全 文 ：热 带 农 业 科 技 2015,38（4）
Tropical Agricultural Science & Technology
辣木（Moringa oleifera）为辣木科辣木属多年生
植物，原产于印度和非洲，其根、茎、叶、花、种子、
枝和树皮均含有丰富的营养和药用成分，是优质
功能食品原料［1-2］。2012 年 11 月，我国卫生部批准
辣木叶作为新资源食品。
早期关于辣木的研究多集中在其传统利用（食
用和药用）、育种和栽培技术、饮水净化及其作为
植物蛋白饲料方面，而对其中功能性成分的提取、
分离、鉴定及相关生物活性的研究则相对较少。
辣木黄酮是辣木重要的功能性成分之一［3- 9］。
Vongsak 等［9］应用传统的提取技术（挤压、煎煮、浸
泡、渗流和索氏提取）提取辣木中的多酚及黄酮类
物质，发现 70%的乙醇溶液浸泡提取可获得最大的
提取率，同时提取液的抗氧化活性也最高。为获
得更高的提取率，各种新型提取技术如超声波、超
高压、微波等在提取方面的应用逐渐成为研究热
响应面法优化辣木叶总黄酮超声波辅助提取工艺
王苗苗，赵有为，赵开丽，万 力，刘凤霞 *，王可兴，潘思轶
（华中农业大学 食品科学技术学院，武汉 430070）
摘要：采用超声波辅助提取辣木叶总黄酮，并利用响应面法对提取工艺参数进行优化。首先通过单
因素试验分别考察超声波提取的料液比、提取时间、提取温度和提取功率对辣木叶总黄酮提取率的
影响，确定各因素的适宜水平；在此基础上进行四因素三水平的Box-Behnken 中心组合设计法设计响
应面试验，分析不同因素、不同水平对辣木叶总黄酮得率的影响。超声辅助提取辣木叶总黄酮的最
佳提取工艺条件为：料液比 1∶35（g/mL）、提取时间 40 min、提取温度 52 ℃、功率 210 W，在此条件下
辣木叶总黄酮提取率的预测值为 5.082%，验证试验所得总黄酮含量为 5.17%，所得回归模型拟合情况
良好。
关键词：辣木；总黄酮；超声波提取；响应面分析
中图分类号：S59 文献标识码：A 文章编号：1672-450X（2015）04-0022-07
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Optimization of Ultrasonic- Assisted Extraction Process for Total Flavonoids from Moringa oleif-
era Leaves by Response Surface Methodology
WANG Miaomiao, ZHAO Youwei, ZHAO Kaili, WAN Li, LIU Fengxia*, WANG Kexing, PAN Siyi
Institute of Food Science and Technology of Huazhong University of Agriculture, Wuhan 430070, China
Abstract: Response surface methodology（RSM）was used to optimize the experimental conditions for ultrasonic-assisted ex-
traction of total flavonoids from Moringa oleifera leaves. First, the effect of solid-to-liquid ratio, extraction time, extraction
temperature, and extraction power on the extraction yield of total flavonoids were investigated using single factor experiment.
Based on the results, the experimental conditions were optimized using a four-variable, three-level Box-Behnken experimental
design, and the optimum conditions for the extraction were obtained as follows: 1:35（g/mL）for the solid-to-liquid ratio, 40 min
for the extraction time, 52℃ for the extraction temperature, and 210 W for the extraction power. Under the optimum condi-
tions, the predicted and actual yields of total flavonoids were 5.082% and 5.17%. The model developed by RSM was adequate
to describe the relationships between the factors and the response values..
Key words:Moringa oleifera ; total flavonoids; ultrasonic-assisted extraction; response surface methodology
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收稿日期：2015－07－02
基金项目：湖北省自然科学基金面上项目（2015CFB390）；中央高校基本科研业务费专项基金（2662015QC021）
*通讯作者：2896006619@qq.com
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DOI:10.16005/j.cnki.tast.20150925.003
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点［10-12］。其中，超声波技术因其理想的提取效果备
受研究者关注，其具有的空化效应、机械振动作
用、热效应等能造成植物细胞壁的破碎，加快溶剂
渗透速度，使有效成分迅速溶解到溶剂里，从而提
高了有效成分的提取率，同时可减少高温对所提
取成分的不良影响［13］。徐雅琴等［10］研究证明，超
声波技术可有效用于红树莓中黄酮类物质的提
取，提取量高达220.4 μg/g。
本研究以辣木叶为原料，采用超声波辅助提取
其黄酮类物质，以总黄酮提取率为指标，采用响应
面法优化辣木叶总黄酮的提取工艺，为最大限度
地开发和利用辣木提供参考依据。
1 材料和方法
1.1 材料与试剂
辣木叶，德宏州天佑科技开发有限公司提供；
芦丁标准品、分析纯无水乙醇、亚硝酸钠、硝酸铝、
氢氧化钠等，国药集团化学试剂有限公司生产。
1.2 仪器与设备
KQ-300DE 型数控超声波清洗器，昆山市超声
仪器有限公司；电子分析天平，奥安斯仪器（上海）
有限公司；Anke TDL-5-A 离心机，上海安亭科学仪
器厂；紫外/可见分光光度计，新发现科技（中国）
有限公司。
1.3 辣木叶总黄酮的提取方法
取干燥的辣木叶，粉碎过 40 目筛。准确称取
辣木叶粉 1.0 g，置于 100 mL烧杯中，加入体积分数
为 80%的乙醇溶液超声提取，提取液离心分离，测
定总黄酮的含量［14-15］。
具体操作流程：辣木叶→干燥→磨粉→过 40
目筛→超声提取→离心→上清液→测定总黄酮
含量。
1.4 总黄酮的测定方法
1.4.1 芦丁标准曲线的绘制
准确称取干燥至恒重的芦丁标准品 20 mg，用
体积分数为 80%的乙醇溶液溶解，定容至 25 mL，
配制得到质量浓度为 0.80 mg/mL的芦丁标准溶液。
准确吸取新配制的芦丁标准溶液 0、125、250、
500、625、750、1500 μL 于 10 mL 的比色管中，加入
体积分数 80%的乙醇溶液至 9 mL，加入 5%的 Na-
NO2溶液 300 μL，摇匀，放置 6 min。加入 10%的 Al
（NO3）3 溶 液 300 μL，摇匀，放置 6 min，再加入
1 mol/L 的 NaOH 溶 液 500 μL，摇 匀 ，静 置 10～
15 min。以 80%的乙醇溶液为试剂空白作参比液，
于 510 nm 波 长 处 测 定 吸 光 值 。 以 芦 丁 浓 度
（mg/mL）为横坐标，吸光度值A为纵坐标绘制标准
曲线，得到回归方程 y=0.0874x-0.0113，R2=0.9986，
线性关系良好。
1.4.2 辣木叶总黄酮含量的测定［16］
准确吸取适量辣木叶黄酮提取液，按照芦丁标
准曲线制作方法测定吸光度。由吸光度根据回归
方程计算出原提取液中总黄酮的质量浓度（C），测
量得到辣木提取液体积（V），然后计算出辣木叶中
总黄酮的提取率。
辣 木 叶 中 总 黄 酮 提 取 率（ 以 芦 丁
计）%= C × VM × 100
其中：C为样液经吸光度算出的原提取液中总
黄酮的质量浓度（g/mL）；V 为提取液的总体积
（mL）；M为称取的辣木叶粉质量（mg）。
1.5 单因素试验
1.5.1 料液比对辣木叶总黄酮提取率的影响
准确称取 1.0 g 辣木叶粉 5份，分别置于 100 mL
的烧杯中，加入体积分数 80%的乙醇溶液混匀，选
择提取温度 20 ℃、提取时间 20 min、超声波处理功
率 150 W，分别考察料液比为 1∶20、1∶25、1∶30、
1∶35 和 1∶40（g/mL）对辣木叶总黄酮提取率的影
响。提取液于 4 200 r/min 下离心 20 min，取上清液
测定吸光度值，计算总黄酮提取率。
1.5.2 提取时间对辣木叶总黄酮提取率的影响
准确称取 1.0 g 辣木叶粉 5份，分别置于 100 mL
的烧杯中，加入体积分数 80%的乙醇配成料液比
1∶30（g/mL）的溶液，选择超声功率 150 W、提取温
度 20 ℃，分别考察超声处理时间为 10、20、30、40
和 50 min 对辣木叶总黄酮提取率的影响。提取液
于 4 200 r/min 下离心 20 min，取上清液测定吸光度
值，计算总黄酮提取率。
1.5.3 超声功率对辣木叶总黄酮提取率的影响
准确称取 1.0 g 辣木叶粉 5份，分别置于 100 mL
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的烧杯中，加入体积分数 80%的乙醇配成料液比
1∶30（g/mL）的溶液，选择提取时间 40 min、提取温
度 20 ℃，分别考察超声功率为 120、150、180、210
和 240 W 时对辣木叶总黄酮提取率的影响。提取
液于 4 200 r/min 下离心 20 min，取上清液测定吸光
度值，计算总黄酮提取率。
1.5.4 提取温度对辣木叶总黄酮提取率的影响
准确称取 1.0 g 辣木粉 5 份，分别置于 100 mL
的烧杯中，加入体积分数 80%的乙醇配成料液比
1∶30（g/mL）的溶液，选择提取时间 40 min、提取功
率 210 W，分别考察处理温度为 20、30、40、50 和
60 ℃时对辣木叶总黄酮提取率的影响。提取液于
4 200 r/min 下离心 20 min，取上清液测定吸光度值，
计算总黄酮提取率。
1.6 辣木叶总黄酮提取响应面优化试验方案设计
试验采用 Design-Expert 8.0.6.1 软件中的 Box-
Behnken design 设计原理，以提取温度、时间、料液
比和功率 4个因素为自变量，以总黄酮提取率为响
应值设计试验，并在最优提取条件下对优化结果
进行验证试验。
Box-Behnken 试验因素及水平编码值见表 1，试
验设计编排组合见表 2，共 29个实验点，其中 24个
析因点，5个中心点。
1.7 数据处理与分析
使 用 Excel 2007、OriginPro 8.0 和 Design Ex-
pert 8.0 软件对试验数据进行统计分析和建立回归
方程模型。所有试验均重复 3次取平均值。
2 结果与分析
2.1 料液比对辣木叶总黄酮提取率的影响
由图 1 可知，随着料液比的增加，辣木叶总黄
酮的提取率增大，当料液比达到 1∶30后，总黄酮的
提取率达到最大并趋于平衡。陈建福等［17］研究超
声波辅助提取西兰花总黄酮时发现，料液比增大，
增加了西兰花颗粒与乙醇溶剂之间的接触面积及
浓度差，提高了黄酮类物质向溶剂中转移的的扩
散系数，而料液比过大，过多的溶剂会对超声波产
生一定的吸附作用，从而使超声波的空化效率产
生损耗。因此从提高提取率和节约溶剂的角度考
虑，本试验选用料液比条件为1∶30（g/mL）。
2.2 提取时间对辣木叶总黄酮提取率的影响
由图 2 可知，提取时间在 20～40 min 时，随着
提取时间的延长，提取率逐渐增大，在提取时间为
40 min 时，总黄酮提取率达到最大值，随着超声时
间的进一步延长，总黄酮的得率随之下降。这可
能是由于在较短的时间内，超声破坏细胞结构，促
表1 辣木叶总黄酮提取率响应面试验因素水平编码
编码值 A 温度/℃ B 时间/min C 液料比/g·mL
-1
D 功率/W
1 40 30 1∶20 180
0 50 40 1∶30 210
-1 60 50 1∶40 240
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进黄酮类化合物的溶出，使得总黄酮得率增大；而
随着时间继续延长，一部分黄酮类物质被超声所
降解，总黄酮得率下降。王婧杰等［18］利用超声波
辅助提取紫椴枝皮中的黄酮发现相似现象，由于
在超声过程中不断产生热能，容易对热敏性的黄
酮类化合物活性成分造成破坏。从生产效率和生
产成本角度考虑，本试验选取提取时间为 40 min。
2.3 提取功率对辣木叶总黄酮提取率的影响
由图 3可得出，超声波功率为 210 W，提取率最
大。较低功率条件下提取功率的增大可能促进辣
木叶细胞内物质的释放，同时能使黄酮类化合物
分解的酶也被充分释放出来［19］。然而，超声波的
作用效果取决于单位面积输出的超声功率和提取
物的结构和性质，不同的提取物有着不同的适宜
表2 辣木叶总黄酮提取率响应面试验设计与结果
试验号
因素
总黄酮提取率
/%
A B C D
1 50 50 30 240 4.66484
2 50 30 30 180 4.80858
3 40 40 20 210 4.27710
4 50 40 30 210 5.00000
5 40 40 40 210 4.82047
6 60 40 40 210 4.99800
7 50 40 20 240 4.14014
8 50 30 20 210 4.06318
9 60 30 30 210 4.80477
10 40 40 30 180 4.68296
11 50 40 40 240 4.88789
12 50 30 40 210 4.93866
13 60 40 30 180 4.66922
14 50 30 30 240 4.66277
15 60 40 20 210 4.14392
16 50 40 40 180 4.20070
17 50 50 20 210 4.10054
18 60 40 30 240 4.65278
19 50 40 30 210 5.00000
20 40 40 30 240 4.65698
21 50 40 20 180 4.22014
22 50 40 30 210 5.00000
23 50 40 30 210 5.00000
24 40 30 30 210 4.75000
25 50 40 30 210 5.00000
26 40 50 30 210 4.86446
27 50 50 40 210 4.96153
28 60 50 30 210 4.74914
29 50 50 30 180 4.84422

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提取的超声波功率范围，超过此范围，超声作用可
能会导致目标产物发生降解而影响提取率［20］。因
此，本试验选择提取功率为 210 W。
2.4 提取温度对辣木叶粉总黄酮提取率的影响
由图 4可得，总黄酮提取率在提取温度为 20～
40 ℃时变化不显著，提取温度为 50 ℃时有较大增
幅。这可能是因为随温度增高，分子运动加快，导
致渗透、扩散、溶解速度加快，化合物更易从细胞
转移到溶剂中，超过 50 ℃后提取率下降，可能是高
温使黄酮物质分解［21-22］。因此，本试验选择 50 ℃
作为提取条件。
2.5 辣木叶总黄酮提取响应面法优化分析
采用响应面分析法分析试验结果，得到以总黄
酮提取率为响应值的回归方程为：
Y=5.00-0.002845A+0.013B+0.32C+0.02D-0.043AB+
0.078AC+0.002385AD-0.003622BC-0.008394BD+
0.19CD-0.098A2-0.080B 2-0.39C 2-0.22D 2
Y 为总黄酮提取率（%），A为温度（℃），B为时
间（min），C 为液料比（mL/g），D为功率（W）。
对试验数据进行方差分析（表 3）可知，模型 P<
0.0001，极显著，说明模型对试验拟合情况较好，可
以用该模型来预测不同提取条件下的总黄酮提取
率。C、CD显著，C2、D2极显著，说明各因素对响应
值并不是简单的线性关系，影响辣木叶总黄酮提
取率的因素主次为：料液比（C）>超声功率（D）>提
取时间（B）>提取温度（A）。其中料液比的影响极
显著，料液比和功率交互作用也表现为显著水平。
为了更加直观地反映出各因素及各因素间交
互作用对响应值的影响，一般通过绘制三维响应
面图来进一步分析各因素和响应值之间的关系。
由图 5可直观地看出，料液比与提取功率的交互作
用对总黄酮提取率的影响表现为极显著水平，随
着料液比和提取功率的增加，辣木叶总黄酮提取
表3 响应面法ANOVA分析结果
项目 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性
模型 2.55 14 0.18 9.34 < 0.0001 **
A-温度 9.72E-05 1 9.72E-05 4.98E-03 0.9447
B-时间 2.05E-03 1 2.05E-03 0.1 0.7507
C-料液比 1.24 1 1.24 63.72 < 0.0001 **
D-功率 4.78E-03 1 4.78E-03 0.25 0.6282
AB 7.23E-03 1 7.23E-03 0.37 0.5524
AC 0.024 1 0.024 1.24 0.2848
AD 2.28E-05 1 2.28E-05 1.17E-03 0.9732
BC 5.25E-05 1 5.25E-05 2.69E-03 0.9594
BD 2.82E-04 1 2.82E-04 0.014 0.906
CD 0.15 1 0.15 7.54 0.0158 *
A^2 0.062 1 0.062 3.2 0.0954
B^2 0.042 1 0.042 2.14 0.1657
C^2 0.98 1 0.98 49.99 < 0.0001 **
D^2 0.32 1 0.32 16.15 0.0013 **
失拟项 0.27 10 0.027
注：*表示差异显著，P<0.05；**表示差异极显著，P<0.01


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率先缓慢提高，
当总黄酮提取
率达到最大值
后，开始缓慢降
低。当选择合
适的料液比和
提取功率时，在
较低的提取温
度和较短的提
取时间下即可
得到较高的总
黄酮得率。
2.6 验证试验
根 据 响 应
面分析所建立
的数学模型，得
到 1 个 最 优 的
工艺条件。在
料 液 比 1∶ 35
（g/mL）、提取时
间 40 min、提取
温度 52 ℃ 、提
取 功 率 217 W
条件下，辣木叶
总黄酮提取率
为 5.082% 。 对
最佳提取工艺条件进行验证试验，得到辣木叶总
黄酮提取率实测值为5.17%。
陈瑞娇［23］对辣木叶总黄酮的乙醇提取工艺进
行了优化研究，结果表明辣木叶总黄酮类物质的
最佳提取条件为 70%的乙醇溶液作提取剂、提取温
度 60 ℃、料液比 1∶20、提取 3次、每次 1 h，在此条
件下提取液中的总黄酮含量达到 3.95 %。本试验
优化后的总黄酮提取率提高 30.9%，提取时间缩短
了 4.5 倍，证明超声波辅助技术可有效地用于辣木
叶中总黄酮的提取。
3 结语
本研究利用超声波技术加速辣木叶中黄酮类
物质的溶出，采用响应面法优化超声辅助提取辣
木叶总黄酮的工艺参数，并通过方差分析，得出影
响辣木叶总黄酮提取率的因素主次为：料液比
（C）>超声功率（D）>提取时间（B）>提取温度（A），
同时可以表明料液比和提取功率对总黄酮的得率
影响存在显著的交互作用。结合响应面分析得到
的数学模型，得出辣木叶总黄酮的最佳提取工艺
条件为：料液比 1∶35（g/mL）、提取时间 40 min、提
取温度 52℃、超声功率 210 W，在此条件下辣木叶
总黄酮提取率为 5.17%。响应面模型与实际验证
结果拟合情况良好，可为更好地开发利用辣木叶
总黄酮提供参考和依据。
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d. 提取温度与提取时间 e. 提取功率与液料比 f. 液料比与提取温度
图5 各两因素交互作用对总黄酮提取率影响的响应面图
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（上接第 10 页）量、单果重、果肉硬度有所增高，但
可溶性固形物含量差异不明显。喷施含氨基酸水
溶肥料的钙肥效果较好。果肉硬度高可提高鲜果
耐贮运性。建议今后在甜柿生产中注重适当增施
钙肥。有关在缺钙甜柿园除叶面喷施外的土壤施
钙问题，需要另行试验研究。
本试验结果仅反映，在未注重钙肥施用、土壤
0～30 cm 范围含交换性钙 2 304 mg/kg、30～60 cm
范围交换性钙含量 1 499 mg/kg 的柿园施用钙肥的
效应。由于土壤缺钙以及钙肥过量均对甜柿生长
结果有不利影响［1］，在我国有关甜柿园施肥土壤
中钙含量上限和下限标准制定发布之前，建议生
产中可根据历年施肥情况、叶片缺钙症状和以上
钙值含量来判定甜柿园是否需要增施钙肥。
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