810008)
Abstract: Response Surface Method(RSM)was applied to optimize the extraction condition of procyanidine
from broad bean shell. The influence factors of microwave power, microwave radiation time and extraction
solvent concentration were investigated at a three-variable, three-level experiment Box-Behnken design(BBD).
The best possible combination of extraction parameters obtained is as follows: microwave power 387.5 W,
microwave radiation time 8.3 min and extraction solvent concentration 48.4% . The content of procyanidine in
broad bean shell is 9.15% calculated from the extraction rate under the optimum extraction condition.
Key words: broad bean shell; procyanidine; microwave extraction; response surface method
阎 娥 1,2， 刘颖坤 1， 刘建利 1， 张志琪 1
(1.陕西师范大学化学与材料科学学院，西安 710062；
2.青海师范大学化学系，西宁 810008)
摘要： 通过响应面分析法对蚕豆壳中原花青素的微波提取工艺进行优化。在单因素法对提取影
响因素进行初步考察后，以 BBD(Box-Behnken design)法设计考察微波提取功率、提取时间、溶
剂浓度 3因素对原花青素提取率的交互影响，用 Design-Expert7.1.3软件对 BBD实验数据进行分
析处理。蚕豆壳中原花青素最佳提取条件为：微波功率 387.5 W，提取时间 8.3 min和提取剂浓
度 48.4%。根据提取率计算，蚕豆壳中原花青素含量为 9.15%。
关键词： 蚕豆壳；原花青素；微波提取；响应曲面法
中图分类号： TQ 914.1 文献标志码： A 文章编号： 1005-9989(2009)11-0163-05
收稿日期： 2009-02-02
基金项目： 国家自然科学基金项目(20575039)；高等学校博士学科点专项科研基金项目(20050718011)。
作者简介： 阎娥(1963—)，女，山西绛县人，教授，主要从事天然产物的研究与功能评价的工作。
提取物与应用
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DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2009.11.009
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活性，还具有扩张血管和保持血管弹性、提高毛
细管的抗力 [6- 7]，还能增加肝供血、提高肾排泄
能力、减少骨质疏松症、抗疲劳、抗过敏、改善
视觉和保护皮肤等[8- 10]。
微波法是一种不同于传统提取天然产物有效
成分的新方法，具有提取效率高、节省时间、溶
剂和能源等优点。它有助于提高生产效率、降低
工厂能耗，符合现代人的绿色环保意识，非常适
合于工业化生产。响应曲面方法由 Box等人于 20
世纪 50年代提出，其以回归模型作为函数估算的
工具，在多因子试验中，将因子与试验结果的
相互关系用多项式拟合，并把二者的关系函数
化。通过对响应曲面进行分析，研究因子与相应
值之间、因子与因子之间的相互关系来进行优
化，是一种优化反应条件和加工工艺参数的有效
方法 [11]。本文采用 BBD(Box- Behnken design)法进
行实验设计，将响应曲面法用于微波提取蚕豆壳
中原花青素的优化工艺中，以期获得最佳的工艺
参数，为更广阔的开发利用蚕豆壳资源提供最佳
的技术条件。
1 仪器与试剂
1.1 仪器
美的微波炉：美的有限公司；FZ 102 微型植
物粉碎机：天津市泰斯特仪器有限公司；MILLI-
PORE纯水机：美国；724S型分光光度计：上海光
学仪器厂制造；SHZ- D循环水式真空泵：巩义市
英峪予华仪器厂；RE- 52A旋转蒸发器：上海亚荣
生化仪器厂；HR- 120精密电子天平：日本；De-
sign- Expert7.1.3数据处理软件。
1.2 试剂
甲醇、乙醇、盐酸、香草醛：分析纯，西安
化学试剂厂；蚕豆壳：青海源兴工贸公司，粉碎
颗粒大小至 40目，备用；表儿茶素对照品(中国药
品生物制品检定所，批号 110878- 200102)。
2 试验部分
2.1 原花青素含量的测定方法
取提取液 1 mL，用 50%甲醇定容至 25 mL作
为待测样品；取待测样品 0.5 mL，依次加入 4%香
草醛甲醇溶液 3.0 mL，浓盐酸 1.5 mL，混合均匀
后在室温下避光显色 15 min。以试剂溶液(香草醛
甲醇溶液∶浓盐酸∶50%甲醇 =3.0∶1.5∶0.5)作为空白对
照，在 500 nm波长处测吸光度。
2.2 标准曲线的制备
采用香草醛盐酸法[12]，精密称量表儿茶素对照
品 5.3 mg，用 50%甲醇溶解并定容至 25.0 mL；准
确移取表儿茶素对照品溶液 0.20、0.25、0.30、
0.35、0.40、0.45、0.50 mL，分别用 50%甲醇溶液
定容至 0.5 mL，依次加入 4%香草醛甲醇溶液 3.0
mL，浓盐酸 1.5 mL，混合均匀后在室温下避光显
色 15 min。以试剂溶液作为空白对照，在 500 nm
处测吸光度。以吸光度对质量浓度进行线性回归，
标准曲线的回归方程为：
A=14.151C- 0.0211， r=0.9996，线性范围为
8.5～21.2μg/mL。
2.3 微波提取条件的优化
2.3.1 单因素法初步优化 乙醇浓度对原花青素提
取率的影响：精密称取 6份 2.0000 g的蚕豆壳，分
别置于 150 mL圆底烧瓶中，各加入 30%、40%、
50%、60%、70%、80%的乙醇溶液 20 mL，浸泡 1
h后放入微波炉中于 400 W提取 10 min，抽滤，滤
液旋转减压蒸发浓缩，提取物用 50%甲醇定容于
10 mL容量瓶中。按 2.1方法测定。
料液比对原花青素提取率的影响：精密称取
5份 2.0000 g的蚕豆壳，分别置于 150 mL圆底烧
瓶中，各加入 50%的乙醇溶液 10、20、30、40、
50 mL，浸泡 1 h 后放入微波炉中于 400 W提取
10 min，抽滤，滤液旋转减压蒸发浓缩，提取物
用 50%甲醇定容于 10 mL容量瓶中。按 2.1 方法
测定。
浸泡时间对原花青素提取率的影响：精密称
取 5份 2.0000 g的蚕豆壳，分别置于 150 mL圆底
烧瓶中，各加入 50%的乙醇溶液 20 mL，分别浸
泡 1、2、3、4、5 h 后放入微波炉中于 400 W提
取 10 min，抽滤，滤液旋转减压蒸发浓缩，提取
物用 50%甲醇定容于 10 mL容量瓶中。按 2.1 方
法测定。
微波功率对原花青素提取率的影响：精密称
取 5份 2.0000 g的蚕豆壳，分别置于 150 mL圆底
烧瓶中，各加入 50%的乙醇溶液 20 mL，浸泡 2 h
后放入微波炉中于 80、240、400、640、800 W提
取 10 min，抽滤，滤液旋转减压蒸发浓缩，提取
物用 50%甲醇定容于 10 mL容量瓶中。按 2.1 方
法测定。
提取时间对原花青素提取率的影响：精密称
取 7份 2.0000 g的蚕豆壳，分别置于 150 mL圆底
烧瓶中，各加入 50%的乙醇溶液 20 mL，浸泡 2 h
提取物与应用
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后放入微波炉中于 400 W提取 1、3、5、7、9、
12、15 min，抽滤，滤液旋转减压蒸发浓缩，提取
物用 50%甲醇定容于 10 mL容量瓶中。按 2.1方法
测定。
2.3.2 BBD试验方案设计 根据响应曲面法设计原
理，在单因素试验的基础上，选取微波功率(W)、
微波时间(t)、提取溶剂浓度 3个因素各 3个水平进
行试验设计，以获得最佳的提取条件，试验因素
水平见表 1，实验方案设计见表 2。
2.4 蚕豆壳中原花青素(PC)的提取
精密称取蚕豆壳 2.0000 g于 150 mL圆底烧瓶
中，加入 48.4%的乙醇溶液 20 mL，浸泡 2 h后放入
微波炉中于 387 W提取 8.3 min，抽滤(提取 3次)，
滤液旋转减压蒸发浓缩，制得原花青素粗提物。
3 结果与分析
3.1 浸泡时间对原花青素提取率的影响
实验结果表明，浸泡时间少于 2 h，原花青素
提取率随着浸泡时间的增长而增大，2 h后随时间
的增长提取率反而略有减少。由于原花青素单元
中含有多个羟基，在长时间浸泡过程中可能会引
起其结构的变化，如氧化等。所以考虑到实验结
果和实际成本，本文选择浸泡时间 2 h。
3.2 料液比对原花青素提取率的影响
溶剂用量的多少直接影响微波提取时的平衡
浓度的大小，从而进一步影响到提取速率和提取
量，因此料液比也是影响提取原花青素的一个重
要因素。一般来说，溶剂用量越大，提取量越大。
但是过大的料液比会造成溶剂和能源的浪费，并
给后面的浓缩带来困难。根据实验结果，当料液
比达到 1∶10后，再增大料液比，提取率趋于稳定，
即一定比例的溶剂已将有效成份基本溶出完全，
所以最佳料液比选择为 1∶10。
3.3 响应曲面法优化微波提取工艺条件
3.3.1 BBD试验结果 按照 BBD实验方案进行试
验，其实验结果亦列于表 2。
3.3.2 回归方程及响应曲面分析 利用 Design Ex-
pert 7.1.3软件对表 2所得试验数据进行多元回归
拟合分析，获得微波提取原花青素的多元二次回
归方程模型为：
Y=- 1.03922+1.92390E- 003×P+0.023260×t+0.
068445×c- 3.10714E- 005×P×t+7.87500E- 006×
P ×c+5.10714E- 004 ×t ×c- 2.63958E- 006 ×P2- 2.
17517E- 003×t2- 7.83958E- 004×c2
为了观察某 2 个因素及其交互作用同时对提
取率的影响，将其他因素条件保持不变，获得某 2
个因素及其交互作用对提取率影响的一组动态响
应曲面图及其等高线图(图 1~图 3)，从而确定因素
的最佳水平范围。
从微波功率和提取时间对原花青素提取率的
响应曲面和等高线(图 1)可以看出，当提取溶剂浓
度处在最佳值时，随着微波功率的增加，提取率
先增大后减小。随着提取时间的延长，提取率先
增大后减小。由图 1可以确定最佳水平范围即微
波功率 350~400 W，提取时间为 8~10 min。
在微波功率和提取溶剂浓度对原花青素提取
表 1 实验因素水平及编码
因素 代号
水平
(-1) (0) (+1)
微波功率/W P 240 440 640
提取时间/min t 1 8 15
提取溶剂浓度/% c 30 50 70
表 2 实验设计与结果
实验号
因素 响应值(A)
P t c 实测值 预测值
1 0 0 0 1.05 1.07
2 -1 -1 0 0.84 0.87
3 0 -1 -1 0.80 0.77
4 0 1 -1 0.61 0.62
5 -1 0 -1 0.78 0.78
6 0 1 1 0.65 0.68
7 -1 0 1 0.63 0.63
8 1 1 0 0.79 0.77
9 0 0 0 1.02 1.07
10 0 -1 1 0.55 0.53
11 1 0 -1 0.61 0.63
12 1 0 1 0.59 0.59
13 1 -1 0 0.83 0.85
14 -1 1 0 0.98 0.96
15 0 0 0 1.15 1.07
1.16
1.06
0.96
0.86
0.76
40.00
540.00
440.00
340.00
240.00 1.00 4.50
8.00 11.50A:P
B:t
A
15.00
提取物与应用
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食 品 科 技
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B:t
640.00
540.00
440.00
340.00
240.00
1.00 4.50 8.00 11.50 15.00
0.976597
A
0.924823 0.873048
1.07504
1.0775
1.028370.924823
3
A:
P
图 1 微波功率和提取时间对花青素提取率的
响应曲面和等高线
率的响应曲面和等高线(图 2)上，当提取时间处在
最佳值时，微波功率达到约 400 W后原花青素提
取率随着微波功率的增大而减小。随着提取时间
的延长，原花青素提取率先增大后减小。由图 2
可以确定最佳水平范围即微波功率 370~410 W，提
取溶剂浓度 47%~50%。
图 3显示了提取溶剂浓度和提取时间对原花
青素提取率的响应曲面和等高线。当微波功率处
在最佳值时，随着提取溶剂浓度的增大，原花青
素提取率先增大后快速减小。随着提取时间的增
加，原花青素提取率先增大后减小。由图 3 可以
确定最佳水平范围即提取溶剂浓度 47%~51%和提
取时间 6~9 min。
等高线的形状反映出交互效应的强弱，椭圆
形表示两因素交互作用显著，而圆形则与之相反。
由图 1~图 3可知，提取时间与提取剂浓度交互作
用显著、微波功率和提取剂浓度交互作用比较显
著、微波功率和提取时间交互作用不显著。
3.3.3 方差分析和回归系数显著性检验 回归模型
的方差分析结果见表 3~表 4。
对多元二次回归方程模型中的三变量求导：
坠
坠P =1.9239E-003-3.1074E-005×t+7.875E-006×
c-5.27916E-006×P=0
坠
坠P =0.2326 -3.10714E -005 ×P +2 =5.10714E -
1.16
1.0125
0.865
0.7175
0.57
70
60 50 40 30 240.00
340.00
440.00
540.00
640.00
C:C
图 2 微波功率和提取溶剂浓度对花青素提取率的
响应曲面和等高线
70.00
60.00
50.00
40.00
30.00
240.00 340.00 440.00 540.00 640.00
A
0.821274
0.873048
1.07504
1.0775
0.821274
0.873048 0.821274
0.924823
0.976597C:
c
A:P
1.0775
1.16
1.0025
0.845
0.6875
0.53
70.00
60.00 50.00 40.00 30.00 1.00
4.50
8.00
11.50
15.00
A
C:c
B:t
70.00
60.00
50.00
40.00
30.00
1.00 4.50 8.00 11.50 15.00
B:t
0.821274
0.873048
0.924823
3
1.07504
1.02837
0.976597
0.924823
0.873048
0.821274
C:
C
图 3 提取溶剂浓度和提取时间对花青素提取率的
响应曲面和等高线
表 3 回归模型的方差分析
方差来源 自由度 平方和 均方和 F P
回归模型 9 0.48 0.053 19.56 0.0022
误差 5 0.014 2.731E-003
总 14 0.49
A:P
提取物与应用
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004×c-4.35024E-003×t=0
坠
坠P =0.68445+7.875E-006×P+5.107E-004×t -
1.567916E-003×c=0
计算得最佳萃取条件为：P=387.5 W；t=8.32
min；c=48.36%
由表 3、表 4 可知，F 值为 19.56，大于在
0.01水平上的临界值，且 P值＜0.05 说明二次回
归模型是显著的；而失拟相的 F值为 0.38即相对
于纯误差不显著，这说明该模型拟合结果比较好。
在该模型各项中，P值＜0.05说明该项对模型的影
响显著，则 P、c、tc、P2、t2、c2的影响是显著的。
3.4 蚕豆壳中原花青素(PC)的提取及含量测定
利用响应曲面法(Design- Expert7.1.3，BBD)对
蚕豆壳中原花青素的微波提取工艺进行优化，在
最佳条件微波功率 387.5 W、提取时间 8.3 min、提
取剂浓度 48.4%时，对 2.0000 g蚕豆壳进行提取，
实验制得粗提物为 0.4497 g，提取率为 22.48%。
测定粗提物中原花青素的含量为 40.69%，蚕豆壳
中原花青素的含量为 9.15%。
4 结论
由单因素试验可知：采用乙醇 - 水为媒介，
微波提取蚕豆壳中的原花青素，初步提取工艺条
件为浸泡时间 2 h、料液比 1 ∶10、提取剂浓度
50%、微波功率 400 W、提取时间 9 min。利用模
型的响应曲面图及其等高线图，得到优化工艺参
数为：微波功率 387.5 W、提取时间 8.3 min、提取
剂浓度 48.4%时提取效果最佳。以提取率计算得蚕
豆壳中原花青素含量为 9.15%。因此，利用响应曲
面法对蚕豆壳中原花青素的微波提取工艺进行优
化，可获得最优的工艺参数，有效地减少工艺操
作的盲目性，从而为进一步的试验研究奠定基础。
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测定[J].食品与发酵工业,2002,28(3):17-19
表 4 回归模型各项的方差分析
方差
来源 自由度 平方和 均方和 F P
A-P 1 0.021 0.021 7.55 0.0405
B-t 1 4.050E-005 4.050E-005 0.015 0.9078
C-c 1 0.018 0.018 6.75 0.0484
AB 1 7.569E-003 7.569E-003 2.77 0.1568
AC 1 3.969E-003 3.969E-003 1.45 0.2819
BC 1 0.02 0.02 7.49 0.0410
A2 1 0.041 0.041 15.07 0.0116
B2 1 0.042 0.042 15.36 0.0112
C2 1 0.36 0.36 132.96 < 0.0001
失拟项 3 4.945E-003 4.945E-003 0.38 0.7820
纯误差 2 8.709E-003 8.709E-003
总误差 5 0.014 0.014
《食品科技》 2010年每册25元，全年300元
订阅热线：010-67913893
提取物与应用
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