超聲波輔助提取花生殼中黃酮的工藝研究

周巾英, 潘潤天, 朱雪晶, 祝水蘭, 劉光憲, 閔　華, 馮健雄,*

(1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,江西南昌 330020;2.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,江西南昌 330045)

花生作為世界上主要油料作物之一,大部分用于榨油及加工成休閑食品,因此,每年在花生加工過程中產(chǎn)生的花生殼的量是非常大.而大部分的花生殼被人們當(dāng)垃圾處理,有些直接扔掉,有些燒掉,非常浪費(fèi),也影響了花生的綜合利用價(jià)值.研究表明,花生殼內(nèi)含有豐富的營養(yǎng)成分,如粗纖維、黃酮類化合物、可溶性碳水化合物,礦物質(zhì)以及部分的氨基酸[1-2],花生殼的利用價(jià)值正逐漸被人們發(fā)掘.

花生黃酮是一種天然抗氧化劑,具有較強(qiáng)的抗氧化性及清除自由基作用.花生黃酮還可降低膽固醇,改善血液循環(huán),降低血糖血脂以及預(yù)防冠心病等[3-5].花生殼中含有一定量的黃酮,從花生殼中提取黃酮既可充分利用花生的各種資源,不造成浪費(fèi),提取出的黃酮類化合物可作為保健食品或藥品的原料,達(dá)到了資源綜合利用的目的.

目前花生殼黃酮的提取方法主要有溶劑-水提取法和超聲波提取法.溶劑-水提取法主要是用甲醇、乙醇、乙酸乙酯等有機(jī)溶劑提取花生殼中的黃酮化合物,但此法提取溫度較高,提取時(shí)間較長,黃酮的提取率較低[6].超聲波提取法是利用超聲波的振動(dòng)空比等作用,使得組織中的細(xì)胞破裂,有利于溶劑滲透到細(xì)胞內(nèi)部,使得細(xì)胞中的成分進(jìn)入溶劑中,加速其相互滲透和溶解,從而提高黃酮類化合物在溶劑中的溶解度[7].超聲波提取法具有操作簡單,能耗低,可以縮短提取時(shí)間,提高有效成分的提取率,減少溶劑的使用量,提取成本降低等特點(diǎn),因此,超聲波技術(shù)廣泛應(yīng)用于植物中生物堿、苷類等其他生物活性物質(zhì)的提取[8-10].雖然已有研究采用超聲波輔助提取法提取花生殼中黃酮類化合物,但是這些工藝條件中的提取溫度較高,花生殼中黃酮的提取率大部分較低[11].本研究采用超聲波輔助法提取花生殼中黃酮,在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對影響花生殼黃酮得率的提取時(shí)間、溫度、功率以及料液比等因素進(jìn)行探討,同時(shí)采用正交試驗(yàn)擬得出其較佳提取工藝條件,旨在提高花生殼中黃酮的提取率及縮短提取時(shí)間,減少提取成本,為花生殼中黃酮的進(jìn)一步開發(fā)利用提供技術(shù)支持.

1　材料與方法

1.1　材料與儀器

1.1.1原料與試劑

花生殼:江西省農(nóng)科院農(nóng)產(chǎn)品加工所提供.

挑選花生殼,清洗干凈,低溫干燥,粉碎,過60目篩子,得到所需的花生殼粉末以備用.蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品(生化試劑),Sigma公司;乙醇、甲醇、NaNO2、Al(NO3)3、NaOH均為分析試劑,天津大永化學(xué)試劑有限公司.

1.1.2儀器設(shè)備

KQ-100DE型數(shù)控超聲波清洗器,江蘇省昆山市超聲儀器有限公司;LXJ-IIB型離心機(jī),上海安亭科學(xué)儀器廠;TP-214型電子天平,北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;XL-200A型多功能高速粉碎機(jī),上海潤實(shí)電器有限公司;B-260型恒溫水浴鍋、RE52CS-1型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器,上海亞榮生化儀器廠;電熱恒溫干燥箱,上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;SHB-3型循環(huán)水多用真空泵,河南省鄭州杜甫儀器廠;UV-3100PC型紫外-可見分光光度計(jì),上海美普達(dá)有限公司;HY-5A型恒溫震蕩器,江蘇省金壇市科學(xué)儀器廠.

1.2　實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線制作

準(zhǔn)確稱取經(jīng)105℃烘干至恒重的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品10 mg,置于100 mL的容量瓶中,用無水乙醇溶解,再定容到100 mL,搖勻,即得所需要的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液.

取蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液0,1,2,3,4,5,6 mL分別置于25 mL容量瓶中,加水6 mL,加1 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaNO2,混勻,放置6 min后加入1 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10% 的Al(NO3)3,搖勻,放置6 min后加入10 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH,然后加水至刻度,搖勻即可,在波長為510 nm處測定其吸光度,以相應(yīng)的試劑作空白.

1.2.2花生殼中黃酮的提取與測定

樣品測定:取1 mL的樣品濃縮液置于25 mL的容量瓶中,按照1.2.1方法測黃酮質(zhì)量,并計(jì)算黃酮得率.

1.2.3單因素實(shí)驗(yàn)

以不同提取時(shí)間、溫度、功率和不同料液比進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn),每次實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,結(jié)果取平均值.

1.2.4正交試驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,選擇乙醇溶液、料液比、提取溫度、提取時(shí)間和提取功率等進(jìn)行正交試驗(yàn),每個(gè)因素取4個(gè)水平(見表1).

表1　正交試驗(yàn)因素水平表Tab.1　Factors and levels of orthogonal experimental design

1.2.5花生殼中黃酮得率計(jì)算

花生殼中黃酮得率的計(jì)算公式見式(1).

2　結(jié)果與分析

2.1　蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

以吸光度值(A)為縱坐標(biāo),蘆丁濃度(C)為橫坐標(biāo)繪制蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線,結(jié)果如圖1.得到的線性回歸方程見式(2).

圖1　蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1　Standard curves of rutin

2.2　不同料液比對花生殼中黃酮提取物的影響

按照1.2.2花生殼黃酮的提取及測定方法,在40℃和超聲功率為100 W條件下恒溫提取1 h,分析料液比對黃酮類化合物提取的影響,結(jié)果如圖2.由圖2可以看出,料液比(g/mL)在1∶10至1∶30時(shí),隨著浸提溶劑量的增加,花生殼中黃酮化合物的提取量也隨之增加,這是由于當(dāng)樣品量一定時(shí),增加溶劑量有利于原料中有效成分向浸提液中擴(kuò)散,則黃酮的浸出率增加;當(dāng)浸提溶劑增加到一定量時(shí),原料中的有效成分大多已經(jīng)溶解在浸提液中了,所以再增加浸提溶劑量,黃酮的浸出率也不再增加[12-13],因此,料液比(g/mL)在1∶30至1∶50時(shí),黃酮的浸出率不再增加.綜合考慮提取率和經(jīng)濟(jì)效益的影響,料液比(g/mL)選擇1∶30為宜.

圖2　料液比對花生殼中黃酮得率的影響Fig.2　Effects of sample liquid ratio on yields of flavanone from peanut shell

圖3　提取溫度對花生殼中黃酮得率的影響Fig.3　Effects of extraction temperature on yields of flavanone from peanut shell

2.3　提取溫度對花生殼中黃酮提取物的影響

按照1.2.2花生殼黃酮的提取及測定方法,在料液比(g/mL)為1∶30和超聲功率為100 W條件下,不同溫度分別提取1 h,分析溫度對黃酮類化合物提取的影響,結(jié)果見圖3.由圖3可知,在溫度為25～35℃,隨著溫度的升高,黃酮類化合物的浸出率也逐漸增加.根據(jù)布朗運(yùn)動(dòng),溫度升高,組織內(nèi)的分子運(yùn)動(dòng)也加劇,擴(kuò)散和滲透速度也加快[12],花生殼中的黃酮類化合物也更快地?cái)U(kuò)散到溶劑中,所以黃酮類化合物的浸出量隨著溫度的升高也逐漸增加;但當(dāng)溫度超過35℃時(shí),黃酮的浸出量反而下降,這是由于溫度過高,浸提溶劑揮發(fā)嚴(yán)重,導(dǎo)致其提取效果下降[14].因此,提取溫度選擇35℃較佳.

2.4　提取時(shí)間比對花生殼中黃酮提取物的影響

按照1.2.2花生殼黃酮的提取及測定方法,在料液比(g/mL)為1∶30,提取溫度為35℃和超聲功率為100 W條件下,分析不同提取時(shí)間對黃酮類化合物提取的影響,結(jié)果見圖4.由圖4可知,隨著提取時(shí)間的增加,黃酮類化合物的得率不斷增加,當(dāng)提取時(shí)間達(dá)到30～50 min時(shí)黃酮的得率最大,且相差不大.隨著提取時(shí)間的增長,浸提溶劑揮發(fā)得越多,這就直接影響了其浸提效果,因此,提取時(shí)間選40 min為宜.

圖4　提取時(shí)間對花生殼中黃酮得率的影響Fig.4　Effects of extraction time on yields of flavanone from peanut shell

2.5　提取功率對花生殼中黃酮提取物的影響

按照1.2.2花生殼黃酮的提取及測定方法,在料液比(g/mL)為1∶30,提取溫度為35℃和提取時(shí)間為40 min條件下,分別在超聲波功率為50,60,70,80,90,100 W進(jìn)行花生殼中黃酮類化合物提取實(shí)驗(yàn),計(jì)算黃酮的得率,結(jié)果見圖5.由圖5可知,隨著超聲功率的增大,花生殼中黃酮類化合物的得率也隨之增大,并在70～100 W,黃酮類化合物的得率達(dá)到最大.超聲功率越大,會(huì)加速花生殼中有效成分溶解在浸提液中,提取時(shí)間縮短,綜合考慮黃酮的得率及生產(chǎn)能耗成本等因素,提取功率選擇100 W為較佳.

2.6　正交試驗(yàn)結(jié)果

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選擇料液比、提取溫度、提取時(shí)間和提取功率4個(gè)因素,選擇L16(44)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)及極差分析,進(jìn)一步優(yōu)化花生殼中黃酮類化合物的提取工藝條件,結(jié)果見表2.由表2的極差R可知,影響花生殼中黃酮得率的因素順序?yàn)?提取溫度＞料液比=提取功率＞提取時(shí)間,優(yōu)化的提取工藝條件為A3B1C3D4,即料液比(g/mL)為1∶30,提取溫度為35℃,提取時(shí)間為40 min,提取功率為100 W.

圖5　提取功率對花生殼中黃酮得率的影響Fig.5　Effects of ultrasound wave's power on yields of flavanone from peanut shell

表2　正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Tab.2　Results and analysis of orthogonal test

2.7　實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

采用試驗(yàn)確定的優(yōu)化條件進(jìn)行花生殼中黃酮提取,黃酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)3.458%,高于表2中所有試驗(yàn)組合的得率.

3　結(jié) 論

通過定性分析證明了花生殼提取液中含有黃酮類物質(zhì),并通過正交試驗(yàn)確定了花生殼中黃酮的優(yōu)化提取工藝為料液比1∶30,提取溫度35℃,提取時(shí)間40 min,提取功率100 W,得到花生殼中黃酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.458%.此工藝重現(xiàn)性良好,花生殼中黃酮的得率較高,因此,此優(yōu)化提取工藝能為花生殼資源的進(jìn)一步開發(fā)利用提供理論依據(jù).

參考文獻(xiàn)：