全 文 ：0 前言
多酚是植物体内酚类的一种次级代谢产物，
是具有多元酚羟基化合物的总称，主要存在于植
物的根、茎、叶、果中，具有抗癌、抑菌、抗氧化、抗
衰老、消除自由基和调节免疫等多种特殊的生理
和药理活性功效，随着需求量的逐年上升，研发更
多植物多酚已成为研究的热点 [1-2]。
柚（Citrus maxima (Burm.) Merr.）是芸香科常绿
乔木，其果实称为柚子，柚全身是宝，除果实供鲜
食或加工外，树根、树叶、果皮等都含有多种天然
活性物质 [3-4]。漳州是琯溪蜜柚的主产地，每年都会
产生数百万吨柚叶，柚叶中含“类黄酮”（多酚的一
种），是宝贵的植物多酚资源。然而目前大量的柚
叶只能留在树上，待其落叶后再将其焚烧掉当作
肥料或者置之于环境中当作垃圾处理，造成了极
大的浪费 [5]。
超声波辅助提取法是利用超声波的机械、空
化和热效应作用，加速植物细胞的破坏并增强溶
剂与植物细胞内有效成分的渗透性，以达到缩短
浸提时间的效果，该方法具有提取率高、提取时间
短、操作简便等优点，已广泛应用于多种天然有效
成分的提取 [6-7]。目前采用超声波辅助对柚叶多酚
的提取报道还较少，作者采用超声波辅助提取柚叶
多酚，在单因素试验的基础上，根据 Box-Behnken
试验设计，采用响应面法进行优化，确定了最佳的
提取工艺，为柚叶多酚的综合开发利用提供了理论
依据。
1 材料和方法
1.1 仪器与试剂
LGJ10-C 冷冻干燥机：北京四环科学仪器厂；
SCQ-3201E 超声波清洗机：上海声彦超声波有限
公司；UV-1800PC-DS2 紫外可见分光光度计：上海
美谱达仪器有限公司；Q-250B 高速多功能粉碎
机：上海冰都电器有限公司；GZX-9070MBE 数显鼓
风干燥箱：上海博讯实业有限公司医疗设备厂；
BSA124S 电子天平：赛多利斯科学仪器有限公司。
柚叶：采于漳州市平和县的琯溪蜜柚；食用酒
精（乙醇）：食品医药级，河南浩宇食品添加剂有限
公司；钨酸钠：分析纯，国药集团化学试剂有限公
司；钼酸钠：分析纯，天津市化学试剂四厂；硫酸
锂：分析纯，西陇化工股份有限公司；没食子酸：分
析纯，天津市瑞金物化学品有限公司；其他试剂均
为分析纯。
响应面法优化超声波辅助提取柚叶多酚的工艺研究
陈建福 1，2，林 洵 1，陈俊尧 2，庄远红 2
（1. 漳州职业技术学院 食品与生物工程系，福建 漳州 363000；
2.闽南师范大学 生物科学与技术学院，福建 漳州 363000）
摘要：以柚叶为原料，采用响应面法优化超声波辅助提取柚叶多酚的工艺，在单因素试验的基础
上，采用 Box-Behnken 试验设计，对影响柚叶多酚提取率的提取温度、超声功率、液料比、超声时
间等工艺条件进行优化，建立了提取各因素与柚叶多酚提取率的二次多项式模型。结果表明，超
声波辅助提取柚叶多酚的最佳工艺条件为：提取温度 63 ℃、超声功率 245 W、液料比（mL/g）25、
超声时间 28 min，柚叶多酚提取率为 29.14 mg/g，与模型预测值（29.42 mg/g）相比，其相对误差
为 0.95%，验证了该模型的有效性。
关键词：超声波辅助；柚叶；多酚；优化
中图分类号：TS209；TB559；TQ91 文献标志码：B
河南工业大学学报（自然科学版）
Journal of Henan University of Technology（Natural Science Edition）
第 37 卷第 3 期
2016 年 6 月
Vol.37，No.3
Jun.2016
收稿日期：2016-01-07
基金项目：福建省高校杰出青年科研人才培育计划（闽教科[2015]54号）；
福建省中青年教师教育科研计划项目（JA15688）
作者简介：陈建福（1982—），男，福建南安人，讲师，博士，研究方向
为天然产物化学工艺。
文章编号：1673-2383(2016)03-0047-08
网络出版网址：http://www.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20160627.1712.018.html
网络出版时间：2016-6-27 17:12:44
DOI:10.16433/j.cnki.issn1673-2383.2016.03.009
第37卷河南工业大学学报（自然科学版）
图 1 提取温度对多酚提取率的影响
Fig.1 Effects of extraction temperature on yield of
polyphenols
1.2 试验方法
1.2.1 多酚含量的测定
采用福林-酚法 [8]，配制 0.1 mg/mL 的没食子
酸标准溶液，准确移取一定体积（0、0.2、0.4、0.6、
0.8、1.0、1.2 mL）的没食子酸标准溶液分别加入10
mL 容量瓶中，再分别加入 6 mL 的蒸馏水与 0.5
mL 的福林-酚试剂，摇匀，1 min 后再分别加入 1.5
mL 20%的碳酸钠溶液，定容，并置于 75 ℃水浴中
10 min，冷却，于 765 nm 处测定吸光度，绘制曲线，
并得回归方程。
柚叶多酚提取率= b×Vm×103 ，
式中：b为柚叶多酚质量浓度（mg/mL）；V为提取液
定容后的体积（mL）；m为柚叶质量（g）。
1.2.2 柚叶多酚的超声波辅助提取工艺
将采摘的柚叶用清水浸泡洗净，再用蒸馏水
淋洗，晾干，于冰箱中冰冻后在冷冻干燥机中干
燥，粉碎，过筛备用。准确称取一定量备用的柚叶
粉末，装入 100 mL 烧瓶，置于超声波清洗器中，在
设定的操作条件下进行提取，提取结束后，过滤去
渣，稀释，定容，计算柚叶多酚的提取率。
1.2.3 超声波辅助提取柚叶多酚的单因素试验设计
1.2.3.1 提取温度对多酚提取率的影响
在固定超声功率 240 W、乙醇体积分数 60%、
液料比（mL/g）25 、超声时间 30 min 的条件下，考
察提取温度（分别为 35、45、55、65、75、85 ℃）对柚
叶多酚提取率的影响。
1.2.3.2 超声功率对多酚提取率的影响
在固定提取温度 65 ℃、乙醇体积分数 60%、
液料比 25 、超声时间 30 min 的条件下，考察超声
功率（分别为 120、160、200、240、280、320 W）对柚
叶多酚提取率的影响。
1.2.3.3 乙醇体积分数对多酚提取率的影响
在固定提取温度 65 ℃、超声功率 240 W、液
料比 25 、超声时间 30 min 的条件下，考察乙醇体
积分数（分别为 30%、40%、50%、60%、70%、80%）
对柚叶多酚提取率的影响。
1.2.3.4 液料比对多酚提取率的影响
在固定提取温度 65 ℃、超声功率 240 W、乙
醇体积分数 60%、超声时间 30 min 的条件下，考察
液料比（分别为 10、15、20、25、30、35）对柚叶多酚
提取率的影响。
1.2.3.5 超声时间对多酚提取率的影响
在固定提取温度 65 ℃、超声功率 240 W、乙
醇体积分数 60%、液料比 25 的条件下，考察超声
时间（分别为 10、20、30、40、50、60 min）对柚叶多
酚提取率的影响。
1.2.4 柚叶多酚超声波辅助提取工艺优化
在单因素试验的基础上，综合考虑各工艺条
件对柚叶多酚提取率的影响，根据 Box-Behnken 试
验设计原理，选择影响柚叶多酚提取率较大的提
取温度（A）、超声功率（B）、液料比（C）、超声时间
（D）4个因素为自变量，柚叶多酚提取率为响应值
进行优化，自变量编码及水平见表 1。
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果
2.1.1 提取温度对多酚提取率的影响
从图 1 可以看出，当提取温度在 35~65 ℃时，
随着提取温度的增加，柚叶多酚提取率增大，当提
取温度超过 65 ℃时，继续增加提取温度，柚叶多
酚提取率反而开始下降，这是因为提取温度升高，
分子的热运动增大，增加了溶剂分子的平均动能，
促进了多酚类物质的溶出，使得多酚提取率增大，
当提取温度过高时，由于酚类物质的温度敏感性，
而导致氧化与降解 [9]，使得多酚提取率下降。因此，
选择最佳的提取温度为 65 ℃。
2.1.2 超声功率对多酚提取率的影响
从图 2 可以看出，当超声功率在 120~240 W
时，随着超声功率的增加，柚叶多酚提取率增大，
当超声功率超过 240 W 时，继续增大超声功率，柚
表 1 响应面分析因素及编码水平
Table 1 Factors and levels of response surface
methodology
水平 提取温度/℃ 超声功率/W 液料比 超声时间/min
-1 55 200 20 20
0 65 240 25 30
1 75 280 30 40
48
第3期
图 3 乙醇体积分数对多酚提取率的影响
Fig.3 Effects of ethanol concentration on extraction
yield of polyphenols
图 4 液料比对多酚提取率的影响
Fig.4 Effects of liquid-material ratio on extraction
yield of polyphenols
图 5 超声时间对多酚提取率的影响
Fig.5 Effects of ultrasonic time on extraction yield of
polyphenols
图 2 超声功率对多酚提取率的影响
Fig.2 Effects of ultrasonic power on extraction yield
of polyphenols
叶多酚提取率反而开始下降，这是因为随着超声
功率的增加，超声波所具有的空化作用、机械效应
等作用力均增大了，促进了溶剂的湍动与扩散，加
快了多酚类物质的溶出，使得多酚提取率增大，当
超声功率过高时，体系中局部热效应增强，容易使部
分多酚类物质因局部温度过高而受到破坏 [10]，因此
选择最佳的超声功率为 240 W。
2.1.3 乙醇体积分数对多酚提取率的影响
从图 3 可以看出，当乙醇体积分数在 30%~
60%时，随着乙醇体积分数的增加，柚叶多酚提取
率不断增大，当乙醇体积分数超过 60%时，继续增
大乙醇体积分数，柚叶多酚提取率反而开始下降，
这是因为随着乙醇体积分数的增加，溶剂的极性
减弱，促进了柚叶颗粒内部脂溶性多酚的溶出，使
得多酚提取率增大，而当乙醇体积分数过高时，溶
剂极性过小，会造成脂溶性杂质过多地溶出，加剧
与多酚类物质的溶出竞争，使得多酚提取率下降 [11]，
因此选择最佳的乙醇体积分数为 60%。
2.1.4 液料比对多酚提取率的影响
从图 4 可以看出，当液料比在 10~25 时，随着
液料比的增加，柚叶多酚提取率增大，当液料比超
过 25 时，继续增加液料比，柚叶多酚提取率反而
开始下降，这是因为液料比较小时，溶剂较少，溶
剂无法与柚叶颗粒充分接触，随着液料比的增大，
增加了溶剂主体与柚叶颗粒内部有效成分的浓度
差，使得多酚提取率增大，当液料比过大时，促进
了柚叶颗粒内部多糖等有效成分的溶出，造成了
与多酚类物质的竞争 [12]，多酚提取率降低。因此选
择最佳的液料比为 25。
2.1.5 超声时间对多酚提取率的影响
从图 5 可以看出，当超声时间在 10~30 min
时，随着超声时间的延长，柚叶多酚提取率增大，
当超声时间超过 30 min 时，继续延长超声时间，柚
叶多酚提取率反而开始下降，这是因为当超声时
间较短时，随着超声时间的延长，增加了多酚的溶
出率，使得多酚提取率增大，但超声时间过长时，
提取出来的多酚类物质，容易因长时间暴露在空
气中而发生氧化与降解 [13]，使得多酚提取率下降。
因此选择最佳的超声时间为 30 min。
陈建福，等：响应面法优化超声波辅助提取柚叶多酚的工艺研究 49
第37卷河南工业大学学报（自然科学版）
表 2 试验设计及结果
Table 2 Experimental design and result of response surface method
序号 A提取温度/℃ B超声功率/W C液料比 D超声时间/min 提取率/(mg·g-1)
1 0 0 0 0 28.98
2 0 0 1 1 25.7
3 0 1 -1 0 26.38
4 0 0 0 0 29.41
5 0 0 0 0 29.4
6 1 1 0 0 24.63
7 0 -1 0 -1 25.34
8 0 1 0 1 25.77
9 -1 1 0 0 26.02
10 0 1 0 -1 26.26
11 0 -1 -1 0 24.93
12 1 0 0 1 23.53
13 -1 0 -1 0 26.67
14 0 0 1 -1 26.22
15 0 0 -1 1 25.33
16 -1 0 0 -1 26.52
17 0 0 0 0 29.67
18 1 0 1 0 25.17
19 -1 -1 0 0 25.01
20 0 1 1 0 27.07
21 0 0 -1 -1 25.68
22 1 0 0 -1 25.64
23 0 -1 0 1 24.63
24 1 -1 0 0 23.89
25 0 -1 1 0 25.99
26 -1 0 0 1 24.24
27 -1 0 1 0 26.73
28 0 0 0 0 28.98
29 1 0 -1 0 24.33
2.2 超声波辅助提取柚叶多酚的响应面法优化
2.2.1 回归模型及检验
根据表 1 中的编码与水平，进行 Box -
Benhnken 试验设计，以提取温度（A）、超声功率
（B）、液料比（C）、超声时间（D）4 个工艺条件为考
察因素，柚叶多酚提取率为响应值，并利用 Design
Expert 8.05b 软件对试验结果进行分析，结果见表
2和表 3。
利用 Design-Expert 8.05b 软件对表 2 数据进
行响应面分析，得到柚叶多酚提取率（Y）与自变量
提取温度（A）、超声功率（B）、液料比（C）、超声时
间（D） 的四元二次回归模型：Y=29.29-0.67A+
0.53B +0.30C -0.54D -0.067AB -0.20AC +0.043AD -
0.092BC+0.055BD-0.042CD-2.33A2-1.89B2-1.36C2-
2.02D2。
由表 3 可以看出，该回归模型 F=21.93，P<
0.000 1，表明该回归模型具有高度的显著性；失拟
项 P=0.120 4>0.05，失拟项不显著，表明方程试验误
差小，残差由随机误差引起；相关系数 R2=0.956 4，
说明柚叶多酚的提取率预测值与试验值有高度的
相关性，可以利用该模型来进行描述 95%以上的
试验值；Radj2=0.912 8，表明提取率有 91.28%的变
化影响来自于所选工艺；变异系数（C.v.%=1.92）<
5%，说明该回归模型的重现性较好。通过 F 及 P
值的分析，可以得到影响超声波辅助提取柚叶多
酚提取率的主次效应顺序为：提取温度>超声时
间>超声功率>液料比。一次项 C，交互项 AB、AC、
AD、BC、BD、CD 影响不显著（P>0.05）；一次项 A、
B、D，二次项 A2、B2、C2、D2影响极显著（P<0.01），表
明所考察的各工艺条件与柚叶多酚提取率之间不
是简单的线性关系。
50
第3期
图 6 提取温度和超声功率对多酚提取率的影响
Fig.6 Effects of extraction temperature and ultrasonic power on the yield of polyphenols
表 3 响应模型方差分析
Table 3 Variance analysis of response model
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著度
模型 77.23 14 5.52 21.93 <0.0001 **
A 5.33 1 5.33 21.20 0.0004 **
B 3.35 1 3.35 13.31 0.0026 **
C 1.06 1 1.06 4.20 0.0597
D 3.48 1 3.48 13.82 0.0023 **
AB 0.018 1 0.018 0.072 0.7917
AC 0.15 1 0.15 0.60 0.4498
AD 0.0072 1 0.0072 0.029 0.8679
BC 0.034 1 0.034 0.14 0.7178
BD 0.012 1 0.012 0.048 0.8296
CD 0.0072 1 0.0072 0.029 0.8679
A2 35.31 1 35.31 140.36 <0.0001 **
B2 23.19 1 23.19 92.17 <0.0001 **
C2 11.92 1 11.92 47.39 <0.0001 **
D2 26.55 1 26.55 105.54 <0.0001 **
残差 3.52 14 0.25
失拟度 3.16 10 0.32 3.48 0.1204
绝对误差 0.36 4 0.091
总离差 80.76 28
注：*表示P<0.05，差异显著；**表示P<0.01，差异极显著。
2.2.2 响应面分析
超声波辅助提取柚叶多酚的回归模型的响应
面图及等高线如图 6—图 11 所示。可以看出，提取
温度与液料比的等高线偏离圆形最厉害，且响应
面曲线最陡，说明提取温度与液料比的交互作用
对柚叶多酚的提取率影响最显著；而超声功率与
液料比的等高线偏离圆形厉害程度次之，响应面
曲线陡度次之，说明超声功率与液料比的交互作
用对柚叶多酚的影响程度次之，同理可得，影响超
声波辅助提取柚叶多酚提取率的主次因素顺序为
提取温度>超声时间>超声功率>液料比。
2.2.3 验证试验
通过 Design-Expert 8.05b 软件分析得到的超
声波辅助提取柚叶多酚的最佳工艺为：提取温度
63.58 ℃、超声功率 245.51 W、液料比 25.49 、超声
时间 28.66 min，在该条件下柚叶多酚的理论提取
率为 29.42 mg/g。考虑到工艺条件的可操作性与便
利性，将各工艺条件修正为：提取温度 63 ℃、超声
功率 245 W、液料比 25、超声时间 28 min。在最佳
提取工艺条件下，进行平行验证性试验，平行次数
为 3，得柚叶多酚的平均提取率为 29.14 mg/g，与
模型预测值（29.42 mg/g） 相比，其相对误差为
陈建福，等：响应面法优化超声波辅助提取柚叶多酚的工艺研究 51
第37卷河南工业大学学报（自然科学版）
图 7 提取温度和液料比对多酚提取率的影响
Fig.7 Effects of extraction temperature and liquid-material ratio on the yield of polyphenols
图 8 提取温度和超声时间对多酚提取率的影响
Fig.8 Effects of extraction temperature and ultrasonic time on the yield of polyphenols
图 9 超声功率和液料比对多酚提取率的影响
Fig.9 Effects of ultrasonic power and liquid-material ratio on the extraction yield of polyphenols
图 10 超声时间和超声功率对多酚提取率的影响
Fig.10 Effects of ultrasonic time and ultrasonic power on the extraction yield of polyphenols
52
第3期
图 11 液料比和超声时间对多酚提取率的影响
Fig.11 Effects of liquid-material ratio and ultrasonic time on the extraction yield of polyphenols
0.95%，验证了该模型的有效性。说明超声辅助提
取柚叶多酚的响应面法优化工艺预测值准确、可
靠，对柚叶多酚的开发具有一定的指导意义。
3 结论
以柚叶为原料，在单因素试验的基础上，利用
Design-Expert 8.05b 软件，通过响应面法对超声辅
助提取柚叶多酚工艺进行了优化，建立了柚叶多
酚提取率的二次多项式回归模型，该回归模型准
确、可靠，各工艺条件影响柚叶多酚提取率的主效
应顺序为：提取温度>超声时间>超声功率>液料
比。最佳工艺条件为：提取温度 63 ℃、超声功率
245 W、液料比 25 、超声时间 28 min。在此最佳提
取工艺条件下进行重复验证性试验，计算得柚叶
多酚提取率为 29.14 mg/g，与模型预测值相比，其
相对误差为 0.95%，验证了该模型的有效性，说明
经响应面法优化超声辅助提取柚叶多酚的预测值
准确、可靠，对柚叶多酚的开发具有一定的指导意
义。
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第37卷河南工业大学学报（自然科学版）
OPTIMIZATION OF ULTRASONIC-ASSISTED EXTRACTION OF POLYPHENOLS
FROM POMELO LEAVES USING RESPONSE SURFACE METHODOLOGY
CHEN Jianfu1，2， LIN Xun1， CHEN Junyao2， ZHUANG Yuanhong2
（1. Department of Food and Biology Engineering， Zhangzhou Institute of Technology， Zhangzhou 363000，
China； 2. College of Biological Science and Technology， Minnan Normal University， Zhangzhou 363000，
China）
Abstract：Polyphenols have anti-cancer，antibacterial，antioxidant，anti-aging，eliminating free radicals and
regulating the immune and other special physiological and pharmacological activities. The present study was to
investigate the optimal ultrasonic-assisted extraction process of polyphenols from pomelo leaves using response
surface methodology. Based on single factor experiments，the extraction process conditions including ultrasonic
temperature，ultrasonic power， liquid-to-material ratio and ultrasonic time were optimized by Box-Behnken
experimental design. A quadratic polynomial equation for the relation between the extraction factor and
polyphenols extraction yield was also obtained. The results showed that the optimal conditions of extraction
polyphenols from pomelo leaves were as follows: ultrasonic temperature of 63 ℃，ultrasonic power of 245 W，
liquid-to-material ratio of 25 （mL/g） and ultrasonic time of 28 min. Under these conditions，the yield of
polyphenols could be up to 29.14 mg/g，which had 0.95% relative deviation compared to the predictive value.
The present study provided the theoretical basis for the ultrasonic-assisted extraction of polyphenols from pomelo
leaves.
Key words: ultrasonic-assisted；pomelo leaves；polyphenols；optimization
surface methodology［J］. Food Analytical Meth－
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