全 文 ：中国农学通报 2011,27(7):472-477
Chinese Agricultural Science Bulletin
0 引言
中国花生产量已达 1500万 t，位居世界第 1位 [1]。
花生壳占花生果重的30%左右，年产花生壳近450万 t，
这些花生壳除了少部分被用作饲料和燃料外，大部分
被扔掉，造成资源的极大浪费[2-3]。花生壳中除含有大
量的碳水化合物和粗纤维外，还含有以木犀草素为主
的黄酮类化合物，是一种优良的黄酮潜在资源，黄酮类
化合物是植物化学及医药保健领域研究的热点之一。
现代研究表明[4-7]，花生壳黄酮具有降血压、降血脂、扩
张冠状动脉等作用，还具有抗氧化、镇咳、平喘、抗菌抗
炎、增强免疫和抗肿瘤等药理活性。因此，从花生壳中
提取黄酮类化合物作为保健食品或药品的原料具有较
好的前景。微波作为近年来发展的一门新技术，把微
波用于花生壳黄酮的浸提，既降低操作费用，又合乎环
响应面中心组合设计优化花生壳黄酮微波提取工艺
温志英，刘焕云，贝文敬
（河北经贸大学生物科学与工程学院，石家庄 050061）
摘 要：为了获得花生壳黄酮微波提取最佳工艺条件，为花生壳黄酮的进一步开发利用提供技术支持，本
研究以黄酮得率为指标，采用响应面法的中心组合设计（Central Composite Design，CCD）对花生壳黄酮
的微波提取工艺进行优化，建立二次多项式回归方程的预测模型。方差分析表明：回归模型较好地反映
了黄酮得率与微波时间、微波功率、乙醇体积分数和料液比的关系，微波提取花生壳黄酮的最佳参数为：
乙醇体积分数78%，微波时间120 s，微波功率460 W，料液比30，花生壳黄酮得率为2.918 g/100 g。经颜
色反应和纸层析鉴定所得产品为黄酮类物质。
关键词：花生壳；黄酮；微波提取；响应面法；中心组合设计
中图分类号：TS209 文献标志码：A 论文编号：2010-3153
Optimization of Microwave Extraction Technology of Flavonoids from Peanut Hulls
by Response Surface Methodology
Wen Zhiying, Liu Huanyun, Bei Wenjing
（College of Biology and Engineering, Hebei University of Economic＆Business, Shijiazhuang 050061）
Abstract: To study the optimal extraction conditions of flavonoids from peanut hulls by the method of
microwave extraction, on the yield of flavonoids, a central composite design (CCD) experiment was conducted
and the response surface methodology (RSM) was employed to investigate the influence of four main factors,
including microwave output power, microwave extraction irradiation time, ratios of solution to material and
alcohol concentration. A quadratic polynomial regression equation of the forecasting model was set up.
Regression coefficient and variance analysis showed the regression model fited the actual process well. The
optimal conditions of microwave extraction were concluded as follows: ratios of solvent to material 1 g:30 mL,
alcohol concentration 78%, microwave output power 460 W, microwave extraction irradiation time 120 s. Based
on these conditions, the yield was 2.918 g/100 g. By colour reaction and paper chromatography, the products
were flavonoids.
Key words: peanut hulls; flavonoids; microwave extraction; response surface methodology; central composite
design
基金项目：河北省科技厅技术研究与发展项目“食品加工废料综合利用研究”（07276732）。
第一作者简介：温志英，女，1974年出生，讲师，硕士，研究方向：食品废水与废料的处理。通信地址：050061河北省石家庄市学府路47号河北经贸大
学生物科学与工程学院，Tel：0311-87655680，E-mail：wzy202zwb@126.com。
收稿日期：2010-11-03，修回日期：2010-11-21。
温志英等：响应面中心组合设计优化花生壳黄酮微波提取工艺
境保护的要求，是具有良好发展前景的新工艺[8-10]。笔
者采用响应面法的中心组合设计（Central Composite
Design，CCD）对花生壳黄酮的微波提取工艺进行了优
化，旨在为花生壳黄酮的进一步开发利用提供技术支
持，这将对增加花生附加值具有积极的意义，必将产生
良好的经济效益和社会效益[11-12]。
1 材料与方法
1.1 试验时间、地点
室内试验于 2010年 2—7月在河北经贸大学生物
科学与工程学院化学分析实验室进行。
1.2 材料与设备
花生壳：市售普通花生取壳，干燥，粉碎机粉碎，过
筛制成粉末状。
DFY-300摇摆式高速中药粉碎机：温州市大德中
药机械有限公司；电子天平BS223S（精度 0.0001 g）：
北京赛多利斯仪器系统有限公司；756MC紫外可见分
光光度计：上海光谱仪器有限公司；Galanz WP700J17
型微波炉：广东顺德格兰仕电器有限公司；RE52-AAB
型旋转蒸发器：温州奥利生物医学仪器厂；pHS-P1型
酸度计：上海第二光学仪器厂；SHD循环水真空泵:湖
北德派生物科技有限公司。
芦丁标准品（生化试剂，Sigma公司），无水乙醇，
亚硝酸钠，硝酸铝，氢氧化钠，三氯化铁，三氯化铝，浓
氨水均为分析纯。
1.3 试验方法
1.3.1 原料的预处理 将花生剥取花生壳，置于 60℃鼓
风干燥箱中干燥，用高速中药粉碎机粉碎，过60目筛，
所得粉末置于干燥箱中备用。
1.3.2 芦丁标准曲线的制备 精密称取 10.0 mg已烘干
至恒重的芦丁标准品，置 100 mL容量瓶中，用 60%乙
醇溶解并定容至刻度，摇匀，得到浓度为 0.10 mg/mL
的标准溶液。取芦丁标准溶液显色后在 400~600 nm
波长范围内扫描，确定最大吸收波长为510 nm。精密
量取芦丁标准溶液0.0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL分
别置于 10 mL量瓶中，各加 5%亚硝酸钠溶液 0.3 mL，
摇匀，还原 6 min；再各加 10%硝酸铝溶液 0.3 mL，摇
匀，络合6 min；最后各加4%氢氧化钠溶液4 mL，并用
60%乙醇稀释至刻度，摇匀，静置15 min；在510 nm处
测定吸光度。以芦丁浓度（C）为横坐标，吸光度（A）为
纵坐标绘制标准曲线，拟合线性回归方程见式（1）。
A = 12.687C + 0.0048 R2 = 0.9974 …………（1）
1.3.3 花生壳中黄酮的提取和测定 精确秤取 1.0 g花
生壳粉末置于磨口三角瓶中，加入一定体积分数（60%
~100%）一定量（20~40 mL）的乙醇，摇匀充分溶解。
放入微波炉中，在一定火力下（320~640 W）微波提取
一定时间（100~140 s）。将所得混合液用真空泵抽滤，
滤液置于50 mL容量瓶中，加蒸馏水定容，然后进行总
黄酮含量的测定，并计算总黄酮的提取率。
精密吸取提取液 1 mL，置于 10 mL量瓶中，按
1.3.4 方法测定黄酮含量 根据公式（2）计算黄酮得率。
黄酮得率(g/100 g) = C × V
W
× 100% …………（2）
式中：C为样品溶液质量浓度（mg/mL）；V为样品
溶液体积（mL）；W为样品质量（g）。
1.4 试验设计
采 用 软 件 Design-Expert 8.0 中 的 Central
Composite Design试验设计原理[13-14]，在单因素试验结
果的基础上，对微波时间、微波功率、乙醇体积分数和
料液比4个影响花生壳黄酮得率的主要因素进行优化
试验，试验因素水平设计见表1。
1.5 定性试验——总黄酮的鉴别[15]
1.5.1 颜色反应 取样品进行紫外光下呈色反应、浓氨
水反应、三氯化铝反应、乙酸镁反应和盐酸-镁粉反应。
1.5.2 纸层析 取样品溶液 10 μL点在滤纸上，用正丁
醇:醋酸:水=4:1:5为展开剂，上行展开 5 h，取出晾干。
喷1%氯化铝乙醇溶液。吹干后于紫外光下观察。
2 结果与分析
2.1 响应面优化微波提取工艺
采用软件Design-Expert8.0中的CCD试验设计原
理，以黄酮得率为响应值，响应面分析方案与结果见 0
水平
+2
+1
0
-1
-2
因素
料液比X1
40
35
30
25
20
微波时间X2/s
140
130
120
110
100
乙醇体积分数X3/%
100
90
80
70
60
微波功率X4/w
640
560
480
400
320
表1 CCD试验设计因素与水平
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表2。
2.2 模型的建立及显著性检验
采 用 二 次 模 型 进 行 变 异 分 析（Analysis of
variance，ANOVA），结果表明，响应值得率（Y）模型高
度显著。由表3可以看出，一次项微波时间（X2）、乙醇
体积分数（X3）显著，微波功率（X4）极显著，料液比（X1）
不显著。二次项均达到显著水平。交互项X1X2、X2X3、
X2X4极显著，X3X4显著。
利用Design-Expert软件对表2数据进行多元回归
拟合，得到得率（Y）对料液比（X1）、微波时间（X2）、乙
醇体积分数（X3）和微波功率（X4）的二次多项回归模型
（3）。
该方程的相关系数 R2=0.9484，模型拟合程度良
好，可用该模型对未知条件下花生壳黄酮得率进行预
测。由表3可知，整体模型达极显著水平（P<0.01），表
明该二次方程模型极显著，不同处理间的差异高度显
著。失拟项不显著（P=0.2730），表明模型选择合适。
该模型的变异系数（C.V）为 1.47%，在可接受范围内。
因此，可以利用此模型对不同条件下的花生壳黄酮得
率进行预测。
2.3 提取工艺的响应面分析与优化
用Design-Expert软件，根据回归方程分析作响应
面图1~6。从图1中可看出，微波时间和料液比交互作
用显著，随着微波作用时间增加，总黄酮得率先增加后
减小。根据提取动力学理论，时间的延长有助于黄酮
的充分扩散析出，随着料液比的增加，总黄酮得率也是
先增加后略有减小。料液比是提取过程中的一个重要
因素，从传质速率的角度讲，主要表现在影响固相主体
和液相主体的浓度差，即传质推动力。料液比越小，两
相间的浓度差越小，从而传质推动力就越小。其次，料
液比的大小会影响两相的混合情况。料液比的提高必
然会在较大程度上提高传质推动力，但也提高了生产
成本及后续处理的难度，因此料液比不宜太高。
由图 2可以看出，乙醇体积分数和料液比交互作
用不明显，黄酮得率随乙醇体积分数和料液比的增加，
先增大后减小。不同的乙醇体积分数具有不同的极
性，根据相似相溶原理可知，不同极性的溶液势必会影
响到黄酮的提取率，同时极性不同的溶液也会影响微
波加热的过程。乙醇体积分数低时黄酮溶解度较差，
其中的水易把蛋白质、糖等水溶性物质提取出来，乙醇
体积分数太大时产生很大的渗透压，花生壳黄酮溶解
性差，得率降低。试验结果表明，在一定范围内，提取
率随着乙醇体积分数的增大而增大，在乙醇体积分数
为80%时，提取效果最好；而当乙醇体积分数大于80%
时，提取率有减小趋势。
由图 3可以看出，微波功率和料液比交互作用不
显著，黄酮得率随微波功率和料液比的增大，先增大后
减小。微波输出功率主要是影响升温速度，功率越大
温度升高越快，黄酮得率增加。微波功率过高，使部分
表2 微波提取花生壳黄酮试验方案与结果
……… (3)
试验号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
X1
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
-2
2
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
X2
-1
-1
1
1
-1
-1
1
1
-1
-1
1
1
-1
-1
1
1
0
0
-2
2
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
X3
-1
-1
-1
-1
1
1
1
1
-1
-1
-1
-1
1
1
1
1
0
0
0
0
-2
2
0
0
0
0
0
0
0
0
X4
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
-2
2
0
0
0
0
0
0
黄酮得率/%
2.650
2.701
2.777
2.710
2.604
2.712
2.634
2.526
2.580
2.646
2.665
2.500
2.687
2.789
2.596
2.384
2.608
2.606
2.658
2.685
2.670
2.542
2.690
2.600
2.838
2.901
2.845
2.837
2.903
2.888
Y = 2.87 - 0.009625X1 - 0.022X2 - 0.023X3 - 0.027X4 - 0.055X1X2 + 0.0001875X1X3 - 0.012X1X4
-0.045X2 X3 - 0.034X2 X4 + 0.027X3 X4 - 0.065X1
2 - 0.049X2
2 - 0.065X3
2 - 0.055X4
2
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温志英等：响应面中心组合设计优化花生壳黄酮微波提取工艺
X1
X2
X3
X4
XIX2
X1X3
X1X4
X2X3
X2X4
X3X4
X12
X22
X32
X42
回归模型
残差
失拟检验
纯误差
总误差
均方和
2.223E-003
0.011
0.013
0.017
0.048
5.625E-007
2.280E-003
0.033
0.018
0.012
0.12
0.065
0.12
0.084
0.43
0.023
0.018
5.101E-003
0.45
自由度
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
14
15
10
5
29
均方
2.223E-003
0.011
0.013
0.017
0.048
5.625E-007
2.280E-003
0.033
0.018
0.012
0.12
0.065
0.12
0.084
0.030
1.549E-003
1.813E-003
1.020E-003
F值
1.44
7.30
8.29
11.19
31.04
3.632E-004
1.47
21.21
11.72
7.43
74.80
42.29
75.38
54.53
19.68
1.78
P值
0.2492
0.0164*
0.0115*
0.0044**
<0.0001**
0.9850
0.2438
0.0003**
0.0038**
0.0156*
<0.0001**
<0.0001**
<0.0001**
<0.0001**
<0.0001**
0.2730
表3 回归模型方差分析
注：*表示在0.05水平上显著，**表示在0.01水平上极显著。
图1 微波时间和料液比对得率的影响 图2 乙醇体积分数和料液比对得率的影响
活性成分损失，导致得率下降。
由图4可以看出，乙醇体积分数和微波时间交互作
用极显著。黄酮得率与乙醇体积分数具有明显的二次
抛物线关系，在乙醇体积分数80%附近出现峰值，根据
相似相容原理可以认为，花生壳黄酮极性与此范围乙
醇溶液的极性相当，因此在这一浓度溶液中溶解性较
好。黄酮得率随微波时间先显著增大而后略有减小。
由图 5可以看出，微波功率和微波时间交互作用
极显著，黄酮得率随微波功率的增大和微波时间的延
长快速增加，但过高的微波功率和微波时间则会降低
黄酮得率。
由图 6可以看出，微波功率和乙醇体积分数交互
作用显著，但过高的微波功率和乙醇体积分数则会降
低黄酮得率。
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图3 微波功率和料液比对得率的影响 图4 乙醇体积分数和微波时间对得率的影响
图5 微波功率和微波时间对得率的影响 图6 微波功率和乙醇体积分数对得率的影响
2.4 最佳工艺条件的确定及验证试验
根据二次回归的数学模型分析结果，最优条件为
乙醇体积分数 77.47%，微波时间 120.36 s，微波功率
455.48 W，料 液 比 29.69，黄 酮 得 率 预 测 值 为
2.876 g/100 g。考虑到实际操作性，确定花生壳黄酮
微波提取工艺为：乙醇体积分数78%，微波时间120 s，
微波功率 460 W，料液比 30。为了验证响应面法的可
行性，将响应面二次回归所得最佳条件重复试验3次，
平均花生壳黄酮得率为 2.918 g/100 g，稍高于预测
值。充分验证了模型的正确性，表明响应面法适用于
花生壳黄酮微波提取工艺优化。
2.5 定性试验——总黄酮的鉴别[15]
2.5.1 颜色反应
（1）紫外光下呈色反应。取该样品溶液点在滤纸
上，在可见光下呈灰黄色，在紫外光下呈灰褐色，并有
荧光斑点。
（2）浓氨水反应。取该样品溶液点在滤纸上，将滤
纸在氨水上方熏 0.5 min，立即在紫外光下观察，呈极
明显的黄褐色荧光斑点。
（3）三氯化铝反应。取样品溶液点在滤纸上，滴加
1%三氯化铝乙醇溶液，吹干。在可见光下呈灰黄色，
在紫外光下呈黄色荧光斑点。
（4）乙酸镁反应。取样品溶液点在滤纸上，滴加
1%乙酸镁甲醇溶液，吹干，紫外光下呈黄色斑点。
（5）盐酸-镁粉反应。取乙醇提取液 1 mL于试管
中加镁粉，再加入浓盐酸数滴（1次加入），在泡沫处呈
紫红色。
以上颜色反应表明花生壳提取物为黄酮。
2.5.2 纸层析 取样品溶液10 μL点在滤纸上。用正丁
醇:醋酸:水=4:1:5为展开剂，上行展开 5 h，取出晾干。
喷1%氯化铝乙醇溶液。吹干后于紫外光下，可见荧光
斑点。表明提取物为黄酮类化合物。
3 结论
（1）通过采用中心组合设计试验和响应面分析，得
到花生壳黄酮微波提取工艺的二次多项回归模型，相
关系数R2=0.9484，模型拟合程度良好，可用该模型对
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温志英等：响应面中心组合设计优化花生壳黄酮微波提取工艺
未知条件下花生壳黄酮得率进行预测。
（2）优化得到花生壳黄酮微波提取的最佳工艺为：
乙醇体积分数 78%，微波时间 120 s，微波功率 460 W，
料液比30，花生壳黄酮得率预测值为2.876 g/100 g，实
际得率为2.918 g/100 g，相对误差为1.46%。采用中心
组合设计试验和响应面分析能较好地对花生壳黄酮的
乙醇微波提取工艺进行回归分析和参数优化，对花生
壳黄酮的提取具有一定的理论指导意义。
4 讨论
微波提取花生壳黄酮大大缩短了提取时间，且得
率较高，试验结果有应用价值；中心组合设计试验和响
应面优化花生壳黄酮微波辅助提取工艺，对各因素的
考察较为全面、系统，试验结果具有一定的应用价值；
今后应对花生壳黄酮的提纯工艺进行更为深入的研
究，使试验结果更具有实际应用价值。
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