花生殼中黃酮含量比較及工藝優(yōu)化

姜紅宇，譚捷雄，殷素芳，吳茗，張婷婷，王宗成，*

（1.湖南科技學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，湖南永州425199；2.湖南科技學(xué)院湖南省銀杏工程技術(shù)研究中心，湖南永州425199；3.湖南科技學(xué)院湘南優(yōu)勢植物資源綜合利用湖南省重點(diǎn)實驗室，湖南永州425199）

花生殼中黃酮含量比較及工藝優(yōu)化

姜紅宇1，2，3，譚捷雄1，殷素芳1，吳茗1，張婷婷1，王宗成1，2，3，*

（1.湖南科技學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，湖南永州425199；2.湖南科技學(xué)院湖南省銀杏工程技術(shù)研究中心，湖南永州425199；3.湖南科技學(xué)院湘南優(yōu)勢植物資源綜合利用湖南省重點(diǎn)實驗室，湖南永州425199）

為合理利用廢棄物花生殼，比較3個品種的花生殼黃酮含量差異和不同加工方法的花生殼黃酮含量差異，并采用響應(yīng)面法優(yōu)化其提取工藝。結(jié)果表明：江永小殼型花生殼含量較高，且生花生殼含量最高，最佳工藝條件為：料液比1∶10（g/mL）、乙醇體積分?jǐn)?shù)71%、提取溫度61℃、提取時間1.6 h，該條件下，黃酮得率為38.50 mg/g。

花生殼；總黃酮；提取工藝；含量測定

花生年產(chǎn)量1 450萬噸以上，每年產(chǎn)生花生殼約450萬噸[1]，花生殼大部分被當(dāng)成廢渣棄去或用作燃料，利用率極低[2]，只有一小部分用于蘑菇培養(yǎng)基、農(nóng)用肥料、制造塑料填料、膠合劑、人造板、活性炭及作為飼料添加物，其利用價值未充分發(fā)揮[3-8]。花生殼中主要是粗纖維，此外還含有大量的碳水化合物、蛋白質(zhì)等，并且含有多酚、黃酮類物質(zhì)和甾體類化合物等有效成分[9]，其中木犀草素含量較高[10]。研究表明花生殼具有抗氧化[11]、增加冠狀動脈流量等多種藥理活性[12]，其中黃酮類化合物和木犀草素發(fā)揮了主要作用[13]。目前花生殼中黃酮類化合物的提取工藝研究較多[14-16]，但是湖南永州花生殼的研究未見報道，為了進(jìn)一步開發(fā)廢棄物花生殼的利用價值，本研究比較3個品種的花生殼黃酮含量差異和不同加工方法的花生殼黃酮含量差異，并且采用了響應(yīng)面法優(yōu)化了其提取工藝，以期更好的合理開發(fā)利用花生殼。

1 材料與方法

1.1 原料與儀器

1.1.1 原料與試劑

不同品種的花生殼選取永州江永小殼型生花生殼、永州零陵中殼型生花生殼、河南鄭州大殼型生花生殼；不同加工方法的花生殼選取生花生殼、炒熟花生的殼和普通鹽煮花生的殼均為江永小殼型花生品種；工藝優(yōu)化選取江永小殼型生花生殼；所有花生殼都為現(xiàn)剝現(xiàn)用，干燥、粉碎后備用；蘆丁為標(biāo)準(zhǔn)品：中國藥品生物制品檢定所；乙醇、氫氧化鈉、亞硝酸鈉、硝酸鋁等（均為分析純）：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2 儀器設(shè)備

UV2800S型分光光度計：上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；RE-201D旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠；SHZ-DC循環(huán)水式多用真空泵、集熱式磁力攪拌器：鄭州長城科工貿(mào)有限公司；TE124S電子天平：北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；中興FW-200高速萬能粉碎機(jī)：北京中興偉業(yè)儀器有限公司；。

1.2 試驗方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

參照課題組已有經(jīng)驗[17]，配置0.1 mg/mL蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液，以不加入蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液為空白對照，在λ=510 nm下分別測定0.01mg/mL～0.06 mg/mL蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得回歸方程為：A=17.272c+ 0.028 1，R2=0.995 1，說明具有良好的線性關(guān)系。

1.2.2 不同品種花生殼黃酮含量差異

稱取永州江永小殼型生花生殼粉、永州零陵中殼型生花生殼粉、河南鄭州大殼型生花生殼粉各1.0 g，加入50 mL石油醚在55℃下加熱回流2 h，再進(jìn)行抽濾留殘渣，用70%乙醇50 mL浸提殘渣30 min，然后在50℃、超聲功率100 W的條件下進(jìn)行超聲波輔助提取，重復(fù)3次（每次提取20 min），每次提取后進(jìn)行抽濾，合并3次濾液濃縮再以70%乙醇作為溶劑定容至100 mL，按照蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線方法測定吸光度，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計算不同品種花生殼黃酮含量。

（c代表稀釋后的濃度，mg/mL；V表示初次定容的體積，mL；D表示稀釋倍數(shù)，g；m表示花生殼質(zhì)量，g）

1.2.3 不同加工方法花生殼黃酮含量差異

稱取永州江永小殼型生花生殼粉、炒熟花生的殼粉和普通鹽煮花生的殼粉各1.0 g，參照1.2.2提取方法和含量測定方法，計算不同加工方法花生的殼中黃酮含量。

1.2.4 花生殼黃酮乙醇回流提取與含量測定方法

稱取江永小殼型生花生殼粉5.0 g，采用乙醇回流提取法，分別考察提取溫度40℃～90℃、乙醇體積分?jǐn)?shù)40%～90%、提取時間30 min～150 min、提取次數(shù)1次～3次、料液比1∶6（g/mL）～1∶14（g/mL）對總黃酮提取的影響，收集提取液，用蒸餾水稀釋定容至500 mL，作為花生殼黃酮待測溶液，按照蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線方法測定吸光度，計算花生殼黃酮含量及黃酮得率。

1.2.5 響應(yīng)面設(shè)計優(yōu)化

在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，在固定提取次數(shù)為2次，進(jìn)一步考察其他因素對花生殼總黃酮提取的影響[17-19]，以花生殼中總黃酮的得率為響應(yīng)值，進(jìn)行四因素三水平響應(yīng)面試驗來確定花生殼總黃酮提取的最佳工藝[17-19]，其中心組合設(shè)計因素與水平如表1。

表1 響應(yīng)面試驗設(shè)計表Table 1 Response surface design

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種花生殼黃酮含量差異

不同品種花生殼黃酮含量見圖1。

圖1 不同品種花生殼黃酮含量Fig.1 Flavonoids content of peanut hulls from different cultivars

如圖1所示，永州江永小殼型花生殼、永州零陵中殼型花生殼、河南鄭州大殼型花生殼中黃酮含量差異較大，分別為38.79、27.39、19.64 mg/g，可見江永小殼型花生殼含量更高，因此進(jìn)一步研究江永小殼型花生殼不同加工過程中花生殼中黃酮含量變化。

2.2 不同加工方法花生殼黃酮含量差異

不同加工方法花生殼黃酮含量見圖2。

圖2 不同加工方法花生殼黃酮含量Fig.2 Flavonoids content of peanut hulls from different processed methods

如圖2所示，江永小殼型花生經(jīng)炒熟和鹽煮熟獲得熟花生過程中花生殼中黃酮含量變化亦較大，發(fā)現(xiàn)生花生殼中黃酮含量高于炒熟花生殼，含量由38.79 mg/g下降到31.02 mg/g，而經(jīng)過鹽煮熟的花生殼中黃酮含量最低，為17.34 mg/g，因此在花生殼黃酮提取工藝中，應(yīng)該選用生花生殼。

2.3 單因素試驗

2.3.1 料液比對得率的影響

分別加入料液比為1∶6（g/mL）～1∶14（g/mL）的60%乙醇溶液，在70℃下回流提取2 h，重復(fù)1次，考察料液比對得率的影響[17]。料液比對得率的影響見圖3。

圖3 料液比的影響Fig.3 Effect of solid-liquid ratio

如圖3所示，料液比為1∶6（g/mL）～1∶10（g/mL）時，隨著溶劑量的增加，花生殼中總黃酮的提取量也隨著增加，料液比為1∶10（g/mL）時得率為35.86 mg/g，但當(dāng)溶劑用量繼續(xù)增加時，所得總黃酮得率相差無幾。在實際生產(chǎn)中加大溶劑用量可以提高黃酮提取量，但也會增加能耗，考慮到工業(yè)化生產(chǎn)，所以選擇料液比為1∶10（g/mL）。

2.3.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對得率的影響

按料液比1∶10（g/mL）分別加入乙醇體積分?jǐn)?shù)為40%～90%的乙醇溶液，于70℃回流提取2 h/次，提取2次，考察乙醇體積分?jǐn)?shù)對江永小殼型花生殼總黃酮得率的影響[17]。乙醇體積分?jǐn)?shù)對得率的影響見圖4。

如圖4所示，當(dāng)乙醇為70%時得率接近最大值為36.52 mg/g，以乙醇為70%時為臨界點(diǎn)，此點(diǎn)之前，隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大得率增加明顯，而后得率不增反而略有減小，可能因為乙醇體積分?jǐn)?shù)升高，一些醇溶性物質(zhì)與黃酮類物質(zhì)競爭同乙醇-水分子結(jié)合，導(dǎo)致黃酮溶解度下降[17]，考慮到生產(chǎn)成本及較優(yōu)的提取得率，優(yōu)選70%乙醇。

圖4 乙醇體積分?jǐn)?shù)的影響Fig.4 Effect of ethanol concentration

2.3.3 提取溫度對得率的影響

按料液比1∶10（g/mL）加入70%的乙醇溶液，分別于40℃～90℃回流提取2 h/次，提取2次，考察提取溫度對江永小殼型花生殼總黃酮得率的影響[17]。提取溫度對得率的影響見圖5。

如圖5所示，在提取溫度為60℃時得率為最大值為36.95 mg/g，在60℃之前得率隨溫度的升高而升高，在60℃之后得率隨著提取溫度的升高反而下降，可能是溫度過高，溶劑揮發(fā)嚴(yán)重，提取效果下降，此外可能是黃酮類化合物氧化，得率下降[17]。

2.3.4 提取次數(shù)對得率的影響

按料液比1∶10（g/mL）加入70%的乙醇溶液，于60℃回流提取2 h/次，分別提取1、2、3、4次，考察提取次數(shù)對江永小殼型花生殼總黃酮得率的影響[17]。提取次數(shù)對得率的影響見圖6。

如圖6所示，隨著提取次數(shù)越多得率越大，提取次數(shù)為4次時得率最高為37.21 mg/g?？梢钥闯?，提取2次時花生殼總黃酮已基本溶出完全為36.04 mg/g，從工業(yè)成本和提取周期角度來考慮，提取2次最適宜[17]。

2.3.5 提取時間對得率的影響

按料液比1∶10（g/mL）加入70%的乙醇溶液，分別在60℃回流提取0.5 h/次～2.5 h/次，提取2次，考察提取時間對江永小殼型花生殼總黃酮得率的影響[17]。提取時間對得率的影響見圖7。

圖7 提取時間的影響Fig.7 Effect of extraction time

如圖7所示，在0.5 h～1.5 h之間，提取時間對江永小殼型花生殼總黃酮得率的總體影響較大，提取時間達(dá)1.5 h達(dá)到最大得率為36.23 mg/g，可以看出對江永小殼型花生殼的最佳提取時間為1.5 h。

2.4 響應(yīng)面試驗結(jié)果及分析

2.4.1 設(shè)計方案及試驗結(jié)果

通過響應(yīng)面試驗，考察各因素對花生殼黃酮得率的影響[17-19]，試驗方案及結(jié)果見表2。

表2 試驗設(shè)計及結(jié)果Table 2 Experimental design arrangement and results

續(xù)表2 試驗設(shè)計及結(jié)果Table 2 Experimental design arrangement and results

采用Design expert 8.0.6軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行多項擬合回歸，得花生殼黃酮得率（Y）的二次回歸方程為：Y=38.19+0.055A+0.28B+0.45C+0.56D-0.050AB-0.36AC+0.14AD-0.21BC+0.41BD-0.29CD-0.66A2-1.81B2-1.50C2-1.05D2。

2.4.2 響應(yīng)面回歸模型的方差分析

為進(jìn)一步確定各因素對黃酮得率的影響程度，對回歸模型進(jìn)行了方差分析[17-20]，結(jié)果見表3。

表3 回歸方程的方差分析Table 3 ANOVA for quadratic model

從表3可以看出，模型的F=67.07、P＜0.0001，說明本試驗所采用的二次模型是很顯著的。B、C、D、AC、BD、CD、A2、B2、C2、D2的P值均小于0.05，說明除料液比外的其他一次項、料液比與提取溫度的交互項、乙醇體積分?jǐn)?shù)與提取時間的交互項、提取溫度與提取時間的交互項以及4個因素的二次項都對花生殼黃酮得率有明顯影響[17-20]；而料液比和其他交互項顯著性較差。在被選取因素的水平范圍內(nèi)，各因素的效應(yīng)關(guān)系為：D（提取時間）＞C（提取溫度）＞B（乙醇體積分?jǐn)?shù)）＞A（料液比）。相關(guān)系數(shù)R2=0.985 3和調(diào)整系數(shù)AdjR2= 0.970 6也表明模型擬合程度較好，得率與各因素之間的回歸方程是可靠的[18-19]。變異系數(shù)（CV）為0.58%說明試驗的重現(xiàn)性好，可穩(wěn)定地用于花生殼黃酮提取工藝條件的優(yōu)化[18-19]。

響應(yīng)曲面表明響應(yīng)值對于操作條件改變時的敏感程度[17]。其中料液比與提取溫度的交互作用、乙醇體積分?jǐn)?shù)與提取時間的交互作用曲面較陡峭，見圖8～圖10。

圖8 料液比與提取溫度的交互作用Fig.8 Interaction effect of solid-liquid ratio and extraction temperature

圖9 乙醇體積分?jǐn)?shù)與提取時間的交互作用Fig.9 Interaction effect of concentration of ethanol and extraction time

如圖8～圖9，說明交互作用對黃酮得率的影響極顯著（P＜0.01），提取溫度與提取時間的交互作用曲面也比較陡峭。如圖10，說明交互作用對黃酮得率的影響顯著（P＜0.05），與方差分析一致。

圖10 提取溫度與提取時間的交互作用Fig.10 Interaction effect of extraction temperature and extraction time

2.4.3 最佳工藝條件

用Design-expert 8.0.6軟件設(shè)計優(yōu)化得出最佳的提取條件為料液比1∶10.07（g/mL）、乙醇體積分?jǐn)?shù)71.02%、提取溫度61.14℃、提取時間1.64 h，預(yù)測得率為38.31 mg/g。為方便實際操作，花生殼黃酮的提取工藝修正為：料液比1∶10（g/mL）、乙醇體積分?jǐn)?shù)71%、提取溫度61℃、提取時間1.6 h。

2.4.4 驗證性試驗

對上述最終修正的提取工藝條件進(jìn)行驗證試驗，設(shè)置4次平行試驗，黃酮得率分別為：38.45、38.58、38.26、38.72 mg/g，得到江永小殼型生花生殼黃酮得率平均值為38.50 mg/g，與理論值38.31 mg/g相差較小，說明得到的工藝條件穩(wěn)定，具有應(yīng)用價值。

3 結(jié)論

通過比較3個品種的花生殼黃酮含量差異得到江永小殼型花生殼含量最高，然后比較了不同加工方法的花生殼黃酮含量差異得到生花生殼含量高，然后采用單因素試驗和響應(yīng)面法優(yōu)化了江永小殼型生花生殼黃酮提取工藝，得到其最佳工藝條件為：料液比1∶10（g/mL）、乙醇體積分?jǐn)?shù)71%、提取溫度61℃、提取時間1.6 h，該條件下，黃酮得率為38.50 mg/g，該工藝操作簡便，提取效果好，工藝穩(wěn)定，適合于工業(yè)化生產(chǎn)，為更好的合理利用廢棄物花生殼及為江永花生殼的綜合開發(fā)利用提供理論參考。

[1]胡明明.花生殼多酚的提取、純化及其抗氧化、抑菌活性研究[D].南昌：南昌大學(xué),2012

[2]徐蘇,嚴(yán)濱,陶永貴,等.基于正交設(shè)計的花生殼顆粒燃料成型配比研究[J].可再生能源,2013,31(4)：74-77

[3]潘嘉平,劉淑艷,姜楠,等.花生殼培養(yǎng)基對杏鮑菇菌絲生長的影響[J].菌物研究,2011,9(1)：50-53

[4]Zhang G W,Hu M M,He L,et al.Optimization of microwaveassisted enzymatic extraction of polyphenols from waste peanut shells and evaluation of its antioxidant and antibacterial activities in vitro[J].Food&Bioproducts Processing,2013,91(2)：158-168

[5]方志鋒,陳復(fù)生,劉昆侖,等.表面活性劑輔助微波-NaOH預(yù)處理花生殼乙醇化工藝研究[J].食品與機(jī)械,2013,29(4)：145-148

[6]Ahmad M,Lee S S,Dou X M,et al.Effects of pyrolysis temperature on soybean stover-and peanut shell-derived biochar properties and TCE adsorption in water[J].Bioresource Technology,2012,118(8)：536-544

[7]彭禹,張后虎,蔡邦成,等.微波輻照制備花生殼活性炭研究[J].環(huán)境工程,2015,33(5)：42-47

[8]穆瑞荷.花生殼綜合利用研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2010(4)：374-376

[9]左愛學(xué),孫赟,錢紹祥,等.花生殼化學(xué)成分研究 [J].中藥材, 2015,38(2)：302-304

[10]楊洋,聶靜然,關(guān)紅艷,等.花生殼木犀草素的提取及其抑菌性能研究[J].食品科技,2009(12)：211-216

[11]鄧斌,王存嫦,徐安武.微波輔助提取花生殼黃酮類化合物及其抗氧化性研究[J].中國油脂,2009,34(3)：54-57

[12]張慧清,孫忠文,鞠建明,等.花生殼降血脂有效部位的研究[J].時珍國醫(yī)國藥,2011,22(1)：148-149

[13]牛丹丹,劉彩霞,劉繡華,等.高速逆流色譜法分離制備花生殼中的黃酮類化合物[J].天然產(chǎn)物研究與開發(fā),2011,23(1)：110-113

[14]曾超珍,劉志祥.響應(yīng)面優(yōu)化酶法提取花生殼黃酮類化合物的工藝研究[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2016,55(6)：1532-1537

[15]畢海丹,萬照東,崔旭海,等.花生殼總黃酮提取工藝優(yōu)化及其抑菌活性研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,43(7)：297-299

[16]范金波,周素珍,鄭立紅,等.微波輔助提取花生殼總黃酮工藝參數(shù)的優(yōu)化[J].中國食品學(xué)報,2013,13(11)：55-60

[17]王宗成,蔣玉仁,劉小文,等.響應(yīng)面優(yōu)化生姜莖葉總黃酮提取工藝及其抗氧化活性研究 [J].天然產(chǎn)物研究與開發(fā),2015,27(9)：1582-1588

[18]張良晨,王波,石太淵,等.超聲波輔助提取高粱殼黃酮色素工藝的研究[J].食品工業(yè),2016(12)：5-8

[19]陳洪彬,鄭金水,蔡英卿,等.紫蘇葉中總黃酮的超聲波輔助提取工藝優(yōu)化[J].食品與機(jī)械,2014,30(5)：232-236

Contents Comparatives and Optimization of Extraction Technology of Flavonoids of Peanut Hulls

JIANG Hong-yu1，2，3，TAN Jie-xiong1，YIN Su-fang1，WU Ming1，ZHANG Ting-ting1，WANG Zong-cheng1，2，3，*

（1.College of Chemical and Biological Engineering，Hunan University of Science and Engineering，Yongzhou 425199，Hunan，China；2.Hunan Provincial Engineering Research Center for Ginkgo Biloba，Hunan University of Science and Engineering，Yongzhou 425199，Hunan，China；3.Hunan Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Advantage Plants Resources of Southern Hunan，Hunan University of Science and Engineering，Yongzhou 425199，Hunan，China）

To utilize waste peanut shell，contents comparison of flavonoids of peanut hulls from the three Cultivars and different processed methods were analyzed，and the response surface method was used to optimize the extraction technology.The results showed that flavonoids content of the small shell type peanut shells from Jiangyong highest，and the best extraction technology conditions for：solid-liquid ratio 1：10（g/mL），ethanol concentration 71%，extracting temperature 61℃，extracting time 1.6 h.Under this condition，the extraction yield of total flavonoids was 38.50 mg/g.

peanut hulls；total flavonoids；extraction technology；content determination

2017-05-22

湖南省高校科技創(chuàng)新團(tuán)隊支持計劃（2012-318）；湖南科技學(xué)院生物工程重點(diǎn)學(xué)科資助；永州市科技計劃項目[永科發(fā)（2016）27號-8]

姜紅宇（1971—），男（漢），講師，博士，主要從事藥物合成及天然產(chǎn)物開發(fā)。

*通信作者：王宗成（1983—），男，講師，主要從事天然產(chǎn)物的利用與開發(fā)。

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.16.009