全 文 ： 收稿日期：2013-04-24
作者简介：郑梦娇(1988-)，女，福建泉州人，硕士，从事花卉与景观园艺专业研究。E-mail: 402782737@qq.com
注：陈清西为通讯作者。E-mail: 416822970@qq.com

响应面法优化扶桑叶黄酮超声提取工艺
郑梦娇，陈清西
（福建农林大学 园艺学院，福建 福州 350002）

摘 要：以扶桑叶为研究材料，以 Box-Behnken中心组合实验设计，利用响应面法对扶桑叶黄酮提取工艺进行
优化。结果表明，超声波辅助乙醇提取扶桑叶黄酮优化工艺条件为乙醇浓度 70%，超声提取时间 70 min，液料
比 40 1∶ 。在最佳工艺条件下扶桑叶黄酮提取的得率最高，为 34.56 mg/g。
关键词：扶桑叶；黄酮；响应面法
Doi: 10.3969/j.issn.1009-7791.2013.03.004
中图分类号：Q586 文献标识码：A 文章编号：1009-7791(2013)03-0205-06

Optimization of Ultrasound-assisted Extraction of Flavonoids from
Hibiscus rosa-sinensis Leaves by Response Surface Methodology
ZHENG Meng-jiao, CHEN Qing-xi
(College of Horticulture, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, Fujian China)

Abstract：The Hibiscus rosa-sinensis leaves were used as the meterials, and the response surface
methodology was used to optimize the flavonoids extraction process, which was designed by
Box-Behnken. The results showed that the optimum conditions for extracting flavonoids from H.
rosa-sinensis leaves was: the ethanol concentration 70%, 70 min ultrasound treatment and the ratio of
solid 40:1. Under the optimum conditions, the yield of flavonoids was 34.56 mg/g.
Key words：Hibiscus rosa-sinensis; leaf; flavonoids; response surface methodology

扶桑 Hibiscus rosa-sinensis为锦葵科木槿属常绿灌木，原产印度、非洲及我国南部，目前国内作为
民间常用药材和优良的园林观赏植物，应用十分广泛。扶桑叶中含蒲公英赛醇乙酸酯和β-谷甾醇, 无
毒，性甘、平，具有清热利水、解毒消肿的作用[1-2]。
黄酮具有较强的清除自由基能力及抗氧化活性[3-4]，可与二价阳离子鳌合[5]，具有抗癌、抗变异、
抗菌抗病毒、抗过敏、抗血小板凝集等作用。此外，还可作为甜味剂和天然染料等[6]。因此研究扶桑
叶的黄酮提取工艺，对我国东南地区扶桑资源的充分利用具有积极的意义。
超声波会产生空化效应、热效应、化学效应、生物效应等多种效应，这些效应能够加速扩散释放
溶剂中的有效成分，能够提高有效成分的提取量[7-8]。本实验采用超声辅助提取技术（响应面法）提取
扶桑叶中的黄酮，为扶桑叶黄酮的高效分离探讨新的途径。
1 材料与方法
1.1 材料、仪器与试剂
1.1.1 实验材料 供试扶桑叶均为晴朗天气（下午）在福建农林大学校园内采集的无病虫害、大小一致、
抽生 30 d左右的成熟叶。叶片先用清水冲洗干净后用双蒸水再洗一遍。风干后，冷冻干燥完全，粉碎
过 40目筛，保存于－60 ℃冰箱内备用。

2013,42(3):205-210.
Subtropical Plant Science
第 42卷 ﹒206﹒
1.1.2 主要仪器与试剂 芦丁、无水乙醇、硝酸铝、亚硝酸钠及氢氧化钠均为国产分析纯试剂。KQ-600DE
型数控超声波清洗器为昆山市超声仪器有限公司生产。
1.2 方法
1.2.1 标准曲线绘制 准确量取 0.200 mg/mL芦丁标准品溶液 0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 mL于
7只 20 mL具塞试管，用 80%乙醇补充至 10 mL。然后，加入 5%亚硝酸钠 0.6 mL，摇匀，放置 6 min
后加入 10%硝酸铝 0.6 mL，摇匀，放置 6 min 后再加入 10%氢氧化钠 5 mL摇匀，用 80%乙醇稀释至
刻度。15 min后在 510 nm处测定吸光度，以蒸馏水作为空白对照。以芦丁浓度为横坐标、吸光度为纵
坐标绘制标准曲线。
1.2.2 扶桑叶片黄酮含量测定 准确称取干燥的扶桑叶样品粉末 1.0 g ，置于 100 mL锥形瓶中，加入
溶剂，超声提取，提取液减压抽滤，将滤液移至 100 mL容量瓶中并定容至刻度，吸取 1 mL于 20 mL
具塞试管中，按照 1.2.1的方法测定吸光度，由吸光度根据回归方程计算出浓度，得到扶桑叶样品黄酮
的提取量。每组试验重复 3次。
扶桑叶样品黄酮提取量（mg/g）=
Mv
cvv


3
21
式中，v1是样品提取液定容体积（mL），v2是移取液定容体积（mL），v3是移取液体积（mL），c是移取定容液黄酮
浓度（mg/mL），M是样品质量（g）。
1.2.3 单因子试验
（1）溶剂浓度比较试验：保持其他条件不变，精确称取 5份（1.00 g）处理好的扶桑叶样品，分
别加入 60 mL浓度为 20%、40%、60%、80%、100%乙醇，在 60 ℃条件下以 420 W功率超声波提取
60 min，减压抽滤，将滤液移至 100 mL容量瓶中并定容至刻度，吸取 1 mL于 20 mL具塞试管中，按
照 1.2.2的方法测定黄酮提取量，3次重复。
（2）液料比比较试验：保持其他条件不变，精确称取 5份（1.00 g）处理好的扶桑叶样品，分别
以液料比 20∶1、40∶1、60∶1、80∶1、100∶1加入 60%乙醇，在 60 ℃条件下以 420 W功率超声波
提取 60 min，减压抽滤，将滤液移至 100 mL容量瓶中并定容至刻度，吸取 1 mL于 20 mL具塞试管中，
按照 1.2.2的方法测定黄酮提取量，3次重复。
（3）超声时间比较试验：保持其他条件不变，精确称取 5份（1.00 g）处理好的扶桑叶样品，分
别以超声时间 20、40、60、80、100 min，以液料比 60∶1加入 60%乙醇，在 60 ℃条件下以 420 W功
率超声波提取，减压抽滤，将滤液移至 100 mL容量瓶中并定容至刻度，吸取 1 mL于 20 mL具塞试管
中，按照 1.2.2方法测定黄酮提取量，3次重复。
1.2.4 优化试验 在单因素试验研究的基础上，利用响应面试验优化黄酮的提取条件。根据单因素试验
得到的结果，采用 Box-Behnken中心组合实
验设计，方法如下:以 X1（乙醇浓度）、X2
（液料比）、X3（超声时间）为自变量，以
扶桑叶黄酮提取量（%）为响应值，设计三
因素三水平试验（表 1）。
2 结果与分析
2.1 芦丁标准曲线
以芦丁浓度为横坐标、吸光度为纵坐标绘制标准曲线，如图 1所示。
2.2 超声波辅助提取扶桑叶黄酮方法分析
2.2.1 乙醇浓度对黄酮提取量的影响 由图 2可以看出，在乙醇浓度低于 60%时，黄酮提取量随着乙醇
浓度的增加而增大；乙醇浓度为 60%时提取量达到最大值；当乙醇浓度高于 60%时，黄酮提取量随乙
醇浓度的增高而逐渐减小。
表 1 中心组合试验因素水平
水平 因素 －1 0 1
乙醇浓度(%) 50 60 70
液料比 30:1 40:1 50:1
超声时间(min) 50 60 70
第 3期 郑梦娇,等：响应面法优化扶桑叶黄酮超声提取工艺 ﹒207﹒

图1 芦丁标准曲线
y = 0.1743x + 6×10-5
R2 = 0.9998
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
浓度(%)
吸
光
度
图2 乙醇浓度对黄酮提取量的影响
15
20
25
30
35
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
乙醇浓度(%)
提
取
量
(m
g/
g)

2.2.2 液料比对黄酮提取量的影响 由图 3 可以看出，在液料比为 20∶1～60∶1 时，黄酮的含量随液
料比的增大而增加。在液料比大于 60∶1 时，扶桑叶黄酮提取量增加变缓。为避免造成溶剂的浪费，
选用液料比为 40∶1较为合适。
2.2.3 超声时间对黄酮提取量的影响 由图 4可知，超声提取 60 min时黄酮提取量达到最大值，而后
又缓慢降低。因此超声时间选择为 60 min左右较为合适。

图3 液料比对黄酮提取量的影响
25
27
29
31
33
35
37
39
20:1 40:1 60:1 80:1 100:1
液料比
提
取
量
(m
g/
g)
图4 超声时间对黄酮提取量的影响
25
27
29
31
33
35
37
0 20 40 60 80 100 120
超声时间(min)
提
取
率
(m
g/
g)

2.3 响应面法试验结果分析
试验数据使用 Design-Expert 7.0 软件进行分析，得到响应面分析图和方差分析表，试验方案及试
验结果见表 2。
Design-Expert 7.0软件进行二次回归分析，得到方程：
提取量 = 31.93＋0.55A＋1.61B＋1.26C－0.69AB－0.23AC－0.75BC＋0.50A2－1.34B2＋0.53C2
从方差分析结果来看（表 3）：模型的 F=8.59和（Prob＞F）＜0.05，表明该模型是显著的。模型的
F 值由于噪音出现较大误差的概率仅为 0.49%。模型失拟项 Prob＞F＞0.05，即模型失拟项不显著。实
验的复相关系数 R2为 0.8102，说明该模型拟合程度良好，实验误差较小。因此超声波辅助提取扶桑叶
黄酮可以用该模型来对结果进行预测。由回归模型系数显著性检验结果可知，该模型一次项 B、C（P
＜0.05）显著；二次项 B2显著（P＜0.05），说明除了液料比、超声时间的一次项和液料比平方的二次
项对黄酮的影响效应显著外，其他均不显著，表明各试验因子对响应值的影响并不是简单的线性关系。

第 42卷 ﹒208﹒
表 2 试验方案及其提取量
实验号 乙醇浓度(%) 液料比 超声时间(min) 提取量(mg/g)
1 70 30∶1 60 31.50
2 50 30∶1 60 27.82
3 60 40∶1 60 31.61
4 60 30∶1 70 31.51
5 70 40∶1 50 32.05
6 60 30∶1 50 27.17
7 60 40∶1 60 31.65
8 70 50∶1 60 33.00
9 60 40∶1 60 31.54
10 70 40∶1 70 33.80
11 60 40∶1 60 32.00
12 50 50∶1 60 32.07
13 50 40∶1 50 31.68
14 60 50∶1 50 32.25
15 50 40∶1 70 34.35
16 60 50∶1 70 33.58
17 60 40∶1 60 32.86

对该模型进行回归模型分析结果见表 3。
表 3 回归模型的方差分析
来源 平方和 自由度 均方 F值 Prob > F
模型 49.70359 9 5.522621 8.5898396 0.0049
A-浓度 2.456469 1 2.456469 3.8207722 0.0915
B-液料比 20.80035 1 20.80035 32.352688 0.0007
C-时间 12.76032 1 12.76032 19.847291 0.0030
AB 1.888055 1 1.888055 2.9366646 0.1303
AC 0.210672 1 0.210672 0.3276772 0.5849
BC 2.255659 1 2.255659 3.5084327 0.1032
A2 1.064443 1 1.064443 1.6556259 0.2391
B2 7.532463 1 7.532463 11.715931 0.0111
C2 1.204043 1 1.204043 1.872758 0.2135
残差 4.500474 7 0.642925
失拟项 3.292055 3 1.097352 3.6323561 0.1224
纯误差 1.208419 4 0.302105
总和 54.20407 16
2.4 超声波提取扶桑叶黄酮的响应面分析
在建立的回归模型中任意选取一个因素固定在零水平面，对其他两个因素按回归方程进行运算，
得到两两因素的等高线图和响应曲面图，通过 Design－Expert8.0软件分析验证最佳条件的可行性。
2.4.1 乙醇浓度和液料比对超声提取黄酮的影响 由图 5可见，超声时间为 60 min时，当乙醇浓度固
定不变时，随着液料比增大，扶桑叶黄酮提取量先增后减；当液料比保持不变时，随着乙醇浓度的增
大，扶桑叶黄酮化合物提取量持续上升。液料比和乙醇浓度分别为 35∶1~45∶1和 70%时扶桑叶总黄
酮提取量达到最大值。
第 3期 郑梦娇,等：响应面法优化扶桑叶黄酮超声提取工艺 ﹒209﹒

图 5 乙醇浓度(%)和液料比的响应面和等高线
2.4.2 超声提取时间和液料比对黄酮含量的影响 由图 6可见，乙醇浓度为 60%且液料比不变时，随着
超声时间的增加，扶桑叶黄酮化合物提取量持续上升；而当超声时间不变时，随着液料比增大，扶桑
叶黄酮化合物提取量先增加，当液料比达到一定值时，呈逐渐下降趋势。液料比和超声时间分别为
35∶1~45∶1和 70min时扶桑叶总黄酮提取量达到最大值。

图 6 超声提取时间(min)和液料比的响应曲面和等高线
2.4.3 乙醇浓度和超声提取时间对黄酮提取量的影响 由图 7见，液料比为 40∶1时，当乙醇浓度不变，
随着超声时间的增大，扶桑叶黄酮化合物提取量持续上升；而当超声时间不变，随着乙醇浓度增大，
扶桑叶黄酮化合物提取量先降低，在乙醇浓度达到一定值时，呈逐渐上升趋势。乙醇浓度和超声时间
分别为 65%~70%和 70min时扶桑叶总黄酮提取量达到最大值。

图 7 乙醇浓度(%)和超声提取时间(min)的响应曲面和等高线
第 42卷 ﹒210﹒
3 讨论
近几年来，超声波辅助提取植物黄酮已取得良好的成效。业已证明，与常规方法相比，超声波提
取法具有提取时间短、提取效率高的优点[7-8]。超声波辅助提取软枣猕猴桃，具有成本低、可处理的样
品量大等特点，可显著提高提取量，并能有效克服浸出杂质过多的缺陷[9]。
本研究利用响应面试验设计软件 Design Expert，通过 Box-Behnken中心组合试验建立了超声波提
取扶桑叶黄酮的二次多项式数学模型，对该模型的方差分析得到扶桑叶黄酮化合物提取因子影响大小
为：液料比＞超声时间＞乙醇浓度；通过响应面分析和求解模型方程得到各最佳因素分别为：乙醇浓
度 70%，超声提取时间 70 min，液料比 40∶1，将各最佳数据代入提取量方程可获得最大的黄酮提取
量为 34.56 mg/g。因正交实验所得结果较为简略，不能给出因素范围内的最优值，而响应面实验可克
服这一弊端，理论上能够得出实验因素的最优值。
参考文献：
[1] 国家中医药管理局,中华本草编委会. 中药本草(第 5册)[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 1999: 351-352．
[2] 江苏新医学院. 中药大词典[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 1996: 1096．
[3] Akinmoladun A C, Ibukun E O, Dan-Ologe I A. Phytochemical constituents and antioxidant properties of extracts from the
leaves of chromolaena odorata[J]. Scientific Research Essays, 2007,2(6): 191-194.
[4] Owen R W, Haubner R, Mier W. Isolation structure elucidation and antioxidant potential of the major phenolic and flavonoid
compounds in brined olive drupes[J]. Food and Chemical Toxicology, 2003,41: 703-717.
[5] Cesquini M,Torsoni M A, Stopppa G R. t-BOOH-induced oxidative damage in sickle red blood cells and the role of
flavonoids[J]. Biomedicine & Pharmacotherapy, 2003,57: 124-129.
[6] 陈业高. 植物化学成分[M]. 北京: 化学工业出版社, 2004: 232．
[7] 程海燕 ,戚向阳 ,李培培 . 超声波辅助提取杨梅果实中黄酮类化合物的工艺研究 [J]. 现代食品科技 , 2009(9):
1066-1069．
[8] 杨红. 中药化学实用技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2004．
[9] 王菲. 软枣猕猴桃黄酮类化合物的提取纯化及生物活性研究[D]. 沈阳: 沈阳农业大学博士学位论文, 2011．