亞臨界水萃取常山胡柚皮中橙皮苷的工藝研究

吳昊　潘思軼

摘要：以常山胡柚（Citrus paradisi cv. Changshanhuyou）皮為原料，研究了采用亞臨界水萃取橙皮苷的工藝技術(shù)參數(shù)。探討了溫度、壓力、液料比、萃取時(shí)間以及蒸餾水流速對(duì)胡柚皮中橙皮苷提取率的影響。結(jié)果表明，動(dòng)態(tài)亞臨界水萃取最佳提取工藝條件為溫度150 ℃，壓力10 MPa，流速為40 mL/min，在此條件下50.0 g烘干胡柚皮提取110 min，橙皮苷提取率為0.070 09%。靜態(tài)亞臨界水萃取最佳提取工藝條件為溫度150 ℃，液料比40∶1（mL∶g），反應(yīng)時(shí)間40 min，橙皮苷提取率為0.066 7%。亞臨界水萃取具有綠色環(huán)保、無有機(jī)溶劑殘留、提取率高等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：常山胡柚（Citrus paradisi cv.Changshanhuyou）；亞臨界水萃取；橙皮苷

中圖分類號(hào)：S666.3；R284.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）22-5694-04

Abstract： The extraction processes of hesperidin from Huyou by using subcritical water extraction were systematically studied in this paper. The process of using dynamic subcritical water extraction of hesperidin in Huyou were researched. The single factor experiments and the orthogonal tests were done to optimize the extracting conditions as follows： temperature 150℃； pressure 10MPa； flow rate 40 ml/min；50.0g dried Huyou peel extracting for 110 min. Under these conditions， the extraction rate of hesperidin was 0.070 09%. Process optimum conditions of using static subcritical water extraction of hesperidin in Huyou were： temperature 150℃，the ratio of material and extracting liquid was 1：40； reacting time 40 min， and a hesperidin extraction rate of 0.0667% was achieved.

Key words： Citrus paradisi cv.Changshanhuyou； static subcritical water extraction； hesperidin，

常山胡柚（Citrus paradisi cv.Changshanhuyou）是浙江常山特有的地方柑橘品種資源，為蕓香科植物柚[Citrus grandis（L.） Osbeck]與甜橙[Citrus sinensis（L.）Osbeck]的雜交品種[1]。胡柚起源于常山縣青石鄉(xiāng)胡家村，是優(yōu)良的柚子自然雜交群體品種，樹勢(shì)強(qiáng)健，葉色濃綠肥厚，枝葉繁茂，適應(yīng)性廣，耐粗放管理，抗寒性強(qiáng)。胡柚皮常常被丟棄，如果以其為原料萃取黃酮類化合物，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。橙皮苷具有多種藥理活性，如維持血管滲透壓、降低膽固醇，抑制口腔癌、食道癌、大腸癌等[2]。橙皮苷的提取方法主要是溶劑浸提和堿提酸沉，這些方法普遍存在得率低、耗時(shí)長以及提取物中易殘留溶劑等問題。

亞臨界水萃取技術(shù)是以亞臨界狀態(tài)的水為溶劑，通過改變溫度和壓力使水在較高溫度下保持液態(tài)，同時(shí)改變水的極性使其介電常數(shù)接近有機(jī)溶劑，能讓中性乃至非極性的組分可以溶解于水中的一種綠色萃取技術(shù)[3]。近年來，綠色提取一直是人類所密切關(guān)注的話題。亞臨界水萃取技術(shù)作為一項(xiàng)新型綠色提取技術(shù)，引起了研究者極大的興趣。運(yùn)用價(jià)廉、無毒、無污染的水作為萃取劑，通過對(duì)溫度和壓力的控制，可以選擇性提取極性不同的化合物，具有萃取效率高、時(shí)間短、對(duì)環(huán)境更友好，比其他溶液技術(shù)成本低等優(yōu)點(diǎn)[4]。試驗(yàn)研究了亞臨界水萃取胡柚皮中橙皮苷的工藝條件，并與超聲波提取方法進(jìn)行對(duì)比，為橙皮苷的綠色環(huán)保、短時(shí)高效的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

胡柚，購買于集貿(mào)市場(chǎng)。剝?nèi)⌒迈r柚子皮，洗凈后剪成3.0 cm×0.5 cm規(guī)格，于50 ℃的烘箱中干燥至恒重，然后置于干燥器中保存?zhèn)溆谩?/p>

亞臨界萃取設(shè)備（HL-SF-2 L/20 MPa/400 ℃-H2O），杭州華黎泵業(yè)有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 橙皮苷高效液相色譜檢測(cè)條件

1）色譜條件。色譜柱，Agilent TC-C18（250 mm×4.6 mm）；流動(dòng)相，水∶甲醇∶冰醋酸∶乙腈（66∶28∶6∶2）；流速1 mL/min；檢測(cè)波長275 nm；柱溫35 ℃；進(jìn)樣量10 μL。

2）標(biāo)準(zhǔn)品溶液的配置。精密稱取橙皮苷標(biāo)準(zhǔn)品0.022 0 g置25 mL容量瓶中，加二甲基亞砜定容，搖勻，分別量取0.1、0.2、0.6、1.2、1.8、2.4、3.6、4.8 mL置于10 mL容量瓶中，分別加二甲基亞砜2.5 mL，用甲醇稀釋至刻度，搖勻即得[5，6]。測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為Y=9 646.6X-567 43，R2=0.999 6。

3）供試品溶液的制備。取不同產(chǎn)品，精密稱定后置于25 mL容量瓶中，加二甲基亞砜定容，搖勻，精密量取溶液600 μL置于10 mL容量瓶中，加二甲基亞砜2.5 mL，用甲醇稀釋至刻度，搖勻即得。

1.2.2 動(dòng)態(tài)亞臨界水萃取橙皮苷的方法 準(zhǔn)確稱取50.0 g烘干柚皮于萃取釜中，將頂蓋密封好，關(guān)閉控壓閥，開啟冷卻水開關(guān)，設(shè)定蒸餾水流速4 L/h，開啟壓力泵、過熱報(bào)警、預(yù)熱釜、萃取釜上體下體加熱開關(guān)，設(shè)定加熱溫度為90 ℃。待壓力上升，打開控壓閥，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)，分別設(shè)置預(yù)熱釜溫度、萃取釜上體及下體溫度、蒸餾水流速，手動(dòng)控制萃取壓力，當(dāng)萃取釜內(nèi)條件達(dá)到預(yù)設(shè)值后，提取液經(jīng)過急冷器與冷卻釜降溫，收集提取液。將收集到的提取液置4 ℃冰箱冷卻過夜至完全沉淀，真空抽濾，收集沉淀，65 ℃下真空干燥至恒重。用HLPC法檢測(cè)粉末中橙皮苷的含量，按照下式計(jì)算橙皮苷提取率。同時(shí)以提取率為指標(biāo)，分別考察萃取溫度、蒸餾水流速及萃取時(shí)間對(duì)亞臨界水萃取效率的影響[7，8]。

橙皮苷提取率=（提取得到橙皮苷質(zhì)量/烘干胡柚皮質(zhì)量）×100%

1.2.3 靜態(tài)亞臨界水萃取橙皮苷的方法 準(zhǔn)確稱取50.0 g烘干柚皮于萃取釜中，將頂蓋密封好，關(guān)閉控壓閥，開啟冷卻水開關(guān)，設(shè)定蒸餾水流速4 L/h，開啟壓力泵、過熱報(bào)警、預(yù)熱釜、萃取釜上體下體加熱開關(guān)，設(shè)定加熱溫度為90 ℃。待壓力上升，打開控壓閥，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)，分別設(shè)置預(yù)熱釜溫度、萃取釜上體及下體溫度、蒸餾水流速，手動(dòng)控制萃取壓力，當(dāng)萃取釜內(nèi)條件達(dá)到預(yù)設(shè)值后，先將蒸餾水流速降至0.01 mL/min，然后關(guān)閉控壓閥，按預(yù)設(shè)提取時(shí)間進(jìn)行靜態(tài)反應(yīng)，達(dá)到預(yù)設(shè)時(shí)間后，將蒸餾水流速升至4 L/h，開啟部分控壓閥，提取液收集2 L即可。

處理提取液的方法同動(dòng)態(tài)亞臨界水萃取，以提取率為指標(biāo)，分別考察萃取時(shí)間、萃取溫度、液料比對(duì)亞臨界水萃取效率的影響[9-11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 動(dòng)態(tài)亞臨界水萃取橙皮苷條件優(yōu)化

2.1.1 萃取流速與萃取時(shí)間對(duì)橙皮苷提取率的影響 有文獻(xiàn)[12]指出保持水流與溫度不變的條件下，壓力逐漸增加時(shí)，亞臨界水的提取率沒有顯著變化。這主要是由于壓力變化對(duì)水的介電常數(shù)和溶解能力影響小。所以亞臨界水萃取的壓力選取只需要使水維持在液體狀態(tài)并達(dá)到所需要的介電常數(shù)即可。所以10 MPa為最適壓力。設(shè)置萃取溫度為150 ℃，壓力為10 MPa，分別在蒸餾水流速為20、40、60 mL/min的條件下提取，由于萃取釜容積為2 L，故從50 min開始收集，每次收集20 min，測(cè)量橙皮苷的含量（圖1）。由圖1可知，在相同時(shí)間內(nèi)，流速越大，橙皮苷提取率越高。當(dāng)流速為40、60 mL/min時(shí)，提取率明顯高于20 mL/min。有文獻(xiàn)指出[12]，流速0.5～50 mL/min并沒有顯著影響蛋白質(zhì)、碳水化合物和酚類物質(zhì)從麩皮中提取。水的流速能使傳質(zhì)加速，從流體力學(xué)角度分析，水循環(huán)狀態(tài)下，流速越快，與物料之間發(fā)生摩擦、碰撞等作用更強(qiáng)烈。從傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)角度分析，水在流動(dòng)狀態(tài)下會(huì)加速提取物向溶劑擴(kuò)散，固液兩相間可以形成新的濃度梯度，有利于殘留的提取物進(jìn)行傳質(zhì)。當(dāng)流速從40 mL/min提高到60 mL/min，提取時(shí)間超過110 min時(shí)，提取率差別不大，隨著時(shí)間的繼續(xù)增加，在60 mL/min流速下提取率反而下降。同時(shí)60 mL/min的流速下會(huì)增加提取液的體積，在濃縮處理這一步驟中會(huì)消耗更多時(shí)間。綜合以上因素，選擇40 mL/min為最佳流速。當(dāng)蒸餾水流速為40 mL/min時(shí)，提取時(shí)間達(dá)到110 min時(shí)，橙皮苷提取率不再增加，因此提取時(shí)間選擇為110 min。

2.1.2 萃取溫度對(duì)橙皮苷提取率的影響 在萃取壓力為10 MPa，蒸餾水流速為40 mL/min，提取時(shí)間為110 min的條件下，分別設(shè)定萃取溫度110、130、150、170、190 ℃，考察溫度對(duì)橙皮苷提取率的影響（圖2）。由圖2可知，在溫度低于150 ℃時(shí)，隨著溫度升高，橙皮苷的提取率增加，在超過150 ℃時(shí)，提取率隨著溫度的升高反而下降。溫度越高，溶質(zhì)溶解度和擴(kuò)散速度都會(huì)提高，同時(shí)溶劑和溶質(zhì)之前的相互作用會(huì)增強(qiáng)，但是在溫度升高的同時(shí)，水的密度會(huì)降低，攜帶溶質(zhì)的能力會(huì)降低，從而導(dǎo)致提取率降低[12]。因此，亞臨界水萃取橙皮苷的最適溫度為150 ℃。準(zhǔn)確稱取50.0 g胡柚皮裝入萃取釜內(nèi)，在溫度為150 ℃，壓力10 MPa，蒸餾水流速為40 mL/min的條件下，提取110 min，重復(fù)3次，進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)，測(cè)得橙皮苷提取率為0.070 09%。

2.2 靜態(tài)亞臨界水萃取橙皮苷條件優(yōu)化

2.2.1 萃取溫度對(duì)橙皮苷提取率的影響 在萃取時(shí)間為40 min，液料比40∶1（mL∶g，下同）的條件下，選取提取溫度為110、130、150、170、190 ℃進(jìn)行提取試驗(yàn)，結(jié)果見圖3。由圖3可知，當(dāng)提取溫度為150 ℃，橙皮苷提取率最高。

2.2.2 液料比對(duì)橙皮苷提取率的影響 在提取溫度為150 ℃，提取時(shí)間為40 min的條件下，選取水與物料的比例為20∶1、30∶1、40∶1、50∶1和60∶1進(jìn)行亞臨界水萃取試驗(yàn)（圖4）。由圖4可知，當(dāng)水與物料比為20∶1時(shí)，會(huì)發(fā)生糊鍋現(xiàn)象，橙皮苷會(huì)損失，影響提取效率。在液料比為30∶1、40∶1、50∶1時(shí)，提取率變化不明顯，綜合考慮選擇液料比40∶1。

2.2.3 萃取時(shí)間對(duì)橙皮苷提取率的影響 在提取溫度為150 ℃，液料比為40∶1，選取反應(yīng)時(shí)間為20、30、40、50、60 min進(jìn)行亞臨界水萃取試驗(yàn)（圖5）。由圖5可知，當(dāng)提取時(shí)間小于40 min時(shí)，橙皮苷提取率成線性增長，超過40 min后，橙皮苷提取率增加緩慢。因?yàn)樘崛r(shí)間越長，能耗越大，故選擇40 min為最佳提取時(shí)間。由于液料比40∶1，容器容積2 L，準(zhǔn)確稱取50.0 g胡柚皮裝入萃取釜內(nèi)，在溫度為150 ℃，反應(yīng)時(shí)間為40 min的條件下，重復(fù)3次，進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)，測(cè)得橙皮苷提取率0.066 7%。

3 小結(jié)與討論

動(dòng)態(tài)亞臨界水從胡柚皮中萃取橙皮苷的最佳條件為：萃取溫度150 ℃，壓力10 MPa，流速40 mL/min，提取時(shí)間110 min，橙皮苷提取率為0.070 09%。靜態(tài)亞臨界水從胡柚皮中萃取橙皮苷的最佳條件為：萃取溫度150 ℃，液料比40∶1，反應(yīng)時(shí)間40 min，橙皮苷提取率為0.066 7%。

亞臨界水萃取技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)而言，有省時(shí)、省能、高效、高質(zhì)的特點(diǎn)。但該技術(shù)現(xiàn)在還處于起步階段，工業(yè)化道路還有一定距離。綜合食品行業(yè)發(fā)展的諸多需求，可以在以下幾個(gè)方面開展研究工作：①食品中有毒有害物質(zhì)快速檢測(cè)；②植物精油完全提?。虎鄣统杀究焖俚靥崛≈参镏锌寡趸瘎?；④梯度改變亞臨界水溶液的極性，從而改變對(duì)極性化合物的溶解度，進(jìn)行梯度洗脫；⑤低成本易操作的亞臨界萃取裝備開發(fā)。亞臨界水萃取技術(shù)還可以與其他方法聯(lián)用以獲得更好的萃取效果，例如與二氧化碳超臨界提取的聯(lián)用，可以提取出極性處于非極性和極性之間的化合物；與色譜分析聯(lián)用技術(shù)可以更準(zhǔn)確的得到化合物的成分和含量；與固相微萃取技術(shù)的聯(lián)用，能在提取精油方面能達(dá)到更高的提取效率。

基于亞臨界水的不同反應(yīng)模式，該技術(shù)不僅可以萃取，也可以作為水解反應(yīng)、降解反應(yīng)、氧化和還原反應(yīng)的可利用手段。因此，亞臨界水萃取技術(shù)作為一種新型提取分離技術(shù)，在食品行業(yè)有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 韋 直，何業(yè)琪.浙江植物志[M].杭州：浙江科學(xué)技術(shù)出版社，1986.

[2] BRADCOCK R J. Handbook of citrus by products and processingtechnology[M].John Wiley & Sons Inc，1999.

[3] NERMIN S K.Organic reactions in subcritical and supercritical water[J].Tetrahedron，2012，68： 949-958.

[4] KULKARNI A， SUZUKI S， ETOH H. Antioxidant compounds from eucalyptus grandis biomass by subcritical liquid water extraction[J]. Journal of Wood Science， 2008， 54（2）：153-157.

[5] HAWTHORNE S B，GRABANSKI C B，HAGEMAN K J，et al. Simple method for estimating polychlorinated biphenyl concentrations on soils and sediments using subcritical water entraction coupled with solid-phase microextraction[J]. Journal of Chromatography A， 1998，814（1-2）：151-160.

[6] TOSHIO Y. Structure of subcritical and supercritical hydrogen-bonded liquids and solutions[J]. Journal of Molecular Liquids， 1998，78 （1）：43-50

[7] 吳仁銘.亞臨界水萃取在分析化學(xué)中的應(yīng)用[J].化學(xué)進(jìn)展，2002，14（1）：32-36.

[8] YANG Y，BELGHAZI M，LAGADEC A，et al. Elution of organic solutes from different polarity sorbents using subcritical water[J]. Journal of Chromatography A，1998，810（1）：149-159.

[9] 方 波.中國特有柚類資源類黃酮含量變化及抗氧化活性研究[D].重慶：西南大學(xué)，2013.

[10] SHOTIPRUK A，KIATSONGSERM J，PAVASANT P，et al. Pressurized hot water extraction of anthraquinones from the roots of Morinda citrifolia[J]. Biotechnology Progress，2004，20（6）：1872-1875.

[11] NAWIN V，JINTANA W，TAKASHI K，et al. Effects of temperature and flow rate on subcritical-water extraction from defatted rice Bran[J]. Food Science and Technology Research， 2012， 18（3）：333-340.

[12] CHEIGH C， CHUNG E， CHUNG M. Enhanced extraction of flavanones hesperidin and narirutin from Citrus unshiu peel using subcritical water[J]. Journal of Food Engineering， 2012， 110（3）：472-477.

（責(zé)任編輯 龍小玲）