全 文 ：101※工艺技术 食品科学 2010, Vol. 31, No. 16
了哥王总黄酮的超声波协同微波提取工艺及其
抗氧化活性研究
李姣姣，李 超 *
(徐州工程学院食品工程学院，江苏 徐州 221008)
摘 要：在单因素试验基础上，采用Box-Behnken设计对了哥王总黄酮超声波协同微波提取工艺中的乙醇体积分数、
提取时间和微波功率 3因素最优化组合进行定量研究，建立并分析各因素与得率关系的数学模型。同时研究了哥王
总黄酮对 DPPH和羟自由基的清除效果。结果表明：最佳的工艺条件为乙醇体积分数 70%、提取时间 123s、微
波功率 419W，经实验验证在此条件下得率为 1.172%，与理论计算值 1.162%基本一致，说明回归模型能较好地预
测了哥王中总黄酮的提取得率；当总黄酮质量浓度在 13.16～78.96μg/mL和 0.43～52.64μg/mL范围内，其对DPPH
自由基和羟自由基的清除率分别为 20.87%～71.11%和 9.04%～52.21%，且都存在明显的量效关系。
关键词：了哥王；总黄酮；超声波协同微波提取；响应曲面法；抗氧化活性
Ultrasonic-microwave Synergistic Extraction and Antioxidant Activity of Total Flavonoids from
Wikstroemia indica (Linn.) C.A. Mey.
LI Jiao-jiao，LI Chao*
(College of Food Engineering, Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou 221008, China)
Abstract ：We report the response surface optimization of the process of extracting total flavonoids from Wikstroemia indica (Linn.)
C.A.Mey with an ultrasonic-microwave synergistic extractor and the subsequent evaluation of antioxidant activity of the extract. Based
on a series of one-factor-at-a-time investigates, Box-Behnken experimental design was employed to provide experimental data for
developing a regression model with the extraction yield of total flavonoids as dependent variable and three process conditions, namely
ethanol concentration, length of extraction and microwave power as independent variables, and the interactive effects of the three
independent variables on the dependent variable were analyzed. The optimum process conditions for extracting total flavonoids from
Wikstroemia indica (Linn.) C.A.Mey were determined as follows: ethanol concentration, 70%; length of extraction, 123 s; and
microwave power, 419 W. Under such conditions, the experimental value of extraction yield of total flavonoids was 1.172%, in
substantial agreement with the predicted value of 1.162%. This demonstrates that the developed regression model could give an
accurate prediction of extraction yield of total flavonoids. The total flavonoid extract in concentration ranges from 13.16
to 78.96μg/mL and from 0.43 to 52.64μg/mL could scavenge both DPPH and hydroxyl free radicals in a significant concentration-
dependent way, with scavenging ratios ranging from 20.87% to 71.11% and from 9.04% to 52.21%, respectively.
Key words：Wikstroemia indica (Linn.) C.A.Mey.；total flavonoids；ultrasonic-microwave synergistic extraction；
response surface methodology；antioxidant activity
中图分类号：TQ461 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2010)16-0101-05
收稿日期：2010-04-24
基金项目：江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目
作者简介：李姣姣(1988—)，女，本科生，研究方向为天然产物化学及食品加工。E-mail：lijiao0302@yahoo.cn
*通信作者：李超(1978—)，男，讲师，博士，研究方向为天然产物化学及食品加工。E-mail：chaoge002@163.com
了哥王(Wikstroemia indica(L.)C.A. Mey.)始载于
《岭南采药录》，为瑞香料荛花属植物，苦寒、微辛、
有毒，清热解毒、化痰散结、通经利水，可用于治
疗扁桃体炎、腮腺炎、淋巴结炎、支气管炎、哮喘、
肺炎、风湿性关节炎、跌打损伤、麻风、闭经、水
肿等疾病[ 1 -6 ]，其主要含有黄酮等有效成分。超声波协
同微波提取具有操作简便快捷、提取时间短及效率高等
特点，目前己广泛应用在生物活性物质的提取方面[7-8]。
2010, Vol. 31, No. 16 食品科学 ※工艺技术102
本实验采用超声波协同微波提取了哥王中总黄酮，探索
其提取的最佳工艺参数，旨在为了哥王的提取提供新的
有效途径。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
了哥王 安徽亳州药材市场；DPPH Sigma公司；
芦丁对照品 中国药品生物制品检定所；乙醇、
NaN O 2、Al(N O 3) 3、Na OH、硫酸亚铁、水杨酸和双
氧水等皆为分析纯。
1.2 仪器与设备
标准检验筛 浙江上虞华美仪器纱筛厂；风选中药
粉碎机 山东省青州市精诚机械制造有限公司；FA2104N
电子分析天平、7230G可见分光光度计 上海精密科学
仪器有限公司；SENCO R201L旋转蒸发器 上海申生科
技有限公司；SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵 巩义市英峪
予华仪器厂；XMT-152电热恒温干燥箱、数显式电热
恒温水浴锅 上海跃进医疗器械厂；SHJM-1数显恒温
搅拌电热套 山东省鄄城现代实验仪器厂；CW-2000型
超声 -微波协同萃取仪(超声波频率 40kHz，功率 50W；
微波频率 2450MHz，功率 50～800W) 上海新拓分析仪
器科技有限公司。
1.3 方法
1.3.1 标准曲线的建立
按文献[9]方法稍加修改：精密称取芦丁 20mg置于
250mL容量瓶中，加 60%乙醇稀释至刻度，摇匀，配
成 0.08mg/mL的对照品储备液。精密量取对照品储备液
0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0mL，分别置于 10mL具
塞刻度试管中，先依次分别加 6 0 % 乙醇 5 . 0、4 . 0、
3.0、2.0、1.0、0mL，再加入 0.3mL 5% NaNO2摇匀
后静止 6min，再加入 0.3mL 10% Al(NO3)3摇匀后静止
6min，最后加入 4mL 1mol/L NaOH后用 60%乙醇定容
至刻度，摇匀后静止 10min，于波长 510nm处测定吸光
度。以芦丁质量浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，得
回归方程：A=11.688C－ 0.0301，R2＝ 0.9990，结果表
明在 0.008～0.040mg/mL之间线性良好。
1.3.2 超声波协同微波提取
精确称取 1.4g原料于 100mL特制三角瓶中，再加入
一定体积一定体积分数的乙醇后，提取、抽滤、定容、
测定。提取时超声波处于运行状态。
1.3.3 工艺优化设计
1.3.3.1 单因素试验
分别以乙醇体积分数、液料比、提取时间和微波
功率为影响因素考察其对得率的影响。
1.3.3.2 Box-Behnken试验设计
结合前期单因素试验结果，选取乙醇体积分数、
提取时间和微波功率对得率影响显著的 3个因素，采用
3因素 3水平的Box-Behnken试验方法进行提取条件的优
化。试验因素水平设计见表 1。
因素 代码
水平
－ 1 0 1
乙醇体积分数 /% x1 60 70 80
提取时间 /s x2 90 120 150
微波功率 /W x3 300 400 500
表 1 因素水平表
Table 1 Variables and levels in the response surface design
设该模型通过最小二乘法拟合的二次多项方程为：
Y=β0＋Σβix i＋ΣΣβijx ixj＋Σβiix i2
式中：Y为预测响应值；x i和 x j为自变量代码值；
β0 为常数项；βi 为线性系数；βi j 为交互项系数；βi i
为二次项系数。按照Box-Behnken试验设计的统计学要
求，需要 15组试验对上述方程的各项回归系数进行回归
拟合。
1.3.4 得率计算
　　 总黄酮质量
得率 /%=——————× 100
　　 了哥王质量
1.3.5 抗氧化活性
1.3.5.1 DPPH自由基
按文献[10]方法稍加修改：将 1mL不同质量浓度了
哥王总黄酮与 3mL 1.42mmol/L DPPH自由基反应，反应
平衡时(40min)于 517nm波长处测定吸光度，研究不同质
量浓度的了哥王总黄酮对 DPPH自由基的清除率。

Ai－Aj
清除率 /%=(1－————)× 100

Ac
式中：Ai为加试样反应后 DPPH溶液的吸光度；Aj
为不加DPPH只加试样的溶液的吸光度；Ac为不加试样
只加 DPPH 的溶液的吸光度。
1.3.5.2 羟自由基
按文献[11]方法稍加修改：利用H2O2与 FeSO4混合
产生·O H，在体系内加入水杨酸能有效地捕捉·O H
并产生有色物质，该物质在波长 510nm处有最大吸收。
其清除效率可根据下式进行计算：

A0－Ax
清除率 /%=————× 100

A0
A0值的测定(以纯水为参比)：在 25mL的比色管中
依次移取 5mL 2mmol/L硫酸亚铁溶液和 5mL 6mmol/L双
> 3
i=1
3
i3
i=1>
103※工艺技术 食品科学 2010, Vol. 31, No. 16
氧水溶液，混合均匀后用 6mmol/L水杨酸溶液定溶至刻
度。在 36～37℃恒温水中反应 15min后在分光光度计上
测其 A值，此值即为 A0值。Ax值测定(以纯水为参比)：
在25mL的比色管中依次移取5mL 2mmol/L硫酸亚铁溶液
和 5mL的 6mmol/L双氧水溶液，加入 10mL不同浓度的
提取液，混合均匀后用 6mmol/L水杨酸溶液定溶至刻
度。在 36～37℃的恒温水中反应 15min后在分光光度计
上测其 A值，此值即为 A x 值。
2 结果与分析
2.1 单因素试验
2.1.1 乙醇体积分数的影响
1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
得
率
/%
乙醇体积分数 /%
50 60 70 80 90 100
图 1 乙醇体积分数对得率的影响
Fig.1 Effect of ethanol concentration on the extraction yield of
total flavonoids
由图 1 可知，随着乙醇体积分数的升高，得率有
一个先上升后下降的趋势，在乙醇体积分数 70%时得率
达到了最大值。这是因为总黄酮为极性化合物，根据
相似相溶原理，通过调节乙醇和水的配比改变乙醇溶液
的极性，对总黄酮的提取效果有较大影响。
2.1.2 液料比的影响
由图 2 可知，提取剂的增加，更有利于总黄酮的
溶出，这是因为溶剂和原料间的浓度差越大，其提取
效率就越高，目标物质就越容易溶出，然而在液料比
增加到 30:1之后，总黄酮得率有下降的趋势，这是因
为当溶剂过大时，超声波协同微波的能量对沉滞低层的
原料颗粒的热效应(相同时间提供的热量被提取剂吸收的
比例增加)、空化效应和机械效应等效应的强度减弱，
影响提取的效果，同时会造成溶剂和能源的浪费，并
给后序的浓缩工作带来困难。因此选择液料比为 30:1。
2.1.3 提取时间的影响
1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
得
率
/%
90 120 150 180 210 240
提取时间 /s
图 3 提取时间对得率的影响
Fig.3 Effect of length of extraction on the extraction yield of total
flavonoids
由图 3可知，在提取 120s 之前，总黄酮不能充分
地转移到溶液中，随着提取时间的增加，总黄酮的含
量增加，在 120s 时达到峰值，之后，继续增加时间，
得率有所下降，这可能是因为随着提取时间的增加，温
度急剧升高，导致总黄酮分解或挥发所致[ 1 2 ]。因此选
择提取时间 120s。
2.1.4 微波功率的影响
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
得
率
/%
微波功率 /W
200 300 400 500 600 700
图 4 微波功率对得率的影响
Fig.4 Effect of microwave power on the extraction yield of
total flavonoids
由图 4 可知，随着微波功率的增加，物质的加热
程度也随着增加，使总黄酮能够容易的被提取出来，即
得率增加；在微波功率达到 400W之后，得率有减少趋
势，这可能是由于较长时间的超声波空化效应和高微波
功率导致的热效应导致总黄酮分解或挥发所致[12]。因此
400W 为最佳微波功率。
2.2 Box-Behnken试验
2.2.1 模型的建立及其显著性检验
试验结果见表 2，利用Design expert V7.0.0统计软
件对表 2试验数据进行回归拟合，得到总黄酮得率(Y)对
以上 3 个因素的二次多项回归模型。
Y/%=－ 5.37＋ 0.11x1＋ 0.0308x2＋ 0.00357x3－ 5×
1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
15:1 20:1 25:1 30:1 35:1 40:1
液料比(mL/g)
图 2 料液比对得率的影响
Fig.2 Effect of material-to-liquid ratio on the extraction yield of
total flavonoids
得
率
/%
2010, Vol. 31, No. 16 食品科学 ※工艺技术104
10-6x1x2+1.175× 10-5x1x3－ 3× 10-6x2x3－ 8.2× 10-4x12－
1.19× 10-4x22－ 4.80× 10-6x32
试验号 乙醇体积分数 /% 提取时间 /s 微波功率 /W 得率 /%
1 60 90 400 0.935
2 80 90 400 0.937
3 60 150 400 1.006
4 80 150 400 1.002
5 60 120 300 1.017
6 80 120 300 1.002
7 60 120 500 1.033
8 80 120 500 1.065
9 70 90 300 0.972
10 70 150 300 1.001
11 70 90 500 1.025
12 70 150 500 1.018
13 70 120 400 1.148
14 70 120 400 1.156
15 70 120 400 1.174
表 2 Box-Behnken试验结果
Table 2 Variables and levels in the response surface design central
composite design arrangement and experimental results
图 6 乙醇体积分数、微波功率及其相互作用对得率影响的
响应面和等高线
Fig. 6 Response surface and contour plots indicating the interactive
effects of ethanol concentration and microwave power on the extraction
yield of total flavonoids
方差来源 SS d f MS F值 P值
模型 0.074 9 8.221× 10-3 20.20 0.0020 显著
x1 2.813× 10-5 1 2.813× 10-5 0.069 0.8031
x2 3.121× 10-3 1 3.121× 10-3 7.67 0.0394
x3 2.775× 10-3 1 2.775× 10-3 6.82 0.0476
x1x2 9× 10-6 1 9.000× 10-6 0.022 0.8876
x1x3 5.523× 10-4 1 5.523× 10-4 1.36 0.2966
x2x3 3.24× 10-4 1 3.240× 10-4 0.80 0.4131
x12 0.025 1 0.025 61.08 0.0005
x22 0.043 1 0.043 104.46 0.0002
x32 8.522× 10-3 1 8.522× 10-3 20.94 0.0060
残差 2.034× 10-3 5 4.069× 10-4
失拟项 1.680× 10-3 3 5.599× 10-4 3.16 0.2497 不显著
误差项 3.547× 10-4 2 1.773× 10-4
总和 0.076 14
R2=0.9732 R2Adj =0.9251 RSN=12.9
表 3 响应曲面二次回归方程模型方差分析结果
Table 3 Analysis of variances for the developed quadratic regression
model
对该模型进行方差分析，结果见表 3。由表 3可知，
模型具有高度的显著性(P=0.0020)，失拟项不显著以及
R2Adj =0.9251和 RSN(信噪比)等于 12.9，远大于 4，可知
回归方程拟合度和可信度均很高，实验误差较小，故
可用此模型对超声波协同微波提取了哥王总黄酮的工艺
结果进行分析和预测。
2.2.2 响应曲面分析与优化
根据回归方程，作响应曲面图，考察所拟合的响
应曲面的形状，分析乙醇体积分数、提取时间和微波
功率对得率的影响。其响应曲面及其等高线如图 5～7所
示，3 组图直观地反映了各因素对响应值的影响。
1.1175
得
率
/%
乙醇
体积
分数
/%
1.055
0.9925
0.93
1.18
150
135
120
105 90
80
75
70
65
60
提取时间
/s
1.18
得
率
/%
1.135
1.09
1.045
1
500
450
400
350
300
80
75
70
65
60
微波功率 /W 乙醇
体积
分数
/%
500
450
400
350
300
微
波
功
率
/W
乙醇体积分数 /%
60 65 70 75 80
得率 /%
1.080951.05421
1.08095
1.05421 1.10768
1.13441
1.02748
1.05421
1.08095
3
图 5 乙醇体积分数、提取时间及其相互作用对得率影响的
响应面和等高线
Fig.5 Response surface and contour plots indicating the interactive
effects of ethanol concentration and length of extraction on the
extraction yield of total flavonoids
150
135
120
105
90
提
取
时
间
/s
乙醇体积分数 /%
60 65 70 75 80
得率 /%
1.018
1.05356
1.018
1.05356
1.12468
1.08912
1.018
0.982435 1.05356 0.982435
1.018
3
105※工艺技术 食品科学 2010, Vol. 31, No. 16
图 7 提取时间、微波功率及其相互作用对得率影响的
响应面和等高线
Fig.7 Response surface and contour plots indicating the interactive
effects of microwave power and length of extraction on the extraction
yield of total flavonoids
1.18
得
率
/%
1.1225
1.065
1.0075
0.95
500
450
400
350
300
150
135
120
105
90
微波功率 /W 提取
时间
/s
等高线的形状可反映出交互效应的强弱，椭圆形表
示两因素交互作用显著，而圆形则与之相反。比较 3组
图并结合表 3中 P可知：模型的一次项 x1(P＞ 0.05)不显
著、x2(P＜ 0.05)和 x3(P＜ 0.05)显著；交互项都不显著；
二次项 x1(P＜ 0.01)，x2(P＜ 0.01)和 x3(P＜ 0.01)都极显著，
表明各影响因素对得率的影响不是简单的线性关系。
为进一步确定最佳提取工艺参数，对所得方程进行
逐步回归，删除不显著项，然后求一阶偏导，并令其
为 0，可得最佳工艺参数为乙醇体积分数 70%、提取时
间 123s、微波功率 419W，此时了哥王总黄酮的得率达
到最大值 1.162%。
2.3 验证实验
为检验Box-Behnken试验设计所得结果的可靠性，
采用上述优化出的工艺参数提取 3次，实际测得的平均
得率为 1.172%，与理论预测值相比，其相对误差约为
0.86%。因此，基于Box-Behnken试验设计所得的最佳
工艺参数准确可靠，具有实用价值。
2.4 了哥王总黄酮对DPPH和羟自由基的清除率
由图 8可知，了哥王总黄酮对DPPH和羟自由基有明
显的清除作用，在质量浓度13.16～78.96μg/mL和 0.43～
52.64μg/mL范围内，其清除DPPH和羟自由基的能力分
别为 20.87%～71.11%和 9.04%～52.21%，且清除效果与
质量浓度之间都存在明显的量效关系。
图 8 了哥王总黄酮对 DPPH 和羟自由基活性的清除率曲线
Fig.8 Scavenging curves of the total flavonoid extract against DPPH
and hydroxyl free radicals
80
70
60
50
40
30
20
10
0
DPPH自由基
清
除
率
/%
总黄酮质量浓度 /(μg/mL)
0 20 40 60 80
羟自由基
3 结 论
3.1 在单因素试验基础上建立一个以总黄酮提取得率为
目标值，以乙醇体积分数、提取时间和微波功率为因素
的数学模型，方差分析表明拟合较好。通过对回归方程
优化计算，得到提取的最佳工艺条件为乙醇体积分数
70%、提取时间 123s、微波功率 419W。对所建立的数
学模型进行实验验证。在最优条件下，得到总黄酮的提
取得率为 1.172%，与理论值 1.162%基本一致。
3.2 了哥王总黄酮质量浓度在 13.16～78.96μg/mL 和
0.43～52.64μg/mL范围内，其对DPPH自由基和羟自由
基的清除率分别为 20.87%～71.11%和9.04%～52.21%，且
都存在明显的量效关系。
参 考 文 献 ：
[1] 谢宗万. 全国中草药汇编: 上册[M]. 2版. 北京: 人民出版社, 1996:
10-12.
[2] 国家中医药管理局. 中华本草: 第五册[M]. 上海: 上海科学技术出
版社, 1999.
[3] 中国科学院中国植物志编辑委员会. 中国植物志: 第五十二卷第一
分册[M]. 北京: 科学出版社, 1999.
[4] 江苏新医学院. 中药大辞典: 上册[M]. 上海: 上海科技出版社, 1992:
51-53.
[5] 陈爽, 邵曼莉, 杨振宇, 等. 正交试验优选了哥王的提取工艺[J]. 中
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[6] 李艳敏, 姜建国, 余进峰. 了哥王总黄酮提取工艺的优化研究[J]. 现
代食品科技, 2009, 25(6): 653-655; 624.
[7] ZHANG Lianfu, LIU Zelong. Optimization and comparison of ultra-
sound/microwave assisted extraction (UMAE) and ultrasonic assisted
extraction (UAE) of lycopene from tomatoes[J]. Ultrasonics
Sonochemistry, 2008, 15(5): 731-737.
[8] 王志高, 鄢贵龙, 武华宜, 等. 超声 -微波协同萃取枇杷叶多糖的工
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500
450
400
350
300
微
波
功
率
/W
提取时间 /s
90 105 120 135 150
得率 /%
1.05924
1.093451.059241.09345
1.02504
0.990831
1.12765
1.05924
3
2 2 2