全 文 ：China Brewing
2015 Vol.34 No．10
Serial No．284
火棘（Pyracantha fortuneana）又称火把果、救军粮，为
蔷薇科火棘属植物，属于常绿灌木[1]。火棘资源丰富，具有
较高的观赏价值，其果实具有很高的食用价值和药用价
值[2-3]。火棘果为原料的保健果酒、饮料等已经在市面上有
售。火棘的药用在《滇南本草》、《本草纲目》等都有记载[4]。
根主治虚劳骨蒸、湿热痹痛、月经不调、跌打损伤等症状；
果实主治脾胃虚弱、消化不良、泄泻、痢疾、疳积、崩漏、白
带、产后腹痛等病症；叶主治血崩及贫血、闭经和爆发性
火眼、外敷治疗疮殇肿毒[5]。
原花青素（proanthocyanidins，PC）是含双黄酮衍生物
的天然多酚化合物的总称，是目前国际上公认的清除人体
内自由基最有效的天然抗氧化剂之一[6-7]。一般为红棕色
粉末，气微、苦涩，溶于水和大多数有机溶剂。原花青素分
布广泛，主要存在于植物的根、茎、叶、皮、壳等，低聚原花
青素广泛存在于各种水果的皮、核、梗中[8]。原花青素是一
种新型高效抗氧化剂，是目前为止所发现的最有效的自由
基清除剂，具有非常强的体内活性[9]。
响应面分析法是目前最常用的工程类优化方法，它
是基于统计学的综合实验技术，来解决复杂系统变量与相
应之间关系的一种方法，通过对所需分析的相应受多个变
量影响的问题进行建模和分析，从而优化该响应[10]。所以，
响应面优化法广泛应用于生物工程、食品工程以及其他工
程领域的过程优化[11-12]。目前对火棘果的研究主要集中在营
养成分、功效方面，对其有效成分如原花青素的的有效提
取鲜有报道。本研究在单因素的基础上，利用响应面优化
试验对火棘果中原花青素提取工艺条件进行优化，确定最
佳的提取工艺条件，为充分利用火棘果资源提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
火棘果：采自湖北理工学院植物园，粉碎后保存备用。
无水乙醇（分析纯）：武汉市洪山中南化工试剂有限责
任公司；儿茶素标准品（色谱纯）：上海金穗生物科技有限
响应面分析法优化火棘果中原花青素提取工艺
吴 伟1，2，曾倩兰2，向 福1，3*
（1.大别山特色资源开发湖北省协同创新中心，湖北 黄州 438000；2.湖北理工学院医学院，湖北 黄石 435003；
3.黄冈师范学院 生命科学学院，湖北 黄州 438000）
摘 要：为了优化火棘果中原花青素的提取工艺，基于单因素试验的结果，采用响应面分析法探讨提取温度、乙醇体积分数、料液比、
提取时间和提取次数对原花青素提取率的影响，确定火棘果中原花青素最佳提取工艺。结果表明，最佳提取条件为提取温度70℃、
乙醇体积分数70%、提取料液比1∶20(g∶mL)、提取时间4.0 h、提取3次，在此提取工艺条件下，所得原花青素的提取率为5.74%，与理论
提取率接近。
关键词：响应面分析法；火棘果；原花青素；提取
中图分类号：R284.2 文献标识码：A 文章编号：0254-5071（2015）10-0116-05
doi:10.11882/j.issn.0254-5071.2015.10.026
Optimization of extraction process of procyanidins in Pyracantha fortuneana fruit by
response surface methodology
WUWei1,2, ZENG Qianlan2, XIANG Fu1,3*
(1.Hubei Collaborative Innovation Center for the Characteristic Resources Exploitation of Dabie Mountains, Huangzhou 438000, China;
2.Medical College, Hubei Polytechnic University, Huangshi 435003, China; 3.College of Life Sciences, Huanggang Normal University,
Huangzhou 438000, China)
Abstract：To optimize the extraction process of procyanidins in Pyracantha fortuneana fruit, on the base of single factor experiments, the effect of
extraction temperature, alcohol concentration, solid-liquid ratio, extraction time and extraction times on procyanidins extraction rate was investigated
by response surface methodology. The optimum extraction process of procyanidins in P. fortuneana fruit was determined. The results showed that the
optimum extraction conditions were extraction temperature 70 ℃, ethanol concentration 70%, solid-liquid ratio 1∶20 (g∶ml), extraction time 4.0 h, and
extraction times 3. Under this conditions, the procyanidins extraction rate was 5.74%, which was approached to the theoretical value.
Key words：response surface methodology; Pyracantha fortuneana fruit; procyanidins; extraction
收稿日期：2015-09-11
基金项目：大别山特色资源开发湖北省协同创新中心创新团队项目（2015TD07）
作者简介：吴 伟（1979-），男，副教授，博士，研究方向为生物技术药物。
*通讯作者：向 福（1977-），男，副教授，博士，研究方向为天然植物资源利用。
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总第 284期
公司；香草醛（分析纯）：湖南湘中地质实验研究所；石油醚
（分析纯）：天津市凯通化学试剂有限公司；甲醇（分析纯）：
武汉市洪山中南化工试剂有限责任公司；盐酸（分析纯）：
中平能化集团开封东大化工有限公司试剂厂。
1.2 仪器与设备
YP6002电子天平：上海佑科仪器仪表有限公司；SCQ-
450超声波清洗器：上海盛普机械制造有限公司；DHG-9140A
电热恒温鼓风干燥箱：上海姚氏仪器设备厂；RE-3000旋
转蒸发器、SHZ-Ⅲ循环水真空泵：上海亚荣生化仪器厂；
SF-130C万能粉碎机：吉首市中诚制药机械厂；752SP紫外-
可见分光光度计：上海元析仪器有限公司；HWS26水浴锅：
上海一恒科学有限公司；AL204电子天平：梅特勒-托利多
仪器（上海）有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 儿茶素标准曲线的制备[13]
分别吸取质量浓度1.0 mg/mL的儿茶素标准液各
0.125 mL、0.250mL、0.375mL、0.500mL、0.625mL、0.750mL、
0.875 mL、1.000 mL至25 mL容量瓶中，用甲醇溶液稀释
成质量浓度分别为0.05 mg/mL、0.10 mg/mL、0.15 mg/mL、
0.20mg/mL、0.25mg/mL、0.30mg/mL、0.35mg/mL、0.40mg/mL，
摇匀，再分别加入15 mL 4 g/100 mL香草醛-甲醇溶液和
7.5 mL浓盐酸，定容，混匀。在30 ℃水浴避光反应30 min
后，用甲醇代替标准品作空白对照，于波长500 nm处测定
吸光度值，以儿茶素质量浓度（x）为横坐标，对吸光度值
（y）为纵坐标，绘制儿茶素标准曲线。
1.3.2 样品溶液的制备与含量测定
将火棘果磨粉过筛后，称取1 g火棘果粉末，置于圆底
烧瓶中，加入适量的乙醇，在一定温度和时间下提取，将
滤渣再次在相同的条件下提取。合并滤液，减压浓缩，得到
样品溶液。
根据儿茶素标准曲线回归方程计算出原花青素含
量，并计算原花青素的提取率。原花青素的提取率计算公
式如下：
原花青素的提取率= 原花青素含量（g）
火棘果粉末质量（g）
×100%
1.3.3 单因素试验
分别考察乙醇体积分数（65%、70%、75%、80%、85%、
90%）、提取温度（60 ℃、65 ℃、70 ℃、75 ℃、80 ℃）、料液比
（1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35（g∶mL））、提取时间（2.0 h、2.5 h、
3.0 h、3.5 h、4.0 h、4.5 h、5.0 h）和提取次数（1、2、3、4、5）对
火棘果中原花青素提取率的影响。
1.3.4 响应面分析试验
在单因素试验的基础上，根据Box-Behnken的中心组
合试验设计原理，采用响应面分析法对火棘果中原花青
素提取工艺进行优化，选取提取温度（X1）、乙醇体积分数
（X2）、料液比（X3）3个因素为自变量，以原花青素提取率
（Y）为响应面值，并以1、0、-1分别代表自变量的高中低水
平，响应面试验设计因素与水平如表1所示。
2 结果与分析
2.1 儿茶素标准曲线的绘制
以儿茶素质量浓度（x）为横坐标，吸光度值（y）为纵坐
标，绘制儿茶素标准曲线，结果如图1所示。
由图1可知，儿茶素标准曲线回归方程为y = 7.45x +
0.010 5，决定系数R2=0.993 4，表明儿茶素质量浓度与吸
光度值呈良好的线性关系。
2.2 单因素试验结果
2.2.1 乙醇体积分数对火棘果中原花青素提取率的影响
乙醇体积分数对火棘果中原花青素提取率的影响结
果见图2。
水平 X1提取温度/℃ X2乙醇体积分数/% X3料液比（g∶mL）
-1
0
1
65
70
75
65
70
75
1∶15
1∶20
1∶25
表1 响应面试验设计因素与水平
Table 1 Factors and levels of response surface experiments design
图1 儿茶素标准曲线
Fig. 1 Standard curve of catechin
图2 乙醇体积分数对原花青素提取率的影响
Fig. 2 Effect of ethanol concentration on the procyanidins
extraction rate
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由图2可得，当乙醇体积分数为65%～70%时，随着乙
醇体积分数的变大，原花青素的提取率增大；在乙醇体积
分数为70%时，原花青素的提取率最大，为6.762 1%；当乙
醇体积分数＞70%后，随着乙醇体积分数的增大，提取率
变小。这可能是由于“相似相溶”原理，当溶剂的极性与原
花青素的极性相近时，原花青素的提取率达到最大。因
此，选取最佳提取乙醇体积分数为70%。
2.2.2 提取温度对原花青素提取率的影响
提取温度对原花青素提取率的影响结果见图3。
由图3可得，当提取温度从60 ℃升至70 ℃时，随着提
取温度的升高，原花青素的提取率变大；当温度达到70℃
时，提取率达到最大，为6.721 4%；当提取温度＞70 ℃后，
提取率随着提取温度的升高而减小，但提取率比提取温度
在60℃时高，可能是因为随着提取温度的升高，原花青素
中热不稳定的成分分解[14]。故选最佳提取温度在70℃。
2.2.3 料液比对原花青素提取率的影响
料液比对原花青素提取率的影响结果见图4。
由图4可得，当料液比为1∶15～1∶20（g∶mL）时，随着料
液比的增大，原花青素的提取率变大，溶剂增加后，随着细
胞破裂加剧，原花青素迅速进入溶剂；当料液比达到1∶20
（g∶mL）时，提取率达到最大，为6.744 2%，原花青素浓度达
到饱和；当料液比超过1∶20（g∶mL）后，随着料液比的增大，
提取率变小，原花青素达到饱和后反而抑制其从细胞的渗
出。故取最佳选料液比在1∶20（g∶mL）。
2.2.4 提取时间对原花青素提取率的影响
提取时间对原花青素提取率的影响结果见图5。
由图5可得，当提取时间为2.0～4.0 h时，随着提取时
间的延长，原花青素的提取率增大；当提取时间达到4.0 h
时，提取率达到最大，为6.751 3%；当提取时间超过4.0 h后，
随着提取时间的延长，提取率减小，可能是随着提取时间
的延长，原花青素热不稳定的成分分解[15]。综合考虑选取
提取时间4.0 h进行下一步的响应面优化试验。
2.2.5 提取次数对原花青素提取率的影响
由图6可得，随着提取次数的增多，提取率增大；当提
取次数达到3次时，提取率达到最大，为6.712 8%，之后提
取率变化不大。为了节约成本故取3次作为响应面试验提
取条件。
2.3 响应面试验结果
2.3.1 响应面试验设计和结果
响应面试验设计及结果见表2。
图3 提取温度对原花青素提取率的影响
Fig. 3 Effect of extraction temperature on the procyanidins
extraction rate
图4 料液比对原花青素提取率的影响
Fig. 4 Effect of ratio of solid to liquid on the procyanidins
extraction rate
图5 提取时间对原花青素提取率的影响
Fig. 5 Effect of extraction time on the procyanidins extraction rate
图6 提取次数对原花青素提取率的影响
Fig. 6 Effect of extraction times on the procyanidins extraction rate
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利用Design Expert 8.0.6.1软件对表2数据进行二次多
元回归拟合，得到原花青素提取率与提取温度（X1）、乙醇
体积分数（X2）和料液比（X3）的二次多项回归方程：
Y=-306.051 81＋4.592 15X1＋4.148 32X2＋0.388 32X3＋
2.111 00E-003X1X2＋1.333 00E-00X2X3＋6.660 00E-
004X1X3-0.033 855X12-0.030 522X22-0.013 748X32
2.3.2 响应面回归模型方差分析
为了检验回归方程的有效性，对该数学模型进行回归
方差分析显著性检验，结果见表3。
由表3可知，F值反映了各因子对响应值的重要性，F值
越大（P值越小），表明该因素对响应值的影响越大。F（X2）＞
F（X1）＞F（X3），说明3个影响因子对于原花青素提取率的影
响强弱顺序为：乙醇体积分数＞提取温度＞料液比。而对
于显著性，X12和X22对响应值极显著（P＜0.000 1）；而X1、X2
和X32对响应值有显著影响（P＜0.05）。虽然3因素的交互作
用对于响应值的影响没有显著性，但它们与响应值之间的
关系并不是简单的线性，响应值同时也受各因素的二次项
的影响。模型的F值为45.49，P＜0.000 1表明该模型具有高
度的显著性，失拟项P值为0.648 2＞0.05，说明该模型失拟
项不显著，即该模型对于实验数据的拟合度较好。模型的
校正决定系数R2Adj =0.961 6，说明该模型能解释96.16%响
应值的变化，未计入回归方程的变量对火棘果中原花青素
的提取效果影响比较小。相关系数R2=0.983 2，表示该模
型拟合程度良好，实验的误差小，可以用该模型来分析和
预测火棘果原花青素的提取率[16]。
2.3.3 响应面分析与优化
根据上述回归方程绘制出响应面分析图，以确认提取
温度、乙醇体积分数和料液比3因素对火棘果中原花青素
提取率的影响，响应面曲面和等高线见图7。
表2 响应面试验设计及结果
Table 2 Design and results of response surface experiments
试验号 X1/℃ X2/% X3（g∶mL） 原花青素提取率/%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
65
75
65
75
65
75
65
75
70
70
70
70
70
70
70
70
70
65
65
75
75
70
70
70
70
65
75
65
75
70
70
70
70
70
1∶20
1∶20
1∶20
1∶20
1∶15
1∶15
1∶25
1∶25
1∶15
1∶15
1∶25
1∶25
1∶20
1∶20
1∶20
1∶20
1∶20
3.940 6
4.104 2
4.062 8
4.440 5
4.573 8
4.773 7
4.273 9
4.607 1
4.507 1
4.973 7
4.273 9
4.807 1
5.673 5
5.529 1
5.873 5
5.851 2
5.808 6
来源 平方和 自由度 均方差 F值 P值 显著性
模型
X1
X2
X3
X1X2
X1X3
X2X3
X12
X22
X32
残差
失拟项
纯误差
总变异
7.08
0.15
0.26
0.094
0.011
4.442E-0.03
1.109E-0.03
3.02
2.45
0.50
0.12
0.038
0.084
7.21
9
1
1
1
1
1
1
1
1
1
7
3
4
16
0.79
0.15
0.26
0.094
0.011
4.442E-0.03
1.109E-0.03
3.02
2.45
0.50
0.017
0.013
0.021
45.49
8.38
15.30
5.42
0.64
0.26
0.064
174.28
141.66
28.74
0.60
<0.000 1
0.023 1
0.005 8
0.052 8
0.448 7
0.628 0
0.807 4
<0.000 1
<0.000 1
0.001 1
0.648 2
**
*
*
**
**
*
表3 回归模型方差分析
Table 3 Variance analysis of regression model
注：“*”表示对结果影响显著（P＜0.05）；“**”表示对结果影响极显著
（P＜0.000 1）。
图7 提取温度、乙醇体积分数和料液比交互作用对原花青素提取率影响的响应曲面及等高线
Fig. 7 Response surface plots and contour line of effects of interaction between extraction temperature, alcohol concentration and
solid-liquid ratio on procyanidins extraction rate on extraction efficiency
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由图7可知，提取温度和乙醇体积分数对原花青素的
提取率影响显著，因为提取温度和乙醇体积分数对应的曲
面较陡，料液比对原花青素提取率影响作用较弱。等高线
可以反映出交互作用的强弱，提取温度和乙醇浓度交互作
用较强，因为它们交互作用的等高线图为椭圆形，相反，其
相互作用的等高线图为圆形，故提取温度与料液比的交
互作用以及乙醇体积分数与料液比的交互作用较弱。此
外，响应面均为开口向下的凸面，乙醇体积分数、提取温度
和料液比等3个因素与原花青素提取率基本呈抛物线关
系，表面在试验区域内可以找出最优值。多元回归模型预
测的最佳提取工艺条件为：乙醇体积分数70.60%，提取温
度70.40℃，提取料液比1∶19.24（g∶mL），该条件下绿原酸提
取率预测值为5.771 7%。
2.3.4 验证试验结果
为了检验响应面模型的有效性，考虑到实际操作的方
便性将各因素修正为提取温度70℃，乙醇体积分数70%，提
取料液比1∶20（g∶mL），提取时间4.0 h，提取次数3次，在此
修正条件下进行5次平行试验，得出实际提取率为5.74%。
验证值与预测值相接近，说明该模型可以很好地反映出火
棘果中原花青素提取条件，响应面优化回归模型对实际
工艺操作具有一定的指导意义。
3 结论
本研究在单因素试验的基础上，利用Box-Behnken中
心试验设计原理及响应面分析法确定了火棘果中原花青
素最佳提取工艺条件：提取温度70℃，乙醇体积分数70%，
提取料液比1∶20（g∶mL），提取时间4.0 h，提取次数3次，在
此工艺条件下，测得原花青素的提取率为5.74%，与理论值
相近，说明响应面法对火棘果中原花青素提取条件参数的
优化是可行的，适合于提取火棘果中原花青素工业化生产。
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