全 文 ：第 43 卷第 4 期
2015 年 2 月
广 州 化 工
Guangzhou Chemical Industry
Vol. 43 No. 4
Feb. 2015
八角金盘花黄酮提取工艺优化及其氧化活性*
黄建丹，蒋益花
(浙江树人大学生物与环境工程学院，浙江 杭州 310015)
摘 要:采用醇提法提取八角金盘花总黄酮及并测定其抗氧化活性。在单因素试验的基础上，采用 Box － Behnken中心组合
试验设计和响应面 (ＲSM)分析法，对八角金盘花总黄酮提取条件进行优化，建立并分析了乙醇浓度、料液比、温度和时间 4 因
子与总黄酮得率关系的数学模型。试验结果表明:最佳工艺参数为乙醇浓度 59. 90%，提取温度 79. 18℃，料液比为 54. 53 mL /g，
提取时间为 1. 01 h。试验证明，此条件下总黄酮提取率达 3. 24%，与模型预测值 3. 25% 基本一致。响应面模型回归方程与实际情
况拟合良好，能较好地预测八角金盘花总黄酮的提取率。八角金盘花总黄酮具有 DPPH·自由基清除能力略强于维生素 C。
关键词:响应面;八角金盘;总黄酮;提取工艺;抗氧化
中图分类号:Ｒ284. 2 文献标志码:A 文章编号:1001 － 9677(2015)04 － 0064 － 05
* 基金项目:浙江省教育厅科研项目 (No． Y201329873)。
第一作者:黄建丹 (1993 －) ，女，浙江树人大学生物与环境工程学院 2012 级应用化学专业本科学生。
通讯作者:蒋益花。
The Optimal Extracting Conditions for Fatsia japonica Flowers
Flavonoids and Its Antioxidant Activity*
HUANG Jian － dan，JIANG Yi － hua
(College of Biology and Environment，Zhejiang Shuren University，Zhejiang Hangzhou 310015，China)
Abstract:Total flavonoids of Fatsia japonica flower was extracted by alcohol － assisted extracts technique and to
determine the antioxidant activity. The extracting condition was optimized using Box － Behnken central composite
experimental design and response surface analysis (ＲSM)method based on single factor experiments. A mathematical
model was established and analyzed by response surface analysis (ＲSM) to describe the relationships among ethanol
concentration，solid － liquid ratio，temperature and time and extraction yield of flavonoids. The results showed that
optimum extracting conditions of total flavonoids from Fatsia japonica flowers were as follows:adding 1∶54. 53 g·mL －1
of 59. 90% alcohol and extracting for 1. 01 h，extraction temperature 79. 18 ℃. Under the optimal conditions，the maximal
yield of flavonoids was of 3. 24%，which was close to the estimated value 3. 25% from regression model. This model
could be used to predict the experiment results well. Fatsia japonica flower flavonoids with DPPH· free radical
scavenging activity was slightly stronger than vitamin C.
Key words:response surface;Fatsia japonica;total flavonoids;extracting conditions;antioxidant activity
八角金盘 (Fatsia japonica)为五加科八角金盘属常绿灌
木。原产我国台湾和日本，现长江流域以南地区广泛分布。其
根、皮具有活血化瘀、化痰止咳、散风祛湿、化瘀止痛等功
效［1］，还有一定的抗癌作用［2］。八角金盘根、叶、花和种子中
含多种三萜皂苷，苷元有齐墩果酸、常春藤苷元和刺囊酸等，
还有角鲨烯、长链脂肪酸及甲酯［3 － 5］，梁志远等用 GC － MS 分
析八角金盘茎、叶、花 (果实)中精油的化学成分［6］。目前，
关于八角金盘花黄酮的研究尚未见报道。响应面试验设计方法
ＲSD［7］是利用合理的试验设计并通过实验得到的一定数据，采
用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函数关系，通
过对回归方程的分析来寻求最优工艺参数，解决多变量问题的
一种统计方法，在食品及天然产物提取等领域有广泛应
用［8 － 12］。为了科学、充分地利用八角金盘花黄酮资源，采用响
应面试验设计方法(ＲSD)对影响总黄酮提取率的关键因素进行
条件优化，为进一步开发利用提供参考数据。
1 材料与方法
1. 1 材 料
八角金盘的花采自本校园。DPPH(1 g) ，Sigma 公司;芦
丁对照品(1 g)，中国药品生物制品检定所。所用试剂均为国
产分析纯。
仪器:UV －9100 紫外可见光谱仪:北京瑞利;AL204 电子
分析天平:上海垒固仪器有限公司;数显恒温水浴锅 HH － 2，
上海贝仑仪器设备有限公司;GZX － 91400MBE 电热恒温鼓风
干燥箱，上海姚氏仪器设备有限公司;FW80 高速万能粉碎机，
杭州汇尔仪器设备有限公司。
第 43 卷第 4 期 黄建丹，等:八角金盘花黄酮提取工艺优化及其氧化活性 65
1. 2 方 法
1. 2. 1 总黄酮的测定
定量原理［13］:根据《中国药典》(2000 年版)及当前普遍采
用的“NaNO2 － Al(NO3)3 － NaOH”体系。
标准曲线的制备:精密称取芦丁对照品 20 mg，置 100 mL
容量瓶中，加 80%乙醇溶解至刻度，摇匀即得对照品溶液。分
别精密吸取 1. 0，2. 0，3. 0，4. 0 和 5. 0 mL 分别置于 10 mL 比
色管中，各加 80%乙醇至 5 mL，加 5%NaNO2 溶液 0. 5 mL，摇
匀放置 6 min，再加 10%Al(NO3)3 溶液 0. 5 mL，摇匀，再放置
6 min，加 4%NaOH溶液 4 mL，摇匀放置 15 min，在 510 nm波
长处，以同法配制空白对照，测定吸光度值，得芦丁质量浓度
C(mg/mL)与吸光度 A 之间的关系式为:C = 0. 6503A + 0. 01032，
相关系数 r = 0. 9997。
样品处理及黄酮提取率测定:精密称取干燥、粉碎过 20目筛
的八角金盘花粉末 0. 5000 g置于锥形瓶中，一定条件下进行水
浴加热提取，浸提一次，滤去残渣，定容至 50 mL，即得黄酮
提取液。精密吸取黄酮提取液 1. 0 mL 于 10 mL 比色管中，按
“各加 80%乙醇至 5 mL”起依法进行操作，同时以相应的试剂
空白溶液为空白对照，在 510 nm 波长处测定吸光度值。按回
归方程计算样品液中黄酮提取率 Y。平行三份取平均值。
提取率 Y =(C × V × 10 －3 /m)× 100%
式中:C———回归方程的计算所得值，mg /mL
V———提取液总体积
m———所用原料的质量
1. 2. 2 响应面试验的设计
在使用响应面法优化之前，应先进行单因素试验，确立合
理的实验的各因素和水平。
单因素平行试验:准确称取几份样品的干燥粉末 0. 5000 g
置具塞锥形瓶中，分别对不同的提取剂浓度 (20%、30%、
40%、50%、60%、70%)、料液比 (1∶10、1∶20、1∶30、
1∶40、1∶50、1∶60)、提取时间 (30、45、60、90、120、
150 min)、提取温度 (40、50、60、70、80、90 ℃)等条件下
做单因素平行实验。
响应面试验:根据溶剂浓度、料液比、提取温度、提取时
间 4 个单因素试验结果，确定响应面试验因素水平，见表 1。
用 Design － Expert软件设计响应面试验，选用 Box － Behnken 试
验设计，做 4 因素 3 水平共 29 个试验点 (5 个中心点)的响应
面分析试验。
表 1 响应面实验因素水平
Table 1 Levels of factors in response surface methodology
水平
因素
A
浓度 /%
B
料液比 /(mL∶g)
C
时间 /h
D
温度 /℃
－ 1 40 40 1 70
0 50 50 1. 5 80
1 60 60 2 90
1. 2. 3 抗氧化性试验
DPPH·在有机溶剂中由于苯环的共轭和位阻及硝基的吸
电子作用，是一种稳定的以氮为中心的自由基，可以用来表征
某种物质对自由基的清除能力，通常用清除率表示。清除率越
大，表明该物质清除自由基的能力越强，即抗氧化活性越强。
目前，DPPH·法是用以评价天然抗氧化剂抗氧化活性的一种
快速、简便、灵敏可行的方法［14 － 15］。
将醇提所得的溶液液真空浓缩后用石油醚脱脂，脱脂后的
浓缩液用正丁醇萃取 3 次，合并萃取液并浓缩干燥，得八角金
盘黄酮提取物粗品。准确称取已制备的八角金盘黄酮提取物粗
品，用蒸馏水溶解，配成粗品配制成黄酮含量为 32 mg /L 的溶
液，用蒸馏水将该溶液稀释成 2，4，8，10，16 mg /L 测定液备
用。以维生素 C为对照品。
根据文献方法［16］ 并加以改进，用无水乙醇配制 2 ×
10 －4 mol /L的 DPPH· 溶液。在 10 m1 具塞试管中加入 2 mL
DPPH溶液 (2 × 10 －4 mol /L)和 2 mL 一定浓度的测定液，总
体积 4 mL。混合均匀，黑暗下室温避光反应 30 min 后，以原
溶剂调零点，于光径 1 cm比色皿中测定 DPPH混合溶液在 517 nm
处的的吸光值 A。每个试样分别重复测定 3 次，取平均值。抑
制率为:
G(%)=(Ai － Aj)/Ac × 100%
对 DPPH的清除率为:
K =1 － G
式中:Ai———2 mL DPPH溶液 + 2 mL测定液的吸光度
Aj———2 mL测定液 + 2 mL溶剂的吸光度
Ac———2 mL DPPH溶液 + 2 mL溶剂的吸光度
2 结果与讨论
2. 1 单因素提取条件实验结果
2. 1. 1 乙醇浓度的确定
试验条件:料液比 1∶50，提取时间 60 min，提取温度
60 ℃。从图 1 可以看出，在乙醇浓度为 40% ～60%内对应提取
率有个小平台。这种现象反映出八角金盘中所含的黄酮类化合
物具有黄酮苷元和糖苷两种形式，随着乙醇浓度的降低，前者
的溶出量相对减少，后者则相对增加，中等浓度的乙醇溶液对
两者的溶出率较适当。因此选择乙醇浓度范围 40% ～60%。
图 1 乙醇浓度对黄酮提取率的影响
Fig. 1 Effects of ethanol concentrations on extraction rate of flavonoids
2. 1. 2 料液比的确定
试验条件:提取时间为 1. 5 h，提取温度 80 ℃，50%乙醇
为提取剂。从图 2 可以看出，随着料液比的不断加大，黄酮化
合物的溶出率也显著加大。当料液比在 50 mL /g 后，黄酮化合
物的溶出率增长缓慢。故选择料液比在 40 ～ 60 mL /g。
图 2 料液比对黄酮提取率的影响
Fig. 2 Effects of Ｒatio of solvent to material on extraction rate of flavonoids
66 广 州 化 工 2015 年 2 月
2. 1. 3 提取时间的确定
试验条件:料液比 1∶50，提取温度 80 ℃，50%乙醇为提
取剂。从图 3 可以看出，随提取时间的增加，黄酮提取率增
大，当提取时间达到 1. 5 h 时后，总黄酮含量反而降低。这可
能是提取时间太长，破坏的些黄酮类物质也相对较多，故选择
时间范围为 1 ～ 2 h。
图 3 提取时间对黄酮提取率的影响
Fig. 3 Effects of extraction time on extraction rate of flavonoids
2. 1. 4 温度的确定
试验条件:料液比 1∶50，提取时间 60 min，50%乙醇为
提取剂。从图 4 可以看出，随提取温度的增加，黄酮提取率增
大，但温度超过 80 ℃以后提取率增加的幅度开始变小，温度
的升高有助于传质过程，使分子扩散运动越激烈，加快溶质的
扩散和溶剂的渗透，有利于黄酮类物质的溶出;但随着温度的
升高也可能会导致部分黄酮类物质的分解而使总黄酮减少。故
选择温度范围为 70 ～ 90 ℃。
图 4 提取温度对黄酮提取效率的影响
Fig. 4 Effects of extraction temperature on extraction rate of flavonoids
2. 2 响应面试验结果
2. 2. 1 实验结果
表 2 响应面实验数据
Table 2 Datas of ＲSD
试验号 A B C D 黄酮提取率 /%
1 － 1 0 0 1 2. 741
2 0 0 0 0 2. 999
3 1 0 0 1 2. 257
4 0 － 1 1 0 2. 361
5 1 1 0 0 2. 844
6 － 1 0 0 － 1 2. 021
7 0 1 0 1 2. 520
8 0 0 － 1 1 3. 139
9 0 0 0 0 2. 699
10 0 1 1 0 1. 989
11 0 － 1 － 1 0 2. 562
12 1 0 1 0 2. 708
13 0 0 － 1 － 1 2. 501
14 － 1 0 1 0 2. 476
续表 2
15 0 0 0 0 2. 999
16 1 0 － 1 0 2. 995
17 － 1 1 0 0 2. 341
18 0 1 0 － 1 2. 087
19 － 1 0 － 1 0 2. 232
20 0 0 0 0 2. 999
21 0 0 0 0 2. 999
22 0 0 1 － 1 2. 493
23 0 1 － 1 0 2. 951
24 0 － 1 0 1 2. 008
25 1 － 1 0 0 2. 585
26 1 0 0 － 1 2. 866
27 0 － 1 0 － 1 1. 899
28 0 0 1 1 2. 574
29 － 1 － 1 0 0 2. 489
2. 2. 2 方差分析
采用 Design － Expert 软件对表 3 实验数据进行方差分析，
结果见表 3。结果表明，料液比的二次项(B2)、温度的二次项
(D2)、乙醇浓度(A)与温度(D)的交互 3 个因子的 P值均小于
0. 01，对八角金盘花黄酮的提取率的影响极显著;乙醇浓度
(A)、提取时间(C)的 P值均小于 0. 05 大于 0. 01，对八角金盘
花黄酮的提取率的影响显著。
表 3 方差分析
Table 3 Analyze of mean square
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 Prob ＞ F
模型 2． 93 14 0． 21 4． 43 0． 0044
A 0． 32 1 0． 32 6． 74 0． 0211
B 0． 057 1 0． 057 1． 21 0． 2900
C 0． 26 1 0． 26 5． 58 0． 0331
D 0． 16 1 0． 16 3． 32 0． 0898
A2 0． 12 1 0． 12 2． 51 0． 1357
B2 0． 91 1 0． 91 19． 31 0． 0006
C2 0． 043 1 0． 043 0． 92 0． 3538
D2 0． 65 1 0． 65 13． 73 0． 0024
AB 0． 041 1 0． 041 0． 88 0． 3650
AC 0． 070 1 0． 070 1． 49 0． 2420
AD 0． 44 1 0． 44 9． 35 0． 0085
BC 0． 14 1 0． 14 3． 07 0． 1019
BD 0． 026 1 0． 026 0． 56 0． 4684
CD 0． 078 1 0． 078 1． 64 0． 2209
残差 0． 66 14 0． 047
失拟性 0． 59 10 0． 059 3． 27 0． 1322
纯误差 0． 072 4 0． 018
总差 3． 59 28
2. 2. 3 拟合模型的建立
对响应面试验数据进行回归拟合，确立如下回归方程:
Ｒ =2. 94 + 0. 16A + 0. 069B － 0. 15C + 0. 11D － 0. 14A2 －
0. 37B2 － 0. 082C2 － 0. 32D2 + 0. 10AB － 0. 13AC －
0. 33AD － 0. 19BC + 0. 081BD － 0. 14CD
第 43 卷第 4 期 黄建丹，等:八角金盘花黄酮提取工艺优化及其氧化活性 67
由于该方程的二次项系数均为负数，所以方程代表的抛物
面开口向下，有极大值。由表 3 可以看出，模型的 P = 0. 0044
(极显著)，失拟项检验的 P = 0. 1322(不显著) ，表明模型充分
拟合试验数据，该方程是八角金盘花黄酮的提取率与提取工艺
参数的合适数学模型。方差分析说明各个具体试验因子与响应
值都不是简单的线性关系。
2. 2. 4 交互作用分析
在乙醇浓度、料液比、提取时间、提取温度这四个因素中
任取两个作为 X和 Y，以提取率作为 Z，作出相应的三维曲面
图。乙醇浓度与提取温度的交互作用对响应值的影响较大，如
图 5，表现为曲线比较陡，这与回归分析的结果吻合。
图 5 Ｒ = f (C，D)的响应面图
Fig. 5 Ｒesponse surface plots of Ｒ = f (C，D)
2. 2. 5 最优工艺验证
利用软件预测模型的极大值，并得出提取的最优条件为:
乙醇浓度为 59. 90%、料液比 54. 53 mL /g，提取时间为 1. 01 h、
提取温度 79. 18 ℃。绘出回归模型的等值线如图 6，并预测黄
酮最大提取率为 3. 25%。在此条件下进行验证试验，平行
3 次。所得黄酮提取率分别为 3. 25%、3. 20%、3. 28%，平均
提取率为 3. 24%，与模型得出的最大提取率 3. 25%相差较小，
验证了模型的有效性。
图 6 回归模型的等值线
Fig. 6 Isograms of regression model
2. 3 抗氧化活性测定
由图 7 可知，八角金盘黄酮提取物粗品和维生素 C在试验
浓度范围内与清除 DPPH·自由基呈现出良好的量效关系，随
浓度的增大，抑制能力逐渐增强，相关系数分别为 0. 996 和
0. 999。八角金盘黄酮提取物粗品清除 DPPH·自由基能力稍强
于维生素 C。
图 7 粗提物清除 DPPH·自由基的能力
Fig. 7 Scavenging DPPH· free radical capacity of crude extracts
3 结 论
在单因素试验的基础上，运用响应面设计的理论与方法，
确定了最佳提取工艺:提取时间 1. 01 h，乙醇体积分数为
59. 90%，料液比为 1∶54. 53，提取温度 79. 18 ℃。在此条件
下，模型预测的黄酮提取率为 3. 25%，试验验证值为 3. 24%，
因此响应面设计的结果较为准确可靠，可用于提取八角金盘花
黄酮工艺条件的优化和预测。八角金盘花总黄酮具有较好的
DPPH·自由基清除能力。
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(下转第 78 页)
78 广 州 化 工 2015 年 2 月
1. 4 渣饼干燥
启动反应釜内耙杆，将发酵后的固渣自釜底排除。使用鼓
风干燥或者日晒，将固渣内水份将至 12%以下。
2 生物饲养试验
与广东龙川县某养殖场联系，争取到生物试验的条件，将
前述获得的渣饼(水份含量小于 10%) ，添加到小猪饲料中进
行生物实验。在每吨小猪饲料的原有配方(配方 A)中加入50 kg
的油茶粕渣饼替代等量的玉米(配方 B) ，或加入 50 kg 花生粕
替代等量玉米(配方 C)。在养殖场选取 24 ～ 26 kg 的外三元小
猪 30 头分成三栏，分别喂食三种配方饲料。经过 30 天的饲养，
获得饲养效果如表 1。
表 1 外三元小猪饲养情况对比
期初猪
总重 /kg
期末猪
总重 /kg
平均每头
日增重 /
(kg /d /a)
饲料配方
成本 /
(元 /吨)
猪形体和
膘情
新增
疫情
配方 A 251 402 0. 503 3480 标准，膘情好 无
配方 B 250 423 0. 577 3380 标准，膘情好 无
配方 C 251 415 0. 547 3530 肚腹偏大过肥 无
在每吨肉牛饲料原有配方(配方 D)中加入油茶渣饼 100 kg
替代等量玉米(配方 E) ，选定 10 头肉牛分两组分别喂食配方 D
和配方 E，经过 30 天饲养，获得饲养效果如表 2。
表 2 夏洛莱肉牛饲养情况对比
期初牛
总重 /kg
期末牛
总重 /kg
平均每头
日增重 /
(kg /d /a)
牛形体和膘情
新增
疫情
配方 D 1540 1728 1. 25 标准，膘情好 无
配方 E 1560 1795 1. 56 标准，膘情好 无
3 结果与分析
从表 1 分析，外三元小猪摄取配方 B和配方 C饲料后，明
显比原配方 A的增重效果要好，主要源于油茶粕和花生粕的蛋
白营养要高于玉米粉，但由于花生粕未经脱油处理，脂类含量
过高造成体形过肥，瘦肉率下降。从配方 B 的饲养结果来看，
添加发酵油茶渣饼后并未对小猪的生长产生负面影响，反而长
速增加，说明本工艺处理后的油茶渣饼中不仅茶皂素、单宁和
咖啡碱等有害成分控制在一定的水平以下，同时油茶粕中的蛋
白、多糖等营养成份损失较小。据文献报道，少量的茶皂素对
动物的生长有一定积极作用，其促生长机理是茶皂素通过多巴
胺、去甲肾上腺素的增加使 cAMP 和 cGMP 活性增强，从而提
高了营养物质的消化和吸收。同时茶皂素能够增加肠黏膜的通
透性，促进营养物质的吸收，增强仔猪抗腹泻能力，提高饲料
利用效率，改善肉品质［5］。同时发酵后的油茶粕中糖萜素的含
量大大提高，有效成分包括寡糖、三萜皂甙和有机酸 (即酸化
剂)，其主要作用和功能是增强机体免疫功能，提高抗病力，
改善畜禽、水产产品的品质，具有抗应激和抗氧化作用，进而
提高畜禽、水产品的生产性能，对饲喂动物无毒害，无药残，
无污染环境，符合卫生保健要求。对比饲料配方成本，配方 B
和配方 E的生产成绩明显比对照组要好。在肉牛饲料中添加发
酵油茶渣饼后，肉牛生长速度明显加快，饲养成本更低。
4 结 论
油茶粕经过处理后，可作为饲料原料添加到猪饲料和牛饲
料中。具体方案是先去除茶皂素，再对固渣进行去毒处理和生
物混菌发酵，获得的产品可以添加到饲料中部分替代玉米和大
豆粕，既保障了饲料的安全性，也降低了饲料成本。选择外三
元肥猪及夏洛莱肉牛进行饲养试验，发现添加发酵油茶粕的饲
料，不仅能够显著改善 25 kg 左右小猪的生长速度 (每头日增
重达 0. 577 kg，较对照组高 12%)，对肉牛的生长促进作用也
很明显，与此同时饲料综合成本也降低了 100 元 / t。生物实验
结果说明，经过处理后的油茶粕作为一种饲料原料，是有效、
安全且经济的。
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