全 文 ：２０１５年１２月 甘　肃　农　业　大　学　学　报 第５　０卷
第６期１４８～１５５ ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＧＡＮＳＵ　ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ 双 月 刊
响应面法优化微波辅助提取苹果皮中总黄酮
的工艺研究
张晓静１，龚婷２，扶庆权３，潘春梅１
（１．河南牧业经济学院生物工程系，河南 郑州　４５００４６；２．河南牧业经济学院学生处，河南 郑州　４５００４６；
３．南京晓庄学院生物化工与环境工程学院，江苏 南京　２１１１７１）
摘要：以果汁厂副产物苹果皮为原料，考察乙醇体积分数、微波温度、微波时间和料液比对苹果皮总黄酮得率
的影响，在此单因素试验的基础上，运用Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ试验设计和响应面分析法进行回归分析，优化微波提取总黄
酮的最佳工艺条件．结果表明：乙醇体积分数、微波温度、微波时间与总黄酮得率存在显著的相关性，回归模型拟合
显著，可对苹果皮总黄酮得率进行预测和分析；微波辅助提取苹果皮中总黄酮的最佳工艺条件是：微波温度５０℃，
乙醇体积分数７０％，微波时间３ｍｉｎ，料液比１∶５０（ｇ∶ｍＬ）．在此试验条件下，苹果皮中总黄酮得率为３．３７％，与优
化前相比总黄酮得率提高了７％．
关键词：苹果皮；黄酮；微波辅助；响应面法
中图分类号：ＴＳ　２５５．１　　　　文献标志码：Ａ　　　　　文章编号：１００３－４３１５（２０１５）０６－０１４８－０８
第一作者：张晓静（１９７６－），女，硕士，讲师，研究方向为活性物质提取及食品添加剂应用．Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｘｊ２２８＠１６３．ｃｏｍ
通信作者：潘春梅，女，博士，教授，主要从事发酵工程的研究与教学工作．Ｅ－ｍａｉｌ：ｐａｎｃｍ７５７０＠１６３．ｃｏｍ
基金项目：河南省科技发展计划项目（１２２１０２１１０１３０）；河南牧业经济学院科技创新团队项目．
收稿日期：２０１４－１２－１５；修回日期：２０１５－０４－１５
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｆｌａｖｏｎｅ　ｆｒｏｍ　ａｐｐｌｅ　ｐｅｒｉｃａｒｐ　ｗｉｔｈ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ－
ａｓｓｉｓｔｅｄ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｂｙ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｅｔｈｏｄ
ＺＨＡＮＧ　Ｘｉａｏ－ｊｉｎｇ１，ＧＯＮＧ　Ｔｉｎｇ２，ＦＵ　Ｑｉｎｇ－ｑｕａｎ３，ＰＡＮ　Ｃｈｕｎ－ｍｅｉ　１
（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｎｉｍａｌ　Ｈｕｓｂａｎｄｒｙ　ａｎｄ　Ｅｃｏｎｏｍｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５００４６，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｓｔｕｄｅｎｔｓ　Ａｆｆａｉｒｓ，Ｈｅｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｎｉｍａｌ　Ｈｕｓｂａｎｄｒｙ　ａｎｄ　Ｅｃｏｎｏｍｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５００４６，Ｃｈｉｎａ；
３．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ
Ｘｉａｏｚｈｕａｎｇ　Ｃｏｌｅｇｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１１１７１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｐｐｌｅ　ｐｅｒｉｃａｒｐ　ｆｒｏｍ　ｊｕｉｃｉｎｇ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｖｏｌｕｍｅ　ｆｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ
ｅｔｈａｎｏｌ，ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｓｏｌｖｅｎｔ／ｍａｔｅｒｉａｌ　ｒａｔｉｏ　ｏｎ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｏｔａｌ　ｆｌａｖｏｎｅ．
Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａｂｏｖｅ　ｓｉｎｇｌｅ－ｆａｃｔｏｒ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｎｄ　ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｐ－
ｐｌｙｉｎｇ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｏｐｔｉｍｉｚｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｂｙ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ－ａｓｓｉｓｔｅｄ　ｅｔｈａｎｏｌ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ
ｆｌａｖｏｎｅｓ　ｆｒｏｍ　ａｐｐｌｅ　ｐｅｒｉｃａｒｐ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｔｈａｎｏｌ，ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ａｎｄ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｔｉｍｅ　ａｌ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｆｌａｖｏｎｅｓ，ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｆｉｔｔｉｎｇ
ｗａｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ，ｗｈｉｃｈ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｐｒｅｄｉｃｔ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｔｏｔａｌ　ｆｌａｖｏｎｏｉｄ．Ｔｈｅ　ｏｐｔｉ－
ｍｕｍ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　５０℃，ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｔｈａｎｏｌ　７０％，ｍｉｃｒｏｗａｖｅ
ｔｉｍｅ　３ｍｉｎｕｔｅｓ　ａｎｄ　ｓｏｌｖｅｎｔ／ｍａｔｅｒｉａｌ　ｒａｔｉｏ　１∶５０（ｇ∶ｍＬ）．Ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ
ｔｏｔａｌ　ｆｌａｖｏｎｏｉｄ　ｒｅａｃｈｅｓ　３．３７％，ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｂｙ　７％ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｐｒｅｖｉｏｕｓ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｐｐｌｅ　ｐｅｒｉｃａｒｐ；ｆｌａｖｏｎｅ；ｍｉｃｒｏｗａｖｅ－ａｓｓｉｓｔｅｄ；ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｅｔｈｏｄ
DOI:10.13432/j.cnki.jgsau.2015.06.026
第６期 张晓静等：响应面法优化微波辅助提取苹果皮中总黄酮的工艺研究
　　苹果为蔷薇科苹果属多年生落叶乔木，在我国
华北、东北、西北等地广泛栽培，是我国面积最大、产
量最多的水果品种［１－２］．随着我国中西部地区苹果汁
加工业的迅猛发展，每年会产生约１０～１５万吨苹果
皮等副产物［３］．苹果皮中富含黄酮类化合物等多种
生物活性物质，黄酮类化合物具有清除氧自由基、抗
癌抗肿瘤、防治心血管疾病、抗氧化抗衰老、抑菌抗
病毒、调节免疫、增强机体免疫功能、调节内分泌系
统等多种生理功能［４－６］．但是，目前绝大多数的苹果
皮没有得到有效的利用而被废弃，如能将苹果皮中
的黄酮类物质进行高效提取，既能增加苹果产业的
附加值，又能减少资源浪费和环境污染．
迄今为止，有关苹果皮中黄酮类物质提取的研
究少有报道，提取工艺仅局限于有机溶剂提取法和
超声辅助提取法．薛蒙伟等［７］利用有机溶剂回流提
取苹果皮总黄酮，在乙醇体积分数６５％，提取温度
４５℃，料液比１∶４５（ｇ∶ｍＬ）、提取时间２１０ｍｉｎ的条
件下，总黄酮得率达到３．５２％，焦岩等［８］采用超声
波辅助法对苹果皮中的总黄酮进行提取，在乙醇体
积分数５０．３％，液固比２８．９∶１，时间４９．１ｍｉｎ的最
佳条件下，总黄酮得率为１９．３２ｍｇ／ｇ．传统有机溶
剂提取法提取率较高，但提取时间长，超声提取法耗
时较短，但提取收率相对较低，这２种方法都有较大
的局限性．
微波辅助法是提取植物有效成分常用的一种手
段，具有操作简单，节省时间和试剂，加热效率高，穿
透力强，选择性好，提取率高及产物纯度高等诸多优
势［９－１０］．微波辅助提取苹果皮总黄酮尚未见报道，鉴
于此，本研究采用微波辅助法从苹果皮中提取黄酮
类化合物，运用响应面法探讨其提取工艺的最优条
件，开发一种经济可行、提取率高的苹果皮黄酮类化
合物的提取工艺，为苹果价值的全面开发提供科学
的依据．
１　材料与方法
１．１　材料和试剂
苹果皮，由河南灵宝某果汁有限公司提供，将皮
晒干粉碎后备用．
芦丁标准品，中国食品药品检定研究院；亚硝酸
钠、无水乙醇、氢氧化铝，南京化学试剂有限公司，分
析纯；硝酸铝，上海中试化工总公司，分析纯；氢氧化
钠，天津永大化学试剂有限公司，分析纯．
１．２　试验设备
微波快速制样仪（上海新仪微波化学科技有限
公司）；ＡＵＹ１２０型电子天平（日本岛津公司）；
７２３０Ｇ可见分光光度计（上海精密科学有限公司）；
ＧＺＸ－９０７０ＭＢＥ数显鼓风干燥箱（上海博讯实业有
限公司医疗设备厂）；ＳＨＢ－ＩＩＩ循环水式多用真空泵
（郑州长城科工贸有限公司）；ＴＤＬ－４型台式离心机
（上海安亭科学仪器厂）．
１．３　试验方法
１．３．１　 样品液的制备 　 取粉碎的苹果皮粉
１．０００　０ｇ置于微波用三口烧瓶中，按照试验设计的
料液比加入一定体积分数乙醇溶液后，在一定温度
下微波提取一定时间．提取完毕后趁热抽滤，所得滤
液离心，取上清液待测．
１．３．２　样品液中总黄酮含量的测定　量取２ｍＬ
样品液于２５ｍＬ容量瓶中，移取７０％乙醇溶液
１０ｍＬ，先加入５％亚硝酸钠溶液１．００ｍＬ，摇匀，静
置６ｍｉｎ；再加入１０％硝酸铝溶液１．００ｍＬ，摇匀，
静置６ｍｉｎ；最后加入４％ＮａＯＨ溶液５．００ｍＬ，摇
匀后用 ７０％ 乙醇溶液定容至刻度，摇匀，放置
１５ｍｉｎ［１１－１３］．用空白液作参比，此溶液于５１０ｎｍ处
测定吸光度，查芦丁标准曲线计算样品液中总黄酮
含量．
１．３．３　芦丁标准曲线的制作　精密称取于１０５℃
条件下干燥至恒质量的芦丁标准品１００ｍｇ，用７０％
乙醇溶液溶解并定容，配制成０．１ｍｇ／ｍＬ的芦丁标
准液，备用．分别准确吸取０．００、０．５０、１．００、１．５０、
２．００、２．５０ｍＬ的芦丁标准液于２５ｍＬ容量瓶中，
按照１．３．２试验方法测定５１０ｎｍ处的吸光度．根据
所得数据，制作出描述芦丁浓度Ｃ与吸光度Ａ 关系
的标准曲线．其线性回归方程为：Ａ＝７．８７３　７Ｃ＋
０．０００　９，Ｒ２＝０．９９９　２．
１．３．４　总黄酮得率的计算　总黄酮得率按下式
计算：
得率（％）＝ｃ×ｖ×ｎ１　０００×ｍ×１００％
式中：ｃ为样品液中总黄酮质量浓度（ｍｇ／ｍＬ）；ｖ为
样品提取液的体积（ｍＬ）；ｎ为稀释倍数；ｍ 为苹果
皮粉的质量（ｇ）．
９４１
甘 肃 农 业 大 学 学 报 ２０１５年
１．３．５　单因素试验设计　以乙醇溶液为提取试剂，
固定乙醇体积分数７０％、提取温度６０℃、提取时间
５ｍｉｎ、料液比１∶４０，分别考察不同的乙醇体积分
数、微波温度、微波时间和料液比进行单因素试验．
按照１．３．２试验方法测定总黄酮含量，计算得率，研
究上述四项因素对苹果皮总黄酮得率的影响．
１．３．６　响应面优化试验设计及数据分析　本研究
采用Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ设计对总黄酮提取工艺条件进
行四因素三水平的响应面分析试验，以获得最佳提
取条件．以微波温度（Ａ）、乙醇体积分数（Ｂ）、料液比
（Ｃ）和微波时间（Ｄ）为自变量，试验设计见表１．采
用Ｄｅｓｉｇｎ　Ｅｘｐｅｒｔ　８．０软件对响应面试验数据进行
线性回归和方差分析，通过考察Ｆ值（Ｐ＜０．０５）确
定模型及因素的显著性，并根据响应曲面图及等高
线图分析出各因素间交互作用的显著性，以得出科
学的实验结果与分析［１４－１５］．
表１　响应面Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ设计试验因素与水平
Ｔａｂ．１　Ｆａｃｔｏｒｓ　ａｎｄ　ｌｅｖｅｌｓ　ｏｆ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｄｅｓｉｇｎ
水平
Ａ：微波
温度／℃
Ｂ：乙醇体积
分数／％
Ｃ：料液比／
（ｇ∶ｍＬ）
Ｄ：微波
时间／ｍｉｎ
－１　 ４５　 ６５　 １∶４５　 ２．５
０　 ５０　 ７０　 １∶５０　 ３．０
１　 ５５　 ７５　 １∶５５　 ３．５
２　结果与讨论
２．１　单因素试验结果
２．１．１　乙醇体积分数对苹果皮中总黄酮得率的影
响　图１显示的是料液比１∶４０，６０℃条件下微波处
理５ｍｉｎ，不同乙醇体积分数对苹果皮总黄酮得率
的影响．由图１可知，随着乙醇体积分数的增加，总
图１　乙醇体积分数对总黄酮得率的影响
Ｆｉｇ．１　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｔｈａｎｏｌ　ｏｎ
ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｔｏｔａｌ　ｆｌａｖｏｎｏｉｄ
黄酮得率随之提高，当乙醇体积分数升至７０％时，
总黄酮得率达到峰值，之后随着乙醇体积分数再增
加，总黄酮得率反而下降．这可能是因为当乙醇溶液
体积分数过高时，其溶液沸点降低 （乙醇沸点
７９℃），导致挥发性过大，同时一些醇溶性的其他物
质大量溶出，从而导致黄酮类物质的得率降低［７，１１］．
因此，确定乙醇体积分数７０％作为最佳提取浓度．
２．１．２　微波温度对苹果皮中总黄酮得率的影响　
图２显示的是苹果皮粉中按照料液比１∶４０加入
７０％乙醇溶液，微波处理５ｍｉｎ条件下，不同的微波
温度对苹果皮总黄酮得率的影响．由图２可知，当微
波温度在３０～５０℃之间时，总黄酮得率随着微波温
度的升高不断提高．当超过５０℃后，伴随着微波温
度的继续上升，总黄酮得率匀速下降，这可能是由于
温度过高，使得黄酮类物质的结构被破坏导致得率
下降，故确定５０℃作为最佳微波提取温度．
图２　微波温度对总黄酮得率的影响
Ｆｉｇ．２　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎ
ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｔｏｔａｌ　ｆｌａｖｏｎｏｉｄ
２．１．３　微波时间对苹果皮中总黄酮得率的影响　
图３显示的是苹果皮粉中按照料液比１∶４０加入
图３　微波时间对总黄酮得率的影响
Ｆｉｇ．３　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｔｉｍｅ　ｏｎ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ
ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｔｏｔａｌ　ｆｌａｖｏｎｏｉｄ
０５１
第６期 张晓静等：响应面法优化微波辅助提取苹果皮中总黄酮的工艺研究
７０％乙醇溶液，６０℃微波处理，不同的微波时间对
苹果皮总黄酮得率的影响．由图３可知，随着微波时
间的延长，总黄酮得率随之提高，当微波时间为
３ｍｉｎ时，总黄酮得率达到峰值，随着微波时间继续
延长，总黄酮得率开始缓慢下降．分析得率下降的原
因可能是：微波时间过长导致黄酮类物质分解；长时
间微波造成乙醇损失量增加，使得提取能力下降．因
此，确定出３ｍｉｎ作为最佳微波提取时间．
２．１．４　料液比对苹果皮中总黄酮得率的影响　图
４显示的是苹果皮粉中加入７０％乙醇溶液，６０℃微
波处理５ｍｉｎ，不同的料液比对苹果皮总黄酮得率
的影响．由图４可知，随着料液比的增大，总黄酮得
率不断提高，当料液比１∶５０时，总黄酮得率达到峰
值，随着料液比继续增加，总黄酮得率则呈现下降趋
势，故确定１∶５０作为最佳提取料液比．
图４　料液比对总黄酮得率的影响
Ｆｉｇ．４　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｓｏｌｉｄ－ｌｉｑｕｉｄ　ｒａｔｉｏ　ｏｎ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ
ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｔｏｔａｌ　ｆｌａｖｏｎｏｉｄ
２．２　响应面法优化试验
２．２．１　二次响应面回归模型的建立与分析　 响应
面试验设计与结果见表２．
通过Ｄｅｓｉｇｎ　Ｅｘｐｅｒｔ　８．０软件进行多元回归拟
合分析，得到提取因素与总黄酮得率之间的二次多
项式模型为：
Ｙ＝３．３２＋０．１５Ａ－０．０８６Ｂ＋０．０３８Ｃ－０．０６６Ｄ
＋０．０８３ＡＢ＋０．１３ＡＣ＋０．０２２ＡＤ＋０．１４ＢＣ－
０．０６５ＢＤ＋０．０３０ＣＤ－０．３１Ａ２－０．３２Ｂ２－０．１５Ｃ２
－０．２３Ｄ２
式中：Ｙ 为苹果皮粉总黄酮得率的预测值；Ａ、Ｂ、Ｃ、
Ｄ分别代表微波温度、乙醇体积分数、料液比、微波
时间的编码值．
　　Ｆ检验反映回归模型的有效性，包括回归方程
显著性检验和失拟性检验．方差分析结果如表３所
示，该模型Ｆ值＝３４．８４，Ｐ＜０．０００　１，说明该模型
具有高度的显著性；该模型失拟性Ｐ＝０．１５８　８差异
不显著，Ｒ２＝０．９７２　１，Ｒａｄｊ２＝０．９４４　２，Ａｄｅｑ　Ｐｒｅｃｉ－
ｓｉｏｎ＝２１．５６，表明该模型拟合效果理想．因此，本模
型可适用于预测总黄酮得率．
表２　响应面法试验设计与结果
Ｔａｂ．２　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ
ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ
试验
号
Ａ：微波
温度／℃
Ｂ：乙醇体
积分数／％
Ｃ：料液
比／（ｇ∶ｍＬ）
Ｄ：微波时
间／ｍｉｎ
得率／
％
１　 １ －１　 ０　 ０　 ２．９１
２　 ０　 ０ －１　 １　 ２．８４
３　 ０　 １　 ０ －１　 ２．８３
４　 ０　 ０　 ０　 ０　 ３．２９
５　 ０　 １ －１　 ０　 ２．５７
６　 ０　 ０　 ０　 ０　 ３．３１
７　 １　 ０　 ０ －１　 ２．９５
８ －１　 １　 ０　 ０　 ２．３０
９　 １　 １　 ０　 ０　 ２．７８
１０　 ０　 １　 １　 ０　 ３．０１
１１　 １　 ０　 １　 ０　 ３．１８
１２　 ０　 ０　 １ －１　 ２．９７
１３ －１　 ０ －１　 ０　 ２．７８
１４　 ０ －１ －１　 ０　 ２．９５
１５　 ０　 ０　 １　 １　 ２．８９
１６　 ０ －１　 ０ －１　 ２．８１
１７　 ０　 ０　 ０　 ０　 ３．３７
１８　 ０　 ０ －１ －１　 ３．０４
１９　 １　 ０　 ０　 １　 ２．８５
２０ －１ －１　 ０　 ０　 ２．７６
２１ －１　 ０　 ０　 １　 ２．５７
２２　 ０ －１　 ０　 １　 ２．８３
２３ －１　 ０　 ０ －１　 ２．７６
２４　 ０　 ０　 ０　 ０　 ３．３４
２５　 ０　 １　 ０　 １　 ２．５９
２６　 ０　 ０　 ０　 ０　 ３．２７
２７　 ０ －１　 １　 ０　 ２．８５
２８　 １　 ０ －１　 ０　 ２．８５
２９ －１　 ０　 １　 ０　 ２．５８
　　由表３可以看出，因素 Ａ、Ｂ、Ｄ、ＡＣ、ＢＣ、Ａ２、
Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２对苹果皮总黄酮得率有极显著的影响（Ｐ
＜０．０１）；因素ＡＢ对总黄酮得率有显著影响（０．０１
＜Ｐ＜０．０５）；因素Ｃ、ＡＤ、ＢＤ、ＣＤ对总黄酮得率影
响不显著（Ｐ＞０．０５）．由Ｆ值可知，对苹果皮总黄酮
得率的影响因素依次为：Ａ微波温度＞Ｂ乙醇体积
分数＞Ｄ微波时间＞Ｃ料液比．
通过响应曲面对苹果皮中总黄酮得率的解析，
１５１
甘 肃 农 业 大 学 学 报 ２０１５年
表３　响应曲面二次多项式模型的方差分析
Ｔａｂ．３　ＡＮＯＶＡ　ｆｏｒ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｑｕａｄｒａｔｉｃ　ｍｏｄｅｌ
方差来源 平方和 自由度 均方 Ｆ值 Ｐ值 显著性
回归模型 １．８１　 １４　 ０．１３　 ３４．８４ ＜０．０００　１ ＊＊
Ａ　 ０．２６　 １　 ０．２６　 ７０．２４ ＜０．０００　１ ＊＊
Ｂ　 ０．０８８　 １　 ０．０８８　 ２３．７９　 ０．０００　２ ＊＊
Ｃ　 ０．０１７　 １　 ０．０１７　 ４．５４　 ０．０５１　３
Ｄ　 ０．０５２　 １　 ０．０５２　 １３．９９　 ０．００２　２ ＊＊
ＡＢ　 ０．０２７　 １　 ０．０２７　 ７．３２　 ０．０１７　０ ＊
ＡＣ　 ０．０７０　 １　 ０．０７０　 １８．８９　 ０．０００　７ ＊＊
ＡＤ　 ０．００２　 １　 ０．００２　０　 ０．５４　 ０．４７２　６
ＢＣ　 ０．０７３　 １　 ０．０７３　 １９．６１　 ０．０００　６ ＊＊
ＢＤ　 ０．０１７　 １　 ０．０１７　 ４．５５　 ０．０５１　２
ＣＤ　 ０．００３　６　 １　 ０．００３　６　 ０．９７　 ０．３４１　７
Ａ２　 ０．６２　 １　 ０．６２　 １６７．３５ ＜０．０００　１ ＊＊
Ｂ２　 ０．６６　 １　 ０．６６　 １７８．３３ ＜０．０００　１ ＊＊
Ｃ２　 ０．１６　 １　 ０．１６　 ４１．７５ ＜０．０００　１ ＊＊
Ｄ２　 ０．３３　 １　 ０．３３　 ９０．０６ ＜０．０００　１ ＊＊
残差 ０．０５２　 １４　 ０．００３　７１７
失拟性 ０．０４６　 １０　 ０．００４　５７２　 ２．８９　 ０．１５８　８
纯误差 ０．００６　３　 ４　 ０．００１　５８
总差 １．８６　 ２８
Ｒ２　 ０．９７２　１
Ｒａｄｊ２　 ０．９４４　２拟合差
Ａｄｅｑ　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　 ２１．５６
　　＊表示差异显著（Ｐ＜０．０５）；＊＊表示差异极显著（Ｐ＜０．０１）．
得出最佳的提取条件是：微波温度为５１．３７℃，乙醇
体积分数为６９．７８％，微波时间为２．９４ｍｉｎ，料液比
１∶５１．０４（ｇ∶ｍＬ）．此条件下，苹果皮中总黄酮得率
预测值可达３．３５％．
２．２．２　两因素间交互作用的分析　模型的响应面
立体分析图及相应等高线，见图５～１０．各图显示微
波温度、乙醇体积分数、料液比、微波时间中任意２
个变量保持在最佳条件时，其余２个变量对苹果皮
总黄酮得率的影响．
２．２．２．１　微波温度和乙醇体积分数的交互作用　
图５显示的是料液比为１∶５１．０４（ｇ∶ｍＬ），微波时间
２．９４ｍｉｎ时，微波温度和乙醇体积分数的交互作用
对总黄酮得率的影响．从等高线图和３Ｄ曲面图可
明显发现，等高线圈为椭圆形，其交互作用显著；当
乙醇体积分数一定时，随着微波温度的升高，总黄酮
得率呈现先增加后减少的趋势；当固定微波温度不
变时，随着乙醇体积分数提高，总黄酮得率也呈现先
增加后减少的趋势．提取率在温度４８～５４℃，乙醇
体积分数６６％～７３％的区间内较突出，在上述范围
之外提取率明显下降．
　　微波温度和乙醇体积分数交互作用显著的原因
可能是：由于乙醇沸点较低，温度变化对其影响显
著．温度不断升高时，乙醇挥发加剧伴随吸热过程造
成提取温度不稳定，同时使得体系中的实际乙醇浓
度也未达到试验值，从而影响提取率．温度过低时，
黄酮类物质分子运动较慢也不利于提取．
２．２．２．２　微波温度和料液比的交互作用　图６显
示的是乙醇体积分数６９．７８％、微波时间２．９４ｍｉｎ
时，微波温度和料液比的交互作用对总黄酮得率的
影响．从等高线图和３Ｄ曲面图可以发现，等高线圈
为椭圆形，其交互作用极显著．当料液比一定时，随着
微波温度的升高，总黄酮得率呈现先增加后减少的趋
势；当固定微波温度不变时，随着料液比的增大，总黄
酮得率也呈现先增加后减少的趋势．当微波温度在
４７～５５℃，料液比在１∶４５～１∶５５（ｇ∶ｍＬ）这一区间内，
提取率较高；在此范围之外，提取率明显下降．
由３Ｄ曲面图走势可以看出，高收率区域正向
着微波温度和料液比共同增加的方向偏移形成椭
２５１
第６期 张晓静等：响应面法优化微波辅助提取苹果皮中总黄酮的工艺研究
圆；微波温度和料液比低时，收率较低．其可能的原
因如下．首先，温度过低时黄酮类物质分子运动不
强；其次，料液比过低时提取液体积小，黄酮类物质
溶出不充分．因此，低温、小料液比区域的得率较低．
２．２．２．３　微波温度与微波时间的交互作用　图７
显示的是乙醇体积分数６９．７８％、料液比为１∶５１．０４
（ｇ∶ｍＬ）时，微波温度和微波时间的交互作用对总黄
酮得率的影响．从图７可发现，等高线圈趋于圆形，
３Ｄ曲面图中顶端凸面较为均匀圆润，其交互作用不
显著．当微波温度在４８～５４℃、微波时间在２．５～
３．３ｍｉｎ范围内，提取率维持在一个较高的水平．在
这个范围之外的提取率则明显下降．
２．２．２．４　乙醇体积分数和料液比的交互作用　图
８显示的是微波温度５１．３７℃、微波时间２．９４ｍｉｎ
图５　微波温度和乙醇浓度的交互作用对总黄酮得率的影响
Ｆｉｇ．５　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｔｈａｎｏｌ　ｏｎ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｔｏｔａｌ　ｆｌａｖｏｎｏｉｄ
图６　微波温度和料液比的交互作用对总黄酮得率的影响
Ｆｉｇ．６　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｓｏｌｉｄ／ｌｉｑｕｉｄ　ｒａｔｉｏ　ｏｎ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｔｏｔａｌ　ｆｌａｖｏｎｏｉｄ
图７　微波温度和微波时间的交互作用对总黄酮得率的影响
Ｆｉｇ．７　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｔｉｍｅ　ｏｎ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｔｏｔａｌ　ｆｌａｖｏｎｏｉｄ
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甘 肃 农 业 大 学 学 报 ２０１５年
图８　乙醇体积分数和料液比的交互作用对总黄酮得率的影响
Ｆｉｇ．８　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｔｈａｎｏｌ　ａｎｄ　ｓｏｌｉｄ／ｌｉｑｕｉｄ　ｒａｔｉｏ　ｏｎ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｔｏｔａｌ　ｆｌａｖｏｎｏｉｄ
图９　乙醇体积分数和微波时间的交互作用对总黄酮得率的影响
Ｆｉｇ．９　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｔｈａｎｏｌ　ａｎｄ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｔｉｍｅ　ｏｎ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｔｏｔａｌ　ｆｌａｖｏｎｏｉｄ
图１０　料液比和微波时间的交互作用对总黄酮得率的影响
Ｆｉｇ．１０　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｌｉｄ／ｌｉｑｕｉｄ　ｒａｔｉｏ　ａｎｄ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｔｉｍｅ　ｏｎ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｔｏｔａｌ　ｆｌａｖｏｎｏｉｄ
时，乙醇体积分数和料液比的交互作用对总黄酮得
率的影响．由图８可以看出，等高线圈为椭圆形，其
交互作用极显著；当料液比一定时，随着乙醇体积分
数的提高，总黄酮得率呈现先增加后减少的趋势；当
固定乙醇体积分数不变时，随着料液比的增大，总黄
酮得率也呈现先增加后减少的趋势．提取率在乙醇
体积分数６６％～７３％，料液比１∶４６（ｇ∶ｍＬ）～１∶５５
（ｇ∶ｍＬ）区域内稳定在一个较高的数值上．在此范围
之外，提取率明显下降．
由３Ｄ曲面图走势可以看出，高收率区域正向
着乙醇体积分数和料液比共同增加的方向偏移形成
椭圆．乙醇体积分数的增高使得乙醇的挥发量增加，
导致整个体系发生两方面的变化，一是乙醇体积分
数和料液比并未达到试验值，实际值接近单因素试
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第６期 张晓静等：响应面法优化微波辅助提取苹果皮中总黄酮的工艺研究
验峰值，二是乙醇挥发过程中吸收大量热，使得整个
体系的温度保持在一个较为温和的状态之下．上述
两种可能性改变了因料液比增加导致的黄酮类物质
损失量增加而使得提取率下降的趋势，形成一个总
黄酮得率的动态平衡，最终使得此交互作用极显著．
２．２．２．５　乙醇体积分数和微波时间的交互作用　
图９显示的是微波温度５１．３７℃、料液比为１∶５１．０４
（ｇ∶ｍＬ）时，乙醇体积分数和微波时间的交互作用对
总黄酮得率的影响．从图９可发现，等高线圈趋于圆
形，３Ｄ曲面图中顶端凸面较为均匀圆润，其交互作
用不显著．当乙醇体积分数在６６％～７３％，微波时
间介于２．５～３．３ｍｉｎ之间时，提取率维持在一个较
高的水平．在此范围之外提取率都大幅降低．
２．２．２．６　料液比和微波时间的交互作用　图１０显
示的是微波温度５１．３７℃、乙醇体积分数６９．７８％
时，料液比和微波时间的交互作用对总黄酮得率的
影响．从图１０可发现，等高线圈趋于圆形，３Ｄ曲面
图中顶端凸面较为均匀圆润，其交互作用不显著．当
料液比在１∶４６（ｇ∶ｍＬ）～１∶５５（ｇ∶ｍＬ）之间，微波时
间介于２．５～３．３ｍｉｎ之间时，提取率维持在一个较
高的水平．在此范围之外，提取率都大幅降低．
２．３　模型的验证性试验
为了检验此方法的可靠性，根据实际的操作条
件，将苹果皮中总黄酮提取的最佳条件修正为：微波
温度５０℃，乙醇体积分数７０％，微波时间３ｍｉｎ，料
液比１∶５０（ｇ∶ｍＬ），实际测定总黄酮得率为３．３７％，
与响应面模型预测值３．３５％相比，其相对误差为
０．５９７％．表明建立的模型与实际情况基本吻合，将
响应面法应用于苹果皮中总黄酮提取工艺的优化准
确可靠，具有一定的应用价值．
优化前，微波温度６０℃，乙醇体积分数７０％，
微波时间５ｍｉｎ，料液比１∶４０（ｇ∶ｍＬ）条件下，总黄
酮得率最高为３．１５％．优化后，处理时间缩短４０％，
总黄酮得率提高了７％．
３　结论
通过单因素试验和响应面法优化微波辅助法提
取苹果皮总黄酮的最佳工艺条件为：微波温度
５０℃，乙醇体积分数７０％，微波时间３ｍｉｎ，料液比
１∶５０（ｇ∶ｍＬ），在最佳提取条件下经试验验证，总黄
酮得率达到３．３７％，与响应面模型预测值３．３５％相
比，其相对误差为０．５９７％．
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（责任编辑　李辛）
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