全 文 ：中国饲料2015 年第 16 期
动 物 营 养添 加 剂
DOI：10.15906/j.cnki.cn11-2975/s.20151607
基金项目：福建省教育厅科技计划项目（JA13389）；漳州市
自然科学基金（ZZ2014J05）
* 通讯作者
响应面法优化超声辅助提取
佛手瓜总黄酮的工艺研究
陈建福 1，2，3 *， 林 洵 1，3， 陈美慧 2， 周媚媚 2
（1.漳州职业技术学院食品与生物工程系，福建漳州 363000；
2.闽南师范大学生物科学与技术学院，福建漳州 363000；
3.农产品深加工及安全福建省高校应用技术工程中心，福建漳州 363000）
佛手瓜[Sechium edule（Jacq.）Swartz]又名安南
瓜、 隼人瓜等， 是葫芦科佛手瓜属珍稀瓜类蔬菜
（Ordo觡eza等，2006）。黄酮类化合物是一类广泛存
在于植物体中的多酚类物质，具有抗炎、抗肿瘤、
抗氧化、 降血压、 降血脂、 延缓衰老等作用（Es-
criche等，2014；Nakabayashi等，2014）。 本试验对
影响超声波辅助提取佛手瓜总黄酮的工艺条件进
行了研究， 并利用响应面法对提取工艺进行了优
化，得到了最佳的工艺条件，为佛手瓜资源的进一
步开发利用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试剂与仪器 佛手瓜，购于漳州西洋坪菜市
场。 乙醇，分析纯，使用时，配制成不同浓度（体积
分数）的乙醇溶液；芦丁，标准品；硝酸铝，分析纯；
亚硝酸钠，分析纯；氢氧化钠，分析纯。
SCQ-3201E超声波清洗机， 上海声彦超声波
有限公司；LGJ10-C冷冻干燥机， 北京四环科学仪
器厂；Q-250B高速多功能粉碎机，上海冰都电器有
限公司；UV-1800PC-DS2紫外可见分光光度计，上
海美谱达仪器有限公司；BSA124S电子天平，赛多
[摘要] 本试验研究了超声辅助提取佛手瓜中总黄酮的工艺。 在单因素试验基础上，考察乙醇浓度、超声温度、液
料比和超声时间对佛手瓜总黄酮提取率的影响。 根据 Box-Benhnken 中心组合试验设计原理，采用响应面法对佛手
瓜总黄酮提取的关键参数进行了优化，建立了佛手瓜总黄酮提取率的数学模型。结果表明：4 个因素对佛手瓜总黄酮
提取率影响的大小顺序是超声温度＞超声时间＞液料比＞乙醇浓度。 佛手瓜总黄酮的最佳提取工艺条件为：乙醇浓度
69%、超声温度 71 ℃、液料比 25 mL/g、超声时间 31 min，在此条件下总黄酮提取率为 3.402%，与理论预测值相对误
差为 0.526%。 与传统热水浸提法相比，提取率提高了12.69%。
[关键词] 佛手瓜；超声辅助；总黄酮；响应面
[中图分类号] S816.7 [文献标识码] A [文章编号] 1004-3314（2015）16-0025-04
[Abstract] The ultrasonic-assisted extraction conditions of total flavonoids from Sechium edule（Jacq.）Swartz were stud-
ied.Single factors including alcohol concentration，ultrasonic temperature，the ratio of liquid to material and ultrasonic time
were investigated.Response surface methodology with 4 factors and 3 levels followed by verification test was adopted and a
second order quadratic equation was established.The results showed that the effect order of four factors on the total flavonoids
yield was as follows：ultrasonic temperature，ultrasonic time，the ratio of liquid to material and alcohol concentration.The op-
timum condition were alcohol concentration 69%，ultrasonic temperature 71 ℃，the ratio of liquid to material 25 mL/g and ul-
trasonic time 31 min.Under the optimized conditions，the total flavonoids yield reached to 3.402 % ，the relative error was
0.526% compared to the predictive value，which indicated the feasible model fitted well with the experimental data.Total
flavonoids yield using ultrasonic-assisted extraction was 12.69% higher than that of traditional heat refluxing extraction．
[Key words] echium edule（Jacq.） Swartz；ultrasonic-assisted；total flavonoids；response surface methodology
25
中国饲料 2015 年第 16 期
表 2 提取条件对总黄酮提取率的影响
乙醇浓度/% 提取率/% 超声温度/℃ 提取率/% 料液比/（mL/g） 提取率/% 超声时间/min 提取率/%
60 2.992 60 0.863 15 2.252 10 1.342
65 3.281 65 2.483 20 3.182 20 2.981
70 3.347 70 3.347 25 3.347 30 3.347
75 3.265 75 3.315 30 3.265 40 3.245
80 3.192 80 2.876 35 3.113 50 3.025
85 3.152 85 2.152 40 2.878 60 2.587
利斯科学仪器有限公司；GZX-9070MBE数显鼓风
干燥箱，上海博讯实业有限公司医疗设备厂。
1.2 试验方法
1.2.1 佛手瓜总黄酮的测定 利用硝酸铝-亚硝
酸钠比色法，以芦丁为标准品，测定在波长为 510
nm 时的吸光度，绘制标准曲线，得到吸光度与浓
度的回归方程（陈建福和施伟梅，2014）。
利用上述方法测定佛手瓜提取液的吸光度，
代入回归方程，得到总黄酮浓度，利用下式换算得
到总黄酮提取率。
佛手瓜总黄铜提取率/%= b×Vm×103 ×100
；
式中：m 为佛手瓜的质量，g；b 为回归方程计
算的总黄酮质量浓度，mg/L；V为提取液体积，L。
1.2.2 超声波辅助提取佛手瓜总黄酮 将佛手瓜
洗净切成条状，并泡于蒸馏水中 0.5 h，捞起自然
晾干后，冰冻，并于冷冻干燥机中进行干燥，粉碎，
过 80目筛备用。 在装有冷凝管的 250 mL 三口烧
瓶中，装入一定量的佛手瓜粉末，置于超声波反应
器中， 按照试验工艺条件对佛手瓜总黄酮进行提
取，结束后，浓缩，定容，按 1.2.1 中的方法对总黄
酮提取率进行计算。
1.3 单因素试验 固定其他条件不变，分别选取
乙醇浓度（60%、65%、70%、75%、80%、85%）、超声
温度 （60、65、70、75、80、85 ℃）、 液料比（15、20、
25、30、35、40 mL/g）、超声时间（15、20、25、30、35、
40 min）等进行单因素试验，以总黄酮提取率为指
标，研究各因素对佛手瓜总黄酮提取率的影响。
1.4 响应面试验设计 在单因素试验基础上，以
总黄酮提取率为响应值，选择乙醇浓度（A）、超声
温度（B）、液料比（C）、超声时间（D）为工艺参数，
运用 Design Expert 8.05b 软件，采用 Box-Behnken
中心组合原理设计试验， 进行 4因素 3水平的响
应面优化试验，建立响应值与因素间的预测模型，
以确定最佳的工艺条件， 响应面试验因素与水平
见表 1。
2 结果与分析
2.1 单因素试验对佛手瓜总黄酮提取率的影响
2.1.1 乙醇浓度对佛手瓜总黄酮提取率的影响
从表 2可以看出， 总黄酮提取率随着乙醇浓度的
增加而增大，当乙醇浓度为 70%时，总黄酮的提取
率最大，当乙醇浓度超过 70%时，提取率反而又下
降，这是因为黄酮类物质具有一定的醇溶性，随着
乙醇浓度的增加， 黄酮类物质在溶剂中的溶解能
力增强，因此总黄酮提取率提高。 当乙醇浓度超过
70%后，溶剂的极性变弱，部分强极性的黄酮溶出
阻力增加， 使得黄酮类物质提取率的下降（Zhang
等，2011）。 因此最佳的乙醇浓度选择为 70%。
2.1.2 超声温度对佛手瓜总黄酮提取率的影响
从表 2可以看出， 总黄酮提取率随着超声温度的
升高而增大，当超声温度为 70 ℃时，总黄酮提取
率最大，当超声温度超过 70 ℃时，提取率反而下
降，这是因为随着超声温度的升高，提取体系的分
子热运动增强， 促进了总黄酮与溶剂之间的扩散
与交换（Xie 等，2014），从而使得总黄酮提取率增
大，但当超声温度超过 70 ℃时，高温会使黄酮类
物质破坏与分解，从而导致总黄酮提取率的下降。
因此最佳的超声温度选择为 70 ℃。
2.1.3 液料比对佛手瓜总黄酮提取率的影响 从
表 2可以看出， 总黄酮提取率随着液料比的增加
而增大，当液料比为 25 mL/g 时，总黄酮提取率最
大，当液料比超过 25 mL/g 时，提取率反而下降，
这是因为随着液料比的增大， 佛手瓜颗粒内外的
浓度差增大，使得传质推动力增加，促进了黄酮从
颗粒内部溶出，而使得总黄酮提取率增大，当液料
比超过 25 mL/g 后，溶剂量过大，溶剂会增加超声
能量的损耗且会增加后序浓缩中黄酮的损失（A-
boshora 等，2015），而使得总黄酮提取率下降。 因
此，最佳的液料比选择为 25 mL/g。
2.1.4 超声时间对佛手瓜总黄酮提取率的影响
表 1 响应面试验因素与水平
-1 65 65 20 20
0 70 70 25 30
1 75 75 30 40
A B C D
乙醇浓度/% 超声温度/℃ 液料比/（mL/g） 超声时间/min水平
因素
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中国饲料2015 年第 16 期
表 3 响应面设计方案及试验结果从表 2可以看出， 总黄酮提取率随着超声时间的
延长而增大，当超声时间为 30 min 时，总黄酮提
取率最大，当超声时间超过 30 min 时，提取率反
而下降。这是因为随着超声时间的延长，佛手瓜颗
粒中的黄酮类物质逐渐溶出， 使得总黄酮提取率
增大，但超声时间过长，超声会产生局部的高温而
造成部分黄酮类物质的分解 （Teh 和 Birch，
2014），而导致总黄酮提取率的下降。 因此最佳的
的超声时间选择为 30 min。
2.2 响应面法优化超声辅助提取佛手瓜总黄酮
的工艺
2.2.1 响应面试验设计与结果 利用 Design Ex-
pert 8.05b 软件对表 3 的试验结果进行响应面分
析，根据 Box-Behnken 中心组合试验设计，得到
了佛手瓜总黄酮提取率对乙醇浓度、超声温度、液
料比和超声时间的二次多项式回归方程：
Y=3.35-0.12A+0.34B+0.13C+0.14D+0.18AB-
0.047AC -0.13AD + 0.05BC -0.017BD +0.002CD -
0.3A2-0.61B2-0.57C2-0.48D2。
回归模型的方差分析如表 4 所示。 由表 4 可
以看出，该回归模型 F=19.81，P ＜ 0.0001，说明该
模型极显著，与试验拟合较好。 失拟项 P=0.3113＞
0.05，差异不显著，表明未知因素对本试验的干扰
较小， 残差是由随机误差引起的。 相关系数 R2=
0.9519， 表明该模型有超过 95%的试验值可用预
测值来代替， 说明预测值与实际值之间的相关性
较好。 从回归方程的 F 值及 P 值可看出，一次项
B、D，二次项 A2、B2、C2、D2对试验结果影响极显著
（P ＜ 0.01），一次项 A、C，交互项AB 对试验结果
影响显著（P ＜ 0.05），交互项 AC、AD、BD、CD 对
试验结果影响不显著（P ＞ 0.05），说明各因素与佛
手瓜总黄酮提取率之间不是简单的一次线性关
系，而是呈二次关系，影响因子的主效应主次顺序
为：超声温度>超声时间>液料比>乙醇浓度。 综上
所述，利用响应面法建立的回归模型拟合度高，可
较好地描述各因素与响应值之间的真实关系，因
此可以用该模型预测和分析超声辅助提取佛手瓜
总黄酮的工艺条件。
2.2.2 响应面分析 根据表 3的结果作出的响应
面分析图及等高线图如图 1所示。 从图 1可以看
出，超声温度和超声时间的曲线较陡，说明超声温
度和超声时间对总黄酮提取率的影响最为显著；
而液料比和乙醇浓度的曲线均较平缓， 响应值变
化较小， 说明液料比和乙醇浓度对总黄酮提取率
的影响较小。 分析可知， 主次因素顺序为超声温
度＞超声时间>液料比＞乙醇浓度。
2.2.3 提取工艺优化及结果验证 在所选取的各
因素条件范围内， 通过 Design Expert 8.05b 软件
对二次回归模型进行数据分析， 得到超声波辅助
提取佛手瓜总黄酮的最佳工艺条件为： 乙醇浓度
69.15%、超声温度 71.27 ℃、液料比 25.66 mL/g、
超声时间 31.64 min，在此条件下，佛手瓜总黄酮
提取率的最大理论值为 3.420%。为了验证响应面
法的可靠性，并考虑到实际操作条件的便利性，将
工艺条件修正为：乙醇浓度 69%、超声温度 71 ℃、
液料比 25 mL/g、超声时间 31 min。 以此为条件进
试验号 乙醇浓度/% 超声温度/℃ 液料比/（mL/g） 超声时间/min 提取率/%
1 1 1 0 0 2.652
2 -1 0 0 1 2.810
3 0 0 -1 1 2.290
4 -1 1 0 0 2.751
5 1 0 -1 0 2.425
6 0 -1 0 -1 1.887
7 0 1 0 -1 2.642
8 0 0 1 1 2.538
9 0 -1 0 1 2.104
10 0 1 -1 0 2.213
11 1 0 0 -1 2.507
12 0 -1 1 0 1.946
13 -1 -1 0 0 2.480
14 0 0 1 -1 2.163
15 0 0 0 0 3.281
16 1 0 0 1 2.543
17 -1 0 0 -1 2.267
18 0 0 0 0 3.240
19 1 0 1 0 2.480
20 0 1 1 0 2.697
21 1 -1 0 0 1.642
22 0 0 -1 -1 1.923
23 -1 0 -1 0 2.575
24 0 0 0 0 3.466
25 0 0 0 0 3.498
26 0 -1 -1 0 1.661
27 0 0 0 0 3.249
28 -1 0 1 0 2.819
29 0 1 0 1 2.792
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中国饲料 2015 年第 16 期
图 1 两因素交互作用对
总黄酮提取率影响的响应面图
表 4 回归模型方差分析
注：* 表示差异显著（P ＜ 0.05），** 表示差异极显著（P ＜ 0.01）。
方差来源 均方 自由度 离差平方和 F 值 P 值 显著性
模型 6.63 14 0.47 19.81 <0.0001 **
A 0.18 1 0.18 7.36 0.0168 *
B 1.35 1 1.35 56.55 <0.0001 **
C 0.20 1 0.20 8.44 0.0115 *
D 0.24 1 0.24 9.94 0.0071 **
AB 0.14 1 0.14 5.71 0.0314 *
AC 8.93×10-3 1 8.93×10-3 0.37 0.5508
AD 0.064 1 0.064 2.69 0.1233
BC 9.90×10-3 1 9.90×10-3 0.41 0.5302
BD 1.12×10-5 1 1.12×10-5 0.047 0.8316
CD 1.60×10-5 1 1.60×10-5 6.69×10-4 0.9797
A2 0.57 1 0.57 23.86 0.0002 **
B2 2.39 1 2.39 100.01 <0.0001 **
C2 2.14 1 2.14 89.47 <0.0001 **
D2 1.51 1 1.51 63.09 <0.0001 **
残差 0.33 14 0.024
失拟度 0.27 10 0.027 1.75 0.3113
绝对误差 0.062 4 0.016
总离差 6.96 28
行三次平行验证试验， 测得佛手瓜总黄酮平均提
取率为 3.402%，与理论预测值 3.420%相差较小，
相对误差为 0.526%，说明通过响应面法优化得到
的佛手瓜总黄酮的回归模型拟合度高， 具有实际
的生产价值。 该工艺与杨海涛（2008）报道的传统
的热浸提法（乙醇浓度 70%、料液比 1∶20，温度 80
℃，提取时间 2 h）相比，提取率提高了 12.69%，该
工艺大大缩短了操作时间，且操作温度低，具有明
显的成本优势， 是一种高效快速提取佛手瓜总黄
酮的方法。
3 结论
试验利用 BoX-behnken Design 设计方案，运
用Design Expert 8.05b 软件对工艺参数进行了优
化， 得到了佛手瓜总黄酮提取率与各因素间的四
元二次回归方程。 根据回归模型确定了超声辅助
提取佛手瓜总黄酮的最佳工艺参数为： 乙醇浓度
69%、超声温度 71 ℃、液料比 25 mL/g、超声时间
31 min。在该工艺条件下进行验证试验，测得佛手
瓜总黄酮平均提取率为 3.402%， 与理论预测值
（3.420%）相差较小，相对误差为 0.526%，说明通
过响应面法优化得到的佛手瓜总黄酮提取的工艺
参数准确可靠。
3.5
2.5
3
2
1.5
75.00
73.00
71.00
69.00
67.00
65.00 65.00
67.00
69.00
71.00
73.00
75.00
超声温度/℃ 乙醇浓度/%
提
取
率
/%
3.5
2.5
3
2
1.5
30.00
28.00
26.00
24.00
22.00
20.00 65.00
67.00
69.00
71.00
73.00
75.00
料液比/（mL/g） 乙醇浓度/%
提
取
率
/%
3.5
2.5
3
2
1.5
40.00
35.00
30.00
25.00
20.00 65.00
67.00
69.00
71.00
73.00
75.00
超声时间/min 乙醇浓度/%
提
取
率
/%
3.5
2.5
3
2
1.5
30.00
28.00
26.00
24.00
22.00
20.00 65.00
67.00
69.00
71.00
73.00
75.00
料液比/（mL/g） 超声温度/℃
提
取
率
/%
3.5
2.5
3
2
1.5
40.00
35.00
30.00
25.00
20.00 65.00
67.00
69.00
71.00
73.00
75.00
超声时间/min 超声温度/℃
提
取
率
/%
3.5
2.5
3
2
1.5
40.00
35.00
30.00
25.00
20.00 20.00
22.00
24.00
26.00
28.00
30.00
超声时间/min 料液比/（mL/g）
提
取
率
/%
（下转第 33页）
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（上接第 28页）
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