全 文 ：工 艺 技 术
2012年第22期
Vol . 33 , No . 22 , 2012
南昆山毛叶茶花色苷提取优化工艺研究
陈 琼，陈忠正，陆瑞琼，李 斌*
（华南农业大学食品学院，广东广州 510642）
摘 要：为优化超声辅助提取南昆山毛叶茶紫芽花色苷的工艺，本研究对主要提取工艺参数进行三因素三水平实验
设计，采用二次回归旋转组合实验，确定超声辅助提取优化条件。研究结果表明，在实验范围内，各因素对南昆山毛叶
茶紫芽提取量影响程度从大到小依次为超声提取时间、超声功率、料液比，确定超声波提取的最佳工艺条件为超声时
间25min，超声功率158W，料液比1∶33（g/mL），在此条件下，花色苷提取量为8.092mg/g。
关键词：南昆山毛叶茶，花色苷，提取，响应面法
Study on optimizing conditions for anthocyanins extraction from
Camellia ptilophylla chang
CHEN Qiong，CHEN Zhong-zheng，LU Rui-qiong，LI Bin*
（College of Food Science，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China）
Abstract：In this experiment，optimization for anthocyanins extraction from purple leaves of Camellia ptilophylla
chang was investigated using response surface methodology. The optimization strategy used was a three-
factor three-level quadratic regression rotary combination design. The importance of three process parameters
affecting extraction yield of anthocyanins in the order from highest to lowest was：ultrasonic treatment time，
ultrasonic power，liquid-to-solid ratio. Ultrasonic treatment time of 25min，ultrasonic power 158W，liquid-to-
solid ratio 1∶33（g/mL） were found optimum for anthocyanins extraction from Camellia ptilophylla chang. Under
the optimum technology，the extraction of anthocyanins was 8.092mg/g.
Key words：Camellia ptilophylla chang；anthocyanins；extraction；response surface methodology
中图分类号：TS272 文献标识码：B 文 章 编 号：1002-0306（2012）22-0309-03
收稿日期：2012－08－17 * 通讯联系人
作者简介：陈琼（1974-），女，在读博士，研究方向：食品生物技术。
基金项目：现代农业产业技术体系建设专项资金资助（CARS-23）。
南昆山毛叶茶（Camellia ptilophylla chang）是20
世纪80年代初，中山大学著名植物分类学家张宏达
教授在中国广东境内发现的一种天然无或低咖啡碱
的茶树品种资源[1-2]。该茶树体内生物碱的组成由3%
～6%的可可碱替代了3%～5%的咖啡碱，在药理和生
理功能上，避免了咖啡碱引起的不适症状，具有强
心，保护缺氧心肌，提高机体动态耐力，抗肿瘤等特
殊的功能活性，是珍稀的天然茶树品种资源[2]。除了
特殊的生物碱代谢模式外，南昆山毛叶茶红紫色芽
叶发生率高达60%~70%，花色苷含量远高于黄绿色
芽叶[3]。在传统的茶叶加工中，紫色芽叶由于滋味苦
涩、色泽深暗等不良品质被剔除[4]。然而，随着植物花
色苷在抗炎、调节血脂、改善胰岛素抵抗、抗肿瘤等
一系列生物活性研究的不断深入，茶叶紫色芽叶的
研究开始受到关注。超声波辅助提取技术与传统的
浸提法相比，大大缩短了提取时间，提高了提取效
率，而且不会改变被浸泡的化学成分的结构和性质，
在提取花色苷类热敏性物质时显示出优越的性能[5]。
本研究拟采用响应面法优化超声波辅助提取南昆山
毛叶茶紫芽花色苷的工艺参数，旨在为南昆山毛叶
茶这一特色种质资源的深入研究及开发利用奠定技
术基础。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
南昆山毛叶茶 广东省南昆山采集春夏季毛叶
茶紫芽1芽2~3叶，微波干燥固样；酸性甲醇溶液 85mL
无水甲醇加15mL 1.5mol/L盐酸混匀，分析纯。
SB-5200DTD型超声辅助提取仪 宁波新芝生
物科技股份有限公司；UV1200型紫外分光光度计
HITACHI公司。
1.2 实验方法
1.2.1 南昆山毛叶茶紫芽花色苷的提取 取3.0g茶
粉，按一定料液比加入1%盐酸甲醇溶液浸提1h。置
于超声发生装置中进行超声处理，摇床振荡10min
（60r/min）后，过滤除滤渣，取上清液4mL，用1%盐酸
甲醇溶液定容至10mL，平衡30min后，在535nm处测
定其吸光值。以1%盐酸甲醇为对照样，参考茶叶中
花色苷量测定方法[6]，确定花色苷提取量。
花色苷提取量（mg/g）=（A-A对照）×101.83×W
V
× X
50
式中：A：试液吸光值；V：吸取上清液量，mL；X：
液料比；W：样品干重，g；A对照：用1%盐酸甲醇代替
309
DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2012.22.075
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试样测定；101.83：换算系数；50：稀释倍数。
1.2.2 南昆山毛叶茶紫芽花色苷提取工艺二次回归
旋转组合设计实验 根据前期单因素实验结果，以
影响南昆山毛叶茶紫芽花色苷量的主要因素为输入
变量，以花色苷提取量为指标，采用二次回归旋转组
合实验设计优化提取工艺。
1.2.3 响应面实验因素及编码水平 选择提取温度
30℃，选用对花色苷溶出影响较大的料液比、超声波
提取时间、超声波功率共3个因素，进行二次回归旋
转组合实验，各因素水平及编码按表1所示。
1.2.4 数据分析 实验数据用Design Expert 8.0软件
进行分析。
2 结果与分析
2.1 响应面实验设计及结果
采用响应面法对提取工艺参数进行三因素三水
平实验设计，具体实验设计及结果如表2所示。
2.2 回归方程的建立与检验
利用Design Expert软件对表2中数据进行二次多
元回归拟合，得到南昆山毛叶茶花色苷提取量预测
值对编码自变量A、B和C的二次多项回归方程：
Y=7.49+0.17A+0.39B-0.2C+0.032AB-0.068AC-
0.12BC-0.4A2+0.069B2-0.63C2
对上述回归模型进行方差分析（见表3），结果表
明，模型是显著的（p＜0.0001），回归模型的决定系数
为0.9887，说明该模型能够解释98.87%的变化，因此
可用此模型对南昆山毛叶茶紫芽花色苷提取量进行
分析和预测，对实践具有指导意义。
2.3 各因素影响程度和因素间交互作用分析
由表3的方差分析结果可知，模型的一次项对南
昆山毛叶茶紫芽花色苷提取的线性效应极显著，二
次项A2、C2对南昆山毛叶茶花色苷提取的曲面效应
极显著，B2项对南昆山毛叶茶花色苷提取的曲面效
应不显著，交互项BC交互效应较显著，交互项AB、
AC交互效应不显著，各因素对紫芽花色苷提取量的
影响从大到小依次为提取时间、超声功率、料液比。
超声功率和超声时间对花色苷提取量的影响响
应曲面见图1。由图1可知，提取时间与超声功率的交
互作用显著，在料液比为1∶30，超声功率为90W时，要
得到较高含量的花色苷，提取时间要大于25min，而
当超声功率为150W时，提取时间只需20min。这表明
在本实验水平范围内，适当提高超声功率有利于花
色苷的溶出并缩短提取时间。
超声功率和料液比对花色苷提取量的影响见图2。
由图2可知，在提取时间为20min时，超声功率与料液
比对南昆山毛叶茶紫芽花色苷提取量的交互作用不
显著。在料液比一定的情况下，紫芽花色苷的提取量
含量先随着超声功率的增大而增加，当功率大于150W
时，继续增大超声功率，提取量下降。当超声功率一
定时，花色苷提取量随料液比增大呈先增加后降低的
因素
水平
-1 0 1
料液比A（g/mL） 1∶20 1∶30 1∶40
提取时间B（min） 15 20 25
超声功率C（W） 90 150 210
表1 响应面实验因素水平编码表
Table 1 Coded variables and their coded levels in
response surface analysis
实验号 A B C 花色苷提取量（mg/g）
实际值 预测值
1 0 0 0 7.51 7.49
2 0 0 0 7.50 7.49
3 0 1 -1 7.52 7.49
4 -1 0 1 6.18 6.15
5 -1 1 0 7.11 7.20
6 0 0 0 7.53 7.49
7 0 1 1 6.93 6.86
8 1 -1 0 6.86 6.77
9 1 1 0 7.60 7.61
10 0 -1 -1 6.41 6.48
11 -1 -1 0 6.50 6.49
12 1 0 1 6.29 6.36
13 0 0 0 7.49 7.49
14 -1 0 -1 6.47 6.41
15 0 0 0 7.40 7.49
16 1 0 -1 6.86 6.89
17 0 -1 1 6.28 6.31
表2 响应面实验方案设计及结果
Table 2 Experimental design and corresponding results for
response surface analysis
变异来源 平方和 自由度 均方 F p 显著性
模型 4.3932 9 0.4881 67.8210 <0.0001 **
A 0.2313 1 0.2313 32.1417 0.0008 **
B 1.2137 1 1.2137 168.6282 <0.0001 **
C 0.3126 1 0.3126 43.4329 0.0003 **
AB 0.0041 1 0.0041 0.5638 0.4772
AC 0.0187 1 0.0187 2.6039 0.1506
BC 0.0529 1 0.0529 7.3563 0.0301 *
A2 0.6774 1 0.6774 94.1168 <0.0001 **
B2 0.0203 1 0.0203 2.8136 0.1374
C2 1.6946 1 1.6946 235.4442 <0.0001 **
残差 0.0504 7 0.0072
变异 4.4436 16
表3 响应面试验结果的方差分析
Table 3 Analysis variance of the constructed regression equation
注：R2=0.9887；校正R2=0.9741。
图1 超声功率和超声时间对花色苷提取量的影响响应曲面
Fig.1 Response surface maps of the changes of anthocyanins
with ultrasonic power and time
7.5
8
7
6.5
6
提
取
量
（
m
g/
g）
210.00
90.00
120.00
150.00
180.00
C：超声功率（W） 15.00
19.0017.00
21.0023.00
25.00
B：提取时间（min）
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趋势，过高的超声功率会导致花色苷的分解，造成损
失。因此，当料液比、提取时间和超声功率合理搭配
时才能获得较好的提取效果。
料液比和超声时间对花色苷提取量的影响响应
曲面见图3。由图3可知，在本实验水平范围内，在超
声功率为150W时，提取时间与料液比对南昆山毛叶
茶紫芽花色苷提取量的交互作用不显著。在一定的
料液比范围内，随着料液比的增大，花色苷的提取量
增加，料液比超过一定范围后，花色苷的提取量反而
下降。当料液比一定时，花色苷提取量随着超声时间
的增加而增大。当提取时间一定时，适当加大料液
比，能提高紫芽花色苷的提取量。
2.4 工艺参数的优化及验证
通过对南昆山毛叶茶紫芽花色苷提取量的二次
项数学模型解逆矩阵，得出南昆山毛叶茶紫芽中花
色苷最优组合方案的提取条件为：料液比1∶33（g/mL），
超声功率158W，超声时间25min。按最优组合方案进
行验证实验3次，由表4验证性实验可知，该条件下的
最大提取含量预测值为7.876mg/g，在最优条件下，验
证花色苷提取量为8.092mg/g，与理论预测值的相对
误差为2.7%。在此条件下的花色苷提取量比单因素
得出的最佳提取条件下的产量高出6.03%。说明基于
响应面法所得优化工艺参数可靠，具有实用价值。
3 结论与讨论
本实验曾对提取溶剂浓度、超声提取温度、超声
功率、提取时间、料液比等单因素进行考察，结果发
现，甲醇提取效果优于乙醇，甲醇浓度增大有利于南
昆山毛叶茶紫芽花色苷的提取，而且加入少量盐酸
有利于花色苷的稳定，但盐酸浓度较大时，浓缩蒸发
时浓度过高，会降解花色苷，不利于提取，因此选用
1%盐酸甲醇作为提取溶剂。最终确定超声功率、提
取时间、料液比作为响应面设计实验的考察因素。由
于花色苷对高温和光照较为敏感，因此提取过程适
宜在室温下避光进行。
本实验采用响应面分析法进行南昆山毛叶茶紫
芽花色苷提取工艺的研究，三因素对花色苷提取含
量的影响程度大小依次为提取时间、超声功率、料
液比，确定超声波提取的最佳工艺条件为料液比
1∶33（g/mL），超声功率158W，超声时间25min，在该优
化条件下，花色苷提取量为8.092mg/g。该工艺提取得
量高、操作简便，为南昆山毛叶茶紫芽花色苷的提取
提供了实验依据。
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项目 A B C 提取量（mg/g）
单因素试验最佳条件 1∶30 25 150 7.604±0.044
响应面实验最佳条件 1∶33 25 158 8.092±0.031
表4 验证试验结果
Table 4 Verifying test results
图2 超声功率和料液比对花色苷提取量的影响响应曲面
Fig.2 Response surface maps of the changes of anthocyanins
with ultrasonic power and solid-liquid ratio
7.5
8
7
6.5
6
提
取
量
（
m
g/
g）
210.00
90.00
120.00
150.00
180.00
C：超声功率（W） 1∶20
1∶30
1∶25
1∶35
1∶40
A：料液比（g/mL）
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第308页）
图3 料液比和超声时间对花色苷提取量的影响响应曲面
Fig.3 Response surface maps of the changes of anthocyanins
with time and ultrasonic power
7.8
8
提
取
量
（
m
g/
g）
25.00
15.0017.00
19.0021.00
B：提取时间（min）
7.6
7.4
7
7.2
6.8
6.6
6.4
23.00
1∶20
1∶30
1∶25
1∶35
1∶40
A：料液比（g/mL）
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