全 文 ：※工艺技术 食品科学 2012, Vol.33, No.24 137
山麻楂黄酮提取条件的响应面法优化及不同
部位黄酮含量的测定
夏海涛，刘玉芬，沈杨彬，金智彧
(淮海工学院化学工程学院，江苏 连云港 222005)
摘 要：以连云港花果山野生山麻楂为原料，研究山麻楂黄酮的提取工艺。在单因素试验基础上，根据Box-
Behnken试验设计原理，选取提取温度、提取时间、液料比三因素三水平进行响应面试验，建立黄酮提取率的二
次回归方程，确定提取工艺的优化组合条件。结果表明：提取工艺最佳条件为提取温度65℃、提取时间112min、
液料比27:1(mL/g)、提取2次。该条件下黄酮提取率预测值为2.652%，验证值为2.649%。对山麻楂不同部位黄酮
含量测定的结果表明，山麻楂不同部位黄酮含量存在明显差异，叶中最高，为5.264%，花、茎次之，为2.983%和
2.145%，根最低，为1.861%。
关键词：山麻楂；黄酮；提取；响应面法
Optimization of Flavonoids Extraction from Gypsophila oldhamiana Miq. Using Response Surface Methodology
and Determination of Flavonoids in Different Botanical Parts
XIA Hai-tao ，LIU Yu-fen，SHEN Yang-bin，JIN Zhi-yu
(School of Chemical Engineering, Huaihai Institute of Technology, Lianyungang 222005, China)

Abstract：Response surface methodology was employed to optimize the extraction of flavonoids from young leaves
and stems of wild Gypsophila oldhamiana Miq. collected from Huaguo Mountain region in Lianyungang with the aim of
developing a generalized approach for sample preparation for the determination of fl avonoids in other botanical parts of this
plant. A quadratic regression model that describes extraction effi ciency as a function of temperature, time and solvent-to-
solid ratio was established using a Box-Behnken experimental design. The optimum extraction conditions were obtained
as follows: two extraction cycles at 65 ℃ for 112 min each cycle with a solvent-to-solid ratio of 27:1 (mL/g). Under these
conditions, the predicted fl avonoid yield was 2.652% as opposed to 2.649% of the actual value. There was a considerable
difference in fl avonoid content among different botanical parts of Gypsophila oldhamiana Miq.: 5.264%, 2.983%, 2.145%
and 1.861% in leaves, fl owers, stems and roots, respectively.
Key words：Gypsophila oldhamiana Miq.；fl avonoids；extraction；response surface methodology (RSM)
中图分类号：R284.2 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2012)24-0137-05
收稿日期：2011-09-15
作者简介：夏海涛(1960—)，男，教授，硕士，研究方向为天然植物活性成分提取。E-mail：xht161006@hhit.edu.cn
山麻楂(Gypsophila oldhamiana Miq.)，又名山妈菜、
长蕊石头花、长蕊丝石竹、霞草等[1-2]，是石竹科石头花
属植物，多年生草本。主要分布在我国河北、河南、江
苏、山东、陕西及甘肃等地[3]。民间多以其根部入药[4]，
具有清热凉血、消肿止痛、化腐生肌长骨的功效，主治
阴虚久疟、潮热、烦温、骨蒸、盗汗、跌打损伤、骨
折、外伤等症[5-6]。植物化学研究表明山麻楂中主要含有
黄酮、皂苷、甾醇、脂肪酸、蛋白质、维生素、矿物质
等化学成分[7-8]。黄酮类物质具有保肝、降压、抗癌、抗
衰老、抗炎、降血糖、调节内分泌等多种功能，还可有
效清除羟自由基等活性氧组分[9-10]。因此山麻楂作为一种
野菜资源，不但营养丰富，同时又具有医疗保健作用，
开发前景广阔。目前对山麻楂中黄酮类化合物提取工艺
的响应面法研究未见报道[11]。本实验以黄酮提取率为考
察指标，在单因素试验基础上，利用响应面法对山麻楂
黄酮提取工艺条件进行优化，在获得的最佳工艺条件
下，对山麻楂根、茎、叶、花部位的黄酮进行提取和测
定，为其开发利用提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
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山麻楂采自连云港市花果山，洗净在60℃于电热恒
温鼓风干燥箱中烘干至质量恒定，粉碎过40目筛。用石
油醚浸泡去色，重复3次，余下的固体粉末挥发干备用。
95%乙醇、石油醚(均为分析纯) 上海国药集团；
芦丁标准品 中国食品药品检定研究院。
1.2 仪器与设备
UV-2550 型紫外分光光度计 日本岛津公司；RE-
5285A型旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂；DHG-
9240A 型电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科技有限公
司；KDM型控温电热套 浙江舟山海源仪器厂；TDL-4
型台式离心机 上海安亭科学仪器厂；XA-1型固体粉
碎机 金坛市科兴仪器厂。
1.3 方法
1.3.1 黄酮提取工艺流程
山麻楂嫩茎叶→清洗→干燥→粉碎→过筛→脱脂→
浸提→离心→上清液→收集合并→测黄酮提取率。
准确称取处理好的干燥山麻楂粉末0.5g，根据试验
设计条件，加入50%乙醇溶液提取2次，收集提取液、浓
缩定容。
1.3.2 黄酮含量的测定
以芦丁为标样，按文献[12]方法测定黄酮含量。移
取一定量的黄酮提取液于25mL比色管中，加入70%乙
醇定容，摇匀。在363nm处以试剂空白为参比测定吸光
度，根据标准曲线方程计算黄酮含量和黄酮提取率。芦
丁标准曲线回归方程为A= 0.0261＋0.0287x，相关系数
R=0.9980，式中x为芦丁质量浓度，范围为5.0～32mg/L，
A为吸光度。
山麻楂黄酮提取率/%=提取液质量浓度×稀释倍数×体积
原料质量
×100
1.3.3 单因素试验
分别以不同的乙醇体积分数、液料比、提取温度、
提取时间以及提取次数为单因素进行试验，考察其对山
麻楂中黄酮提取率的影响。
1.3.4 Box-Behnken试验设计
在单因素试验基础上，确定Box-Behnken设计的自变
量，以山麻楂总黄酮提取率为响应值，通过响应面分析
对提取条件进行优化。试验因素水平编码设计见表1。数
据处理采用Design Expert 8.05统计软件分析。
表 1 山麻楂黄酮提取工艺响应面优化试验因素水平表
Table 1 Factors and levels used in response surface analysis
编码水平 因素
A提取温度/℃ B提取时间/min C液料比(mL/g)
－1
0
1
60
70
80
100
110
120
20:1
25:1
30:1
2 结果与分析
2.1 单因素试验
2.1.1 乙醇体积分数对黄酮提取率的影响
在提取温度70℃、提取时间60min、提取2次、液
料比20:1的条件下，加入不同体积分数乙醇溶液提取黄
酮，所得结果见图1。随乙醇体积分数的增大，黄酮提
取率开始增大，在乙醇体积分数50%时，黄酮提取率最
高，随后下降。这可能是乙醇体积分数较高时，脂溶性
杂质溶出增多并与黄酮类物质竞争溶剂[13]，从而使黄酮
提取率下降。
40 50 60 70 80
2.8
2.6
2.4
2.2
2.0
咘
䝂
ᦤ
প
⥛
/%
Э䝛ԧ⿃ߚ᭄/%
图 1 乙醇体积分数对黄酮提取率的影响
Fig.1 Effect of ethanol concentration on the extraction yield of fl avonoids
2.1.2 提取时间对黄酮提取率的影响
在提取温度70℃、液料比20:1、乙醇体积分数50%、
提取2次的条件下，考察提取时间对黄酮提取率的影响，
结果见图2。随着提取时间的增加，黄酮提取率呈正向增
长趋势，在提取时间小于100min时，随时间延长，黄酮
提取率升高显著，达到100min后，继续增加提取时间，
黄酮提取率增长缓慢，110min达最大值，随后略有下
降，可能黄酮浸出率达到了动态平衡，部分山麻楂黄酮
被氧化所致。
30 60 90 120 150
2.8
2.4
2.0
1.6
咘
䝂
ᦤ
প
⥛
/%
ᦤপᯊ䯈/min
图 2 提取时间对黄酮提取率的影响
Fig.2 Effect of extraction time on the extraction yield of fl avonoids
2.1.3 提取温度对黄酮提取率的影响
在提取时间60min、液料比20:1、乙醇体积分数
50%、提取2次条件下，考察提取温度对黄酮提取率的影
响，结果见图3。随着提取温度的升高，黄酮提取率增
加，超过70℃后，黄酮提取率下降。在高温环境下，黄
酮类物质易于氧化，而且温度高时杂质的溶出量也会增
加，导致提取率下降。
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40 50 60 70 80
2.8
2.4
2.0
1.6
咘
䝂
ᦤ
প
⥛
/%
ᦤপ⏽ᑺ/ć
图 3 提取温度对黄酮提取率的影响
Fig.3 Effect of extraction temperature on the extraction yield of fl avonoids
2.1.4 液料比对黄酮提取率的影响
在提取温度70℃、提取时间60min、乙醇体积分数
50%、提取2次的条件下，考察液料比对黄酮提取率的影
响，结果见图4。黄酮提取率随着液料比的增加而上升，
在液料比超过25:1后，黄酮提取率下降。溶剂用量少，
黄酮溶出量小，提取不完全，溶剂用量过大，成本增
加，综合考虑经济因素和后续工艺的简化，液料比25:1
为宜。
10:1 15:1 20:1 25:1 30:1 35:1
2.8
2.4
2.6
2.0
2.2
1.8
咘
䝂
ᦤ
প
⥛
/%
⎆᭭↨(mL/g)
图 4 液料比对黄酮提取率的影响
Fig.4 Effect of solvent-to-solid ratio on the extraction yield of fl avonoids
2.1.5 提取次数对黄酮提取率的影响
1 2 3
2.8
2.4
2.0咘
䝂
ᦤ
প
⥛
/%
ᦤপ⃵᭄
图 5 提取次数对黄酮提取率的影响
Fig.5 Effect of extraction number on the extraction yield of fl avonoids
在提取温度70℃、提取时间60min、乙醇体积分数
50%、液料比20:1的条件下，考察提取次数对黄酮提取率
的影响，结果见图5。随提取次数的增加，黄酮提取率明
显增加，提取次数达到2次后，再增加提取次数黄酮提取
率变化不明显，说明山麻楂黄酮经过2次提取后已接近完
全。因此，从减少操作环节，节约成本考虑，黄酮重复
提取2次为宜。
2.2 响应面优化试验
在单因素试验基础上，根据Box-Behnken试验设计原
理，选择提取温度、提取时间、液料比进行三因素三水
平的响应面分析方法，确定黄酮最佳提取条件，结果见
表2。将所得的试验数据采用Design Expert软件进行多元
回归拟合，得到黄酮提取率对提取温度A、提取时间B、
液料比C的二次多项回归方程：
黄酮提取率 /%=2 .6308－0 .0334A＋0 .0175B＋
0.0529C－0.0368AB－0.1655AC＋0.0193BC－0.1107A2－
0.1044B2－0.1692C2
表 2 山麻楂黄酮提取工艺响应面优化试验设计及结果
Table 2 Experimental design and results for response surface analysis
试验号 A 温度 B 时间 C 液料比 黄酮提取率(实测值)/%
黄酮提取率
(预测值)/%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
0
0
－1
0
1
0
0
1
－1
0
1
0
0
1
－1
0
－1
－1
－1
0
0
0
0
0
－1
－1
1
1
0
0
0
0
1
1
－1
1
－1
0
1
0
0
0
0
－1
0
0
0
－1
1
1
0
2.301
2.364
2.154
2.628
2.217
2.639
2.621
2.399
2.412
2.312
2.346
2.641
2.625
2.438
2.595
2.452
2.506
2.306
2.373
2.166
2.631
2.205
2.631
2.631
2.402
2.395
2.303
2.363
2.631
2.631
2.430
2.603
2.447
2.503
对该回归模型进行方差分析，结果见表3。由表3可
知，模型P＜0.0001，表明响应回归模型达到了极显著水
平，失拟项P=0.0697＞0.05不显著，模型的校正确定系
数R2=0.9961，说明该模型拟合程度良好[14]。模型的修正
相关系数R2Adj=0.9910，表明该方程较好地反映了提取温
度、提取时间和液料比与山麻楂黄酮提取率的关系，总
变异中只有0.9%不能用此方程解释，因此可用此模型对
山麻楂中黄酮的提取进行分析和预测。由回归模型的方
差分析结果知，方程一次项A、B、C、和二次项A2、B2、
C2、对黄酮提取率的影响均达极显著水平，交互项BC显
著，AB、AC极显著。由F值可以判断，在所选实验范围
内，三个因素对黄酮提取率的影响顺序为液料比＞提取
温度＞提取时间。
回归模型的响应曲面见图6。从响应面分析图上看，
在所选实验条件范围内存在响应面最高点。图6a表明，当
液料比固定为25:1(mL/g)时，随提取时间和温度的增加黄
酮提取率呈上升趋势，当提取温度和时间达到68.29℃和
111.12min时，黄酮提取率达到最大值，此后没有进一步
提高而是有所下降，可能是由于时间长、温度高使黄酮分
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解。由等高线可知，沿提取温度轴向等高线相对密集，说
明提取温度对黄酮提取率的影响比时间大。等高线呈椭圆
形，表明两因素交互作用较强，影响显著[15]。图6b表明，
黄酮提取率随液料比和温度的提高快速增加，在液料比
为26.82:1(mL/g)、温度为65.76℃附近可以达到响应值最
高点。等高线呈椭圆形，表明两因素有明显的交互作用，
影响显著，且液料比(等高线较密集)对黄酮提取率的影响
明显大于提取温度。图6c表明，黄酮提取率随液料比和时
间的增加先增大后减小。等高线图表明，液料比对响应
值的影响比时间影响显著。在液料比25.79:1(mL/g)、时间
111.09min附近可以达到响应值最高点。
表 3 回归模型的方差分析
Table 3 Analysis of variance for the established regression model
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值
模型
A
B
C
AB
AC
BC
A2
B2
C2
残差
失逆项
纯误差
总变异
0.3919
0.0089
0.0025
0.0224
0.0054
0.1096
0.0015
0.0516
0.0459
0.1205
0.0015
0.0012
0.0003
0.3935
R2=0.9961
9
1
1
1
1
1
1
1
1
1
7
3
4
16
R2Adj=0.9910
0.0435
0.0089
0.0025
0.0224
0.0054
0.1096
0.0015
0.0516
0.0459
0.1205
0.0002
0.0004
0.0001
CV=0.61%
197.2298
40.3597
11.0964
101.2991
24.4675
496.2162
6.7133
233.4824
207.8511
545.6264
5.3400
＜0.0001
0.0004
0.0126
＜ 0.0001
0.0017
＜ 0.0001
0.0359
＜0.0001
＜0.0001
＜0.0001

0.0697
2.70
2.55
2.40
2.25
2.10
120
115
110
105
100 60
65
70
75
80
咘
䝂
ᦤ
প
⥛
/%
B˖ᯊ䯈/min A˖⏽
ᑺ/ć
60 65 70 75 80
100
105
110
115
120
咘䝂ᦤপ⥛/%
B˖
ᯊ
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in
A˖⏽ᑺ/ć
a. 温度和时间
2.70
2.55
2.40
2.25
2.10
30:1
28:1
26:1
24:1
22:1
20:1 60
65
70
75
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প
⥛
/%
C˖⎆᭭↨(mL/g) A˖
⏽ᑺ
/ć
60 65 70 75 80
30.0:1
27.5:1
25.0:1
22.5:1
20.0:1
咘䝂ᦤপ⥛/%
C
˖
⎆
᭭
↨
(m
L/
g)
A˖⏽ᑺ/ć
b.液料比和温度
2.70
2.55
2.40
2.25
2.10
30:1
28:1
26:1
24:1
22:1
20:1 100
105
110
115
120咘
䝂
ᦤ
প
⥛
/%
C˖⎆᭭↨(mL/g) B˖
ᯊ䯈
/min
100 105 110 115 120
30.0:1
27.5:1
25.0:1
22.5:1
20.0:1
咘䝂ᦤপ⥛/%
C
˖
⎆
᭭
↨
(m
L/
g)
B˖ᯊ䯈/min
c.液料比和时间
固定水平：提取温度70℃；提取时间110min；液料比25:1(mL/g)。
图 6 各两因素交互作用对黄酮提取率影响的响应面及等高线
Fig.6 Response surface and contour plots showing the interactive
effects of on three process parameters on the extraction yield of fl avonoids
2.3 山麻楂中黄酮最佳提取条件的确定和验证实验
通过软件Design-Expert求解回归方程，得到山麻楂
总黄酮的最佳提取工艺条件为提取温度65.09℃、提取时
间112.08min、液料比27.04:1(mL/g)，黄酮提取率的预测
值为2.652%。考虑实际操作，将实验条件修改为提取温
度65℃，提取时间112min、液料比27:1(mL/g)。在此条
件下将样品量放大20倍重复提取3次，测定实际提取率为
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2.649%，与预测值基本吻合，偏差较小。说明得到的回归模
型与实际情况拟合很好，进一步验证了该模型的可行性。
2.4 山麻楂不同部位黄酮含量的测定
在最佳工艺条件下，分别对山麻楂根、茎、叶、
花不同部位的黄酮进行提取测量，结果表明，山麻楂不
同部位的黄酮含量差异较大，含量从高至低依次是：叶
(5.264%)＞花(2.983%)＞茎(2.145%)＞根(1.861%)。山麻
楂叶中总黄酮的含量约为地下部分的3倍，说明增加光
照有利于黄酮的合成。嫩叶部分接受光能较多，合成了
较多的黄酮，茎部接受光能少，根部位基本上不接受光
照，其黄酮含量较低。
3 结 论
在单因素试验基础上，利用响应面法建立了山麻楂
中黄酮提取率与温度、时间、液料比之间关系的二次多
项回归模型，经验证该模型拟合程度高，准确有效。优
化得到的最佳提取工艺修正条件为提取温度65℃、提取
时间112min、液料比27:1(mL/g)，在此条件下得到的实际
黄酮提取率与预测值基本吻合，说明Box-Behnken设计法
用于山麻楂中黄酮提取工艺的优化筛选是可行的，能较
好地预测山麻楂黄酮的提取率。山麻楂黄酮含量从部位
分布来看，叶含量均高于根、茎、花部分，针对山麻楂
黄酮类成分的开发利用应重点选择叶片部位，花、茎、
根部中黄酮类成分含量虽然较叶低，但也具有重要的经
济价值，也可作为获取黄酮类成分的重要原料。
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