全 文 ：中 国 酿 造
2015年 第 34卷 第 12期
总第 286期
火棘（Pyracantha fortuneana）是蔷薇科常绿野生灌木
或小乔木植物，共有10种，广泛分布于亚洲东部至欧洲南
部。我国已发现7种，常见的为火棘、窄叶火棘、细圆齿火棘、
全缘火棘4种，其中分布最广、产量最大的为火棘，又叫救
军粮、火把果、赤阳子等，主要分布于中国黄河以南及西
南地区，包括陕西、浙江、广西、云南、贵州、四川、湖北等省
份[1]，其中贵州的鲜果年产量达到2 500万公斤以上，而湖
北甚至年产量达到1亿公斤[2-3]。大别山区火棘果资源非常
丰富，如何更好的综合利用火棘果资源，提高产品附加值，
将对该地区的其他特色资源的开发利用提供参考与借鉴。
植物多酚是一类广泛存在于植物体内的多元酚类化
合物，具有芳环结构并结合有一个或多个羟基[4-5]。它是植
物的次生代谢产物，主要存在于植物的皮、根、茎、叶和果
实中，在自然界中的资源十分丰富。狭义的看，可以认为植
物多酚指的是鞣质或单宁，其分子质量为500～3 000 u；广
义的看，它还包括了小分子酚类化合物，如各种黄酮类化
合物[6]、没食子酸、儿茶素、花青素、鞣花酸和熊果苷等天
然酚类[7-8]。近年来，随着多酚类物质抗病原微生物、抗肿
瘤、延缓机体衰老、以及抗氧化等生物活性功能的发现，使
其在食品、医药、化妆品、日用化学品及保健品等领域得到
广泛关注。但对火棘果的研究主要集中在营养成分，功效
方面，对其有效成分如多酚的有效提取少有报道。本研究
利用响应面优化试验对火棘果多酚提取工艺进行探讨，为
充分利用大别山区的火棘果资源提供便利。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
火棘果：采自湖北省罗田县。
没食子酸标准品（色谱纯）：上海金穗生物科技有限公
响应面法优化火棘果中多酚提取工艺
吴 伟1，2，李 格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：以火棘果为原料，乙醇溶液为溶剂提取其中的多酚类化合物。通过对火棘果多酚提取的单因素试验，并根据Box-Behnken的中
心组合试验设计原理，进行3因素3水平的响应面分析试验，得出火棘果中多酚的最佳提取条件为：乙醇体积分数70%，提取温度70℃，
料液比1∶20（g∶mL），提取时间4.0 h，提取次数3次。在此条件下进行3次验证试验，得出火棘果多酚提取率的平均值为2.84%，与回归方
程得出的理论数值2.85%基本相符。该研究为大别山区火棘果资源的综合利用提供了理论依据。
关键词：火棘果；多酚；提取；响应面分析法
中图分类号：R284.2 文献标识码：A 文章编号：0254-5071（2015）12-0127-05
doi:10.11882/j.issn.0254-5071.2015.12.028
Optimization of polyphenols extraction technology from Pyracantha fortuneana fruit by
response surface methodology
WUWei1,2, LI Ge2, 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：Using Pyracantha fortuneana as raw material, polyphenol was extracted using ethanol as extraction solvent. On the basis of single factor
experiment, the optimal extraction condition was determined by three factors and three levels Box-Behnken experiment as follows: ethanol
concentration 70%, extraction temperature 70 ℃, time 4 h, solid-liquid ratio 1∶20 (g∶ml), and extraction times 3. Under this conditions, the verification
results showed that the polyphenols extraction rate was 2.84%, which was approached to the theoretical value 2.85%.
Key words：Pyracantha fortuneana fruit; polyphenols; extraction; response surface methodology
收稿日期：2015-10-11
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制药。
*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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2015 Vol.34 No．12
Serial No．286
司；钨酸钠、钼酸钠（均为分析纯）：天津市东丽区天大化学
试剂厂；硫酸锂、结晶碳酸钠、石油醚（均为分析纯）：天津
市凯通化学试剂有限公司；无水乙醇（分析纯）：武汉市洪
山中南化工试剂有限公司；浓磷酸（分析纯）：深圳市琪运
达化工有限公司；浓盐酸（分析纯）：中平能化集团开封东
大化工有限公司。
1.2 仪器与设备
RE-3000旋转蒸发器、SHZ-Ⅲ循环水真空泵：上海亚荣
生化仪器厂；AL204电子天平：梅特勒-托利多仪器（上海）
有限公司；SF-130C万能粉碎机：吉首市中诚制药机械厂；
752SP型紫外-可见分光光度计：上海元析仪器有限公司；
HWS26水浴锅：上海一恒科技有限公司；DHG-9140A型电
热恒温鼓风干燥箱：上海姚氏仪器设备厂。
1.3 试验方法
1.3.1 火棘果的预处理
将火棘果用清水漂洗，除去泥沙、尘土等杂质，在60℃
条件下进行烘干处理。然后将干燥的火棘果粉碎。最后将
火棘果粉末用石油醚在60℃条件下回流1 h，再干燥备用。
1.3.2 Folin-Ciocalteau试剂的配制
称取80 g的钨酸钠和20 g的钼酸钠置于圆底烧瓶中，
用560 mL的去离子水溶解后，加入85%的磷酸溶液40 mL
和80 mL的浓盐酸，用文火回流10 h，然后加入12 g的Li2SO4
及60 mL的H2O2，加热沸腾15 min至试剂呈亮黄色，不得带
微蓝和绿色，冷却后，移入1 000 mL的容量瓶中，定容，贮
于棕色瓶中[9-10]。
1.3.3 没食子酸标准曲线的绘制
在减压干燥箱中，将没食子酸标准品减压干燥至质量
恒定，于万分之一分析天平精密称取没食子酸标准品25mg，
用去离子水溶解并定容到250mL的容量瓶中，得0.1 mg/mL
的标准品母液。精密吸取母液0、0.5 mL、1.0 mL、1.5 mL、
2.0 mL、2.5 mL于50 mL容量瓶中，加入5 mL Folin-Ciocalteu
试剂，摇匀后再加入10mL20%Na2CO3溶液，用去离子水定
容至50mL，即得0、0.001mg/mL、0.002mg/mL、0.003mg/mL、
0.004 mg/mL、0.005 mg/mL的标准对照溶液。室温下反应
2 h后，测定其在波长760 nm处的吸光度值，以没食子酸标
准品质量浓度（C）为横坐标，吸光度值（A）为纵坐标绘制没
食子酸标准曲线，即得回归方程A=171.06C+0.012 5，R2=
0.996 2，表明质量浓度为0～0.005 mg/mL时线性关系良好。
1.3.4 火棘果多酚的提取
准确称取火棘果粉末1 g于圆底烧瓶中，以一定的料液
比，加入一定体积分数的乙醇溶液，在一定温度下，回流提取
一定的时间和次数，然后抽滤得滤液，浓缩，定容于100 mL
的容量瓶中为样品溶液。精密吸取样品溶液2.5mL于25mL
的容量瓶中，加入2.5 mL Folin-Ciocalteu试剂，摇匀后再加
入5mL 20%Na2CO3溶液，用去离子水定容至25mL，室温下
反应2 h后，测定其在波长760 nm处的吸光度值，得到火棘
果多酚质量浓度，并计算多酚提取率，其计算公式如下：
多酚提取率＝ 多酚质量（g）
火棘果粉末质量（g）
×100%
1.3.5 单因素试验
提取方法见1.3.4，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（2.5 h、3.0 h、3.5 h、4.0 h、4.5 h）和提取次数（1、2、3、4、5）
对火棘果多酚提取率的影响。
1.3.6 响应面分析试验
根据Box-Benhnken的中心组合试验设计原理[11]，综合
考虑单因素试验的结果，以多酚提取率（Y）为响应值，采用
3因素3水平的响应面分析方法，设计响应面试验，试验因
素与水平设计见表1。
1.3.7 验证试验
为了验证响应面分析法得到的模型和回归方程的准确
性。根据响应面分析法得到的最优条件以及考虑实际操作
的便利性后确定最终条件，在最佳条件下进行3次平行试验。
2 结果与分析
2.1 单因素试验
2.1.1 乙醇体积分数对多酚提取率的影响
在提取温度70℃，提取时间4.0 h，料液比1∶20（g∶mL），
提取次数3次的条件下探索不同乙醇体积分数对多酚提
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 响应面设计因素和水平
Table 1 Factors and levels of central composite design
图1 乙醇体积分数对多酚提取率的影响
Fig. 1 Effect of ethanol concentration on polyphenol extraction
efficiency
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取率的影响，其结果如图1所示。由图1可知，当乙醇体积
分数从65%上升到70%时，多酚的提取率增大，但当乙醇
体积分数＞70%时提取率减小。其原因可能是高浓度乙醇
使醇溶性杂质、色素、亲脂性强的成分溶出量增加[12]，导致
干扰因素的增加，使纯化过程更加困难。因此，体积分数
70%的乙醇最合适。
2.1.2 提取温度对多酚提取率的影响
在乙醇体积分数70%，提取时间4.0 h，料液比1 ∶20
（g∶mL），提取次数3次的条件下探索不同提取温度对多酚提
取率的影响关系，其结果如图2所示。由图2可知，当温度
为60～70℃时，多酚的提取率稳步上升；温度70℃时提取
率达到峰值；70～80℃时提取率开始下降。这种现象可能
原因为随着温度升高，溶剂黏度下降且分子运动加速，这
导致多酚的扩散系数增大，使其溶解度增加。但是，高温能
促进多酚的氧化转化，使其提取率下降。因此，提取温度
70℃最合适。
2.1.3 提取时间对多酚提取率的影响
在乙醇体积分数70%，提取温度70 ℃，料液比1 ∶20
（g∶mL），提取次数3次的条件下探索不同提取时间对多酚
提取率的影响，其结果如图3所示。由图3可知，当提取时间
为2.5～3.5 h时，提取率的变化相对平稳；在3.5～4.0 h时，
稳步上升；在4.0 h时达到峰值；当提取时间超过4.0 h，提取
率急剧下降。其原因可能是在一定的范围内，提取时间越长，
乙醇与火棘果粉末相互作用的时间越长，因而提取率增加，
但当两者达到平衡后，若再延长提取时间其他杂质也会被
提取出来，使多酚相对含量减少[13]。因此，提取时间为4.0 h
最合适。
2.1.4 提取料液比对多酚提取率的影响
在乙醇体积分数70%，提取温度70℃，提取时间4.0 h，
提取次数3次的条件下探索不同料液比对多酚提取率的
影响，其结果如图4所示。由图4可知，多酚的提取率随提取
液使用量的增加呈现先增加后下降的趋势。当提取料液
比为1∶20（g∶mL）时，提取率达到最大。其可能原因是由于
浸提液较多，旋转蒸发时间较长，造成多酚类化合物损失
一部分[14]。同时，料液比过大也会造成乙醇溶剂和能源的
浪费。因此，本试验中料液比为1∶20（g∶mL）最合适。
2.1.5 提取次数比对多酚提取率的影响
在乙醇体积分数70%，提取温度70℃，提取时间4.0 h，
料液比1∶20（g∶mL）的条件下探索不同提取次数对多酚提
取率的影响，其结果如图5所示。由图5可知，多酚的提取率
随提取次数的增长呈现先增加后平缓的趋势。当提取次数
高于3次时，提取率增加不明显，从提取效果和降低成本等
方面综合考虑，提取3次比较合适。
图2 提取温度对多酚提取率的影响
Fig. 2 Effect of extraction temperature on polyphenol extraction
efficiency
图3 提取时间对多酚提取率的影响
Fig. 3 Effect of extraction time on polyphenol extraction efficiency
图4 料液比对多酚提取率的影响
Fig. 4 Effect of solid to liquid ratio on polyphenol extraction efficiency
图5 提取次数对多酚提取率的影响
Fig. 5 Effect of extraction times on polyphenol extraction efficiency
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2.2 响应面优化试验
2.2.1 响应面试验结果
利用Design-Expert V8.0.6.1中Box-Behnken模型，按照
表1中的因素水平进行试验。以X1（提取温度）、X2（乙醇体
积分数）、X3（料液比）为自变量，以火棘果多酚提取率为响
应值（Y），响应面试验设计及结果见表2。
由于各因素对多酚提取率的影响不是简单的线性关
系，为了更明确各因素对响应值的影响，采用Design-Expert
V8.0.6.1软件，对表3中火棘果多酚提取率试验数据进行多
元回归拟合，得到多酚提取率（Y）对提取温度（X1）、乙醇
体积分数（X2）、料液比（X3）的回归方程为：
Y=-171.743 75+3.248 30X1+1.629 05X2+0.394 82X3+
0.002 889X1X2+0.001 688X1X3-0.000 956X2X3-
0.025 079X12-0.012 825X22-0.010 483X32
模型的可靠性可以从方差分析和相关系数来考察。
利用Design-Expert软件对表2中数据进行方差分析，分析结
果见表3。由表3可知，X2、X1X2和X1X3对响应值有显著影响；
X1、X3、X12、X22和X32对响应值极显著。此外，F值的大小也反
应了各因子对响应值影响的强弱，F值越大，表明该因子对
响应值的影响越强。而F（X1）＞F（X3）＞F（X2）表明所选的3个
因素中，提取温度对多酚提取率影响最大，料液比次之，乙
醇体积分数相对最小。整体模型极为显著（P值＜0.000 1），
说明各次试验的该模型的预测值与实测值比较相符的；
失拟项不显著（P= 0.367 6＞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。其相关系数
R2=0.997 8，R2Adj=0.995 1，也说明该模型拟合程度较好，其
响应值数据的变化有99.51%来自于所选变量，即来源于乙
醇体积分数、提取温度、提取料液比。因此，可以用此模型
对火棘果多酚的提取进行分析和预测。
2.2.2 因素间的交互影响
响应面图形是响应值对各因素X1、X2、X3所构成的三维
空间的曲面图。将一个因素设为中心值，描绘出对应两因
素的三维响应面图，能直观考察各因素对火棘果多酚提取
率的影响及各因数之间的相互作用。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[15]。
采用Design Expert V8.0.6.1软件依回归方程式绘制响
应面图及等高线，结果见图6。由图6可知，提取温度和料液
比对火棘果中多酚提取率的影响最为显著，表现为曲线变
化幅度较大；其次是乙醇体积分数，表现为曲线变化幅度平
缓，这与方差分析的的结果一致。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组图可知，乙醇体积分数和提取温度
之间的交互作用最为显著，表现为等高线呈椭圆形；相比
较而言，提取温度和料液比之间的交互作用次之；乙醇体
积分数和料液比之间的交互作用不显著，表现为等高线
呈圆形。
表2 响应面试验分析结果
Table 2 Design and results of Box-Behnken experiments
试验号 X1 X2 X3 Y多酚提取率/%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
-1
-1
1
1
0
0
0
0
-1
1
-1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
-1
-1
1
1
-1
-1
1
1
0
0
0
0
0
1.969 8
1.592 2
2.008 5
1.919 8
1.986 4
1.598 3
2.179 6
1.960 3
2.010 5
2.206 9
2.315 9
2.416 7
2.838 6
2.798 6
2.856 4
2.822 8
2.786 9
表3 响应曲面二次回归方程模型方差分析
Table 3 Analysis of variance of Box-Behnken experiments
注：“*”表示影响显著（P＜0.05）；“**”表示影响极显著（P＜0.000 1）。
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
R2
R2Adj
R2Pred
C.V./%
2.98
0.14
0.055
0.14
0.021
7.123E-003
2.285E-003
1.66
0.43
0.29
6.437E-003
3.286E-003
3.152E-003
2.98
0.997 8
0.995 1
0.980 7
1.35
9
1
1
1
1
1
1
1
1
1
7
3
4
16
0.33
0.14
0.055
0.14
0.021
7.123E-003
2.285E-003
1.66
0.43
0.29
9.196E-004
1.095E-003
7.880E-004
359.49
156.70
59.84
155.74
22.69
7.75
2.48
1 799.88
470.71
314.44
1.39
＜0.000 1
＜0.000 1
0.000 1
＜0.000 1
0.002 1
0.027 2
0.159 0
＜0.000 1
＜0.000 1
＜0.000 1
0.367 6
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2.3 验证试验结果
为确定各因素的最佳取值，利用Design Expert软件
进行多元回归模型预测，得到的最佳提取工艺条件为：乙
醇提取体积分数70.55%，提取温度69.54 ℃，提取料液比
1∶21.21（g∶mL），该条件下多酚提取率预测值为2.85%。为
了检验试验结果与理论情况是否一致，并考虑实际操作条
件，在提取温度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次的条件下进行3次平
行试验，得出实际多酚提取率为2.84%。验证值略低于预
测值，说明采用响应面法优化得到的多酚提取条件可靠。
3 结论
建立了一个以火棘果多酚提取率为目标值，以乙醇体
积分数、提取温度和料液比为评价因素，多酚提取率为评
价指标，建立响应面模型。方差分析结果表明该模型拟合
较好。通过Design Expert软件对回归方程进行优化计算，得
到最佳提取工艺条件：乙醇体积分数70%，提取温度70℃，
料液比1∶20（g∶mL）。回归模型可较好的预测火棘果多酚的
提取率，为综合利用火棘果资源提供了依据。为了验证试
验结果的准确性，采用上述最佳提取条件进行3次验证试
验，并得到的平均多酚提取率为2.84%，与预测值2.85%基
本相符，说明响应面优化法对火棘果多酚提取条件的优化
是可行的。该研究也为大别山区其他特色资源的综合利用
提供了一定的借鉴。
参考文献：
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图6 乙醇体积分数、提取温度、料液比交互作用对多糖提取率影响的响应曲面和等高线
Fig. 6 Response surface plots and contour line of effect of interaction between ethanol concentration, extraction temperature,
liquid-solid ratio on polyphenol extraction efficiency
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