亞臨界萃取黑花生衣原花青素工藝研究

田曉花　葛鵬　邵珍美

摘 要：本文進(jìn)行了亞臨界萃取黑花生衣原花青素的的工藝研究，以四氟乙烷為萃取劑，黑花生衣為原料，研究了料液比、萃取溫度、萃取時間、萃取次數(shù)和原料粒徑對黑花生衣中原花青素提取率的影響。通過單因素實驗和正交實驗優(yōu)化工藝條件，最佳工藝條件為：萃取溫度50 ℃，萃取時間45 min，萃取次數(shù)3次，料液比1∶23。最佳工藝條件下，原花青素萃取率可達(dá)9.45 mg·g-1。

關(guān)鍵詞：亞臨界萃取;四氟乙烷;黑花生衣;原花青素

Abstract：Using black peanut skin as raw material and suberitical 1，1，1，2-tetrafluoroethane as extractant， the effects of ratio of material to liquid， extraction temperature， extraction time， extraction times and particle size of raw material on the Proantho Cyanidins extraction rate were investigated. Based on single factor experiment and orthogonal experiment， the suberitical extraction conditions were optimized. The results showed as follows ： extraction temperature 50℃， extraction time 45 min， extraction times 3 times ，ratio of material to liquid 1∶23 and particle size of raw material 60 meshes. The Proanthocyanidins extraction rate was 9.45 mg/g under the opti-mal extraction conditions.

Key words：Subcritical extraction; 1，1，1，2-tetrafluoroethane; Black peanut skin; Proantho cyanidins

中圖分類號：TS224.4

花生衣作為花生生產(chǎn)的副產(chǎn)品，產(chǎn)量巨大[1]，除少量用于制藥，其余用作動物飼料、燃料，綜合利用價值和經(jīng)濟(jì)價值較低。黑花生也稱富硒黑花生，作為具有推廣前景的優(yōu)良品種，具備高蛋白、高精氨酸、高硒、高鉀含量的優(yōu)良特性[2]。黑花生衣富含原花青素，原花青素具有抗氧化、抗腫瘤、抗菌、抗炎、降血壓、降血脂、降血糖等多種功能[3-4]。亞臨界萃取黑花生紅衣原花青素有助于實現(xiàn)花生資源的合理利用，提升其經(jīng)濟(jì)價值，同時解決了花生紅衣入口性差的問題，滿足了消費者的保健需求。

目前，原花青素的提取方法主要包括有水提法、傳統(tǒng)機溶劑浸提法、超聲輔助提取法、微波輔助提取法、酶提取法等[5]，其中有機溶劑的大量使用容易破壞產(chǎn)品的安全性，微波輔助提取法會對分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定破壞[6]。超臨界CO2萃取法作為食品行業(yè)新型、清潔、高效的綠色提取分離方法，具有避免萃取物高溫?zé)嶙?、保護(hù)生理活性等優(yōu)點，基于CO2的非極性和分子量低的特點，該技術(shù)使用范圍有限，對極性較強的化合物或大分子物質(zhì)提取率不高，且設(shè)備昂貴[7-8]。

亞臨界流體萃取技術(shù)近年已成功實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，溶劑在亞臨界狀態(tài)下分子擴散、傳質(zhì)、溶解能力顯著增強，整個萃取過程在室溫或低溫條件下進(jìn)行，促使物料中的熱敏性成分不被破壞，與超臨界流體萃取技術(shù)相比，設(shè)備投資及運行成本顯著降低[9-11]。目前，亞臨界萃取技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于揮發(fā)油、植物色素、多酚類物質(zhì)、黃酮及花青素成分等多種有效成分的提取[8]。四氟乙烷的臨界壓力較低，對極性物質(zhì)的溶解能力強，擴散系數(shù)和黏度系數(shù)均較小，具有良好的應(yīng)用前景[12]。本文采用亞臨界萃取技術(shù)利用四氟乙烷萃取黑花生衣原花青素，研究提取工藝條件，為功能性產(chǎn)品的開發(fā)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

黑花生，市售，購于煙臺;R134a，質(zhì)量分?jǐn)?shù)99%，F(xiàn)reon;原花青素對照品，合肥博美生物科技有限責(zé)任公司;香草醛，天津市永大化學(xué)試劑有限公司;無水乙醇，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司，甲醇，天津市康科德有限公司;濃鹽酸，北京化工廠;化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

紫外-可見分光光度計，上海美譜達(dá)儀器有限公司;亞臨界萃取設(shè)備，安陽晶森生物科技有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 黑花生衣原花青素提取流程[12-13]

黑花生→去殼→干燥→剝?nèi)』ㄉ隆鬯檫^篩→亞臨界萃取

將黑花生去殼后，在干燥箱中干燥，分離黑花生衣，置于研磨設(shè)備內(nèi)進(jìn)行研磨，研磨過程中要防止溫度過高造成有效成分的分解，粉碎后備用。稱量一定量樣品，裝入篩絹袋內(nèi)，置于亞臨界萃取設(shè)備內(nèi)，選擇不同的萃取條件（粉碎粒度、料液比、萃取溫度、萃取時間和萃取次數(shù)），提取黑花生衣中的原花青素，提取后加甲醇溶液定容至100 mL，稀釋至一定倍數(shù)，備用。

1.3.2 原花青素含量的測定

標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制：分別配制質(zhì)量濃度為0.1、0.2、0.3、0.4 mg·mL-1和0.5 mg·mL-1的原花青素標(biāo)準(zhǔn)溶液，取

0.5 mL配制好的原花色素樣液，加入3.0 mL4%香草醛甲醇液，混合后加入1.5 mL濃鹽酸，立即混勻。在室溫條件下顯色15 min左右，在波長500 nm處測定吸光度，4%香草醛甲醇液做空白對照實驗，避光操作，并以原花青素質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，吸光度值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=1.943x+0.023 1，R?=0.993 7。

用香草醛-鹽酸法[14]對黑花生衣原花青素含量進(jìn)行測定，按照標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合方程計算黑花生衣原花青素含量。

1.3.3 原花青素萃取率計算

根據(jù)測定得到的原花青素質(zhì)量濃度按照以下公式計算原花青素萃取得率：

（1）

式（1）中，y-原花青素萃取得率，單位mg·g-1，

c-原花青素質(zhì)量濃度，單位mg·mL-1，v-樣液體積，單位mL;m-萃取原料質(zhì)量，單位g。

1.3.4 單因素實驗

稱取一定量黑花生衣，以黑花生衣中原花青素的得率作為評價指標(biāo)，分別研究原料粒徑（20～40、40～60、60～80、80～100和>100目）、料液比（1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30）、萃取溫度（20、30、40、50 ℃和60 ℃）、萃取時間（15、30、45、60 min和75 min）萃取次數(shù)（1、2、3、4次和5次）對黑花生衣原花青素提取率的影響。

1.3.5 正交實驗

依據(jù)單因素實驗所得結(jié)果，按照L9（34）正交表設(shè)計4因素3水平正交實驗，確定亞臨界萃取黑花生衣中原花青素的最佳工藝條件。

2 結(jié)果與分析

2.1 亞臨界萃取黑花生衣原花青素單因素實驗

2.1.1 料液比對黑花生衣中原花青素提取率的影響

將所得黑花生衣適當(dāng)粉碎后過60目篩，準(zhǔn)確稱取100 g，置于亞臨界萃取設(shè)備中，萃取溫度選擇為50 ℃，萃取時間選擇為90 min，萃取次數(shù)選擇為1次，料液比分別設(shè)定為1∶10、1∶15、1∶20、1∶25和1∶30，在不同條件下分別進(jìn)行萃取，通過測定黑花生衣中原花青素的得率，研究料液比對萃取率的影響，測定結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，在料液比由1∶10增加到1∶30的過程中黑花生衣中原花青素的提取率不斷增加，但當(dāng)料液比達(dá)到1∶20后，原花青素提取率變化緩慢?？赡苁怯捎谠诹弦罕容^小的情況下，物料與溶劑接觸不充分，造成物料與溶劑的傳質(zhì)過程受阻，隨著溶劑量的不斷加大，改善了物料與溶劑接觸性，使得原花青素的提取率有所增加，但是過高的料液比會影響脫溶時間的長短[15]。綜合考慮，料液比控制在1∶20～1∶25。

2.1.2 萃取溫度對原花青素提取率的影響

將所得黑花生衣適當(dāng)粉碎后過60目篩，準(zhǔn)確稱取100 g，置于亞臨界萃取設(shè)備中，料液比選擇為1∶20，萃取時間選擇為90 min，萃取次數(shù)選擇為1次，萃取溫度分別設(shè)定為20、30、40、50 ℃和60 ℃，在不同條件下進(jìn)行萃取，研究萃取溫度對原花青素萃取率的影響，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，溫度由20 ℃升高到60 ℃的過程中，前期隨著溫度的升高原花青素提取率不斷增大，溫度升高至50 ℃時原花青素提取率到達(dá)最高點，然后原花青素提取率呈現(xiàn)下降趨勢。其原因可能是由于萃取溫度升高導(dǎo)致溶質(zhì)蒸汽壓升高，增強了溶劑和原花青素之間的傳質(zhì)，從而使溶解度有所增加，導(dǎo)致原花青素的萃取率升高[12]。但隨著溫度的進(jìn)一步提升，亞臨界狀態(tài)下四氟乙烷的密度減小，汽化程度增強，造成萃取罐中溶劑的實際體積減少，萃取能力下降，同時原花青素屬于熱敏性成分，過高的溫度會導(dǎo)致原花青素分解[12]。

2.1.3 萃取時間對原花青素提取率的影響

將所得黑花生衣適當(dāng)粉碎后過60目篩，準(zhǔn)確稱取100 g，置于亞臨界萃取設(shè)備中，在萃取時間分別為，料液比選擇為1∶20，萃取溫度選擇為50 ℃，萃取次數(shù)選擇為1次，萃取時間分別設(shè)定15、30、45、60 min和75 min，在不同條件下進(jìn)行萃取，研究萃取時間對原花青素萃取率的影響，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，萃取時間由15 min延長到75 min的過程中，隨著時間延長原花青素提取率不斷增加，但是當(dāng)萃取時間超過60 min時，萃取率變化緩慢，增幅較小?？赡苁怯捎诔跏茧A段溶劑與物料接觸不充分，造成傳質(zhì)過程緩慢[16]，隨著萃取時間的不斷延長，改善了溶劑與物料接觸性，萃取率有所增強，后期隨著物料中原花青素不斷向溶劑中轉(zhuǎn)移，傳質(zhì)過程趨于變緩，從而使萃取率趨于穩(wěn)定。

2.1.4 萃取次數(shù)對原花青素提取率的影響，

將所得黑花生衣適當(dāng)粉碎后過60目篩，準(zhǔn)確稱取100 g，置于亞臨界萃取設(shè)備中，料液比選擇為1∶20，萃取溫度選擇為50 ℃，萃取時間選擇為30 min/次，萃取次數(shù)分別設(shè)定為1、2、3、4次和5次，在不同的條件下進(jìn)行萃取，研究萃取次數(shù)對原花青素萃取率的影響，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，整體而言，隨著萃取次數(shù)的不斷增加，原花青素提取率呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢。在萃取次數(shù)為3次時，原花青素提取率達(dá)到8.99 mg·g-1，萃取次數(shù)為5次時，原花青素提取率為9.11 mg·g-1。萃取次數(shù)為3次之后，隨萃取次數(shù)增加原花青素提取率增幅較小，萃取次數(shù)的增加不僅會延長脫溶時間，還增加溶劑消耗。綜合考慮萃取率、脫溶時間、溶劑消耗多方面的因素，萃取次數(shù)選擇2～3次為宜。

2.1.5 原料粒徑對原花青素提取率的影響

將所得黑花生衣粉碎為不同粒度，稱量100 g置于萃取罐中，料液比選擇為1∶20，萃取溫度選擇為50 ℃，萃取時間選擇為30 min，萃取次數(shù)選擇為1次，原料粒徑分別控制為20～40目、40～60目、60～80目、80～100目，在不同條件下進(jìn)行萃取，研究萃取次數(shù)對原花青素萃取率的影響，結(jié)果如下圖5所示。

由圖5可知，隨著原料粒徑的不斷增大，原花青素提取率呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，在原料粒徑為60～80目時，原花青素提取率最高，為8.99 mg·g-1，究其原因，可能是隨著黑花生衣粒徑的不斷減小，比表面積不斷增大，加速了傳質(zhì)過程，使原花青素提取率有所升高，但隨著原料粒徑的進(jìn)一步增大，過小的原料粒徑易導(dǎo)致物料結(jié)塊，阻滯傳質(zhì)過程，造成原花青素的提取率下降[15]。綜合考慮，黑花生衣原料粒徑適宜的選擇范圍在60～80目。

2.2 亞臨界萃取原花青素正交實驗

依據(jù)單因素實驗結(jié)果，原料粒徑確定為60目，選取料液比（A）、萃取溫度（B）、萃取時間（C）、萃取次數(shù)（D）進(jìn)行設(shè)計L9（34）正交實驗。正交實驗所涉及的因素與水平見表1，實驗結(jié)果分析見表2。

由表1和表2可知，以上因素對黑花生衣原花青素萃取率的影響結(jié)果為：萃取溫度>萃取時間>萃取次數(shù)>料液比，所確定的最佳工藝條件為：萃取溫度為50 ℃，萃取時間為45 min，萃取次數(shù)為3次，料液比1∶23。

依據(jù)正交實驗確定的最佳工藝條件，進(jìn)行實驗驗證，在此條件下黑花生衣原花青素萃取率可達(dá)9.45 mg·g-1，

與預(yù)測值接近，表明正交實驗?zāi)Ｐ蛿M合較好。

3 結(jié)論

通過正交實驗極差分析，確定了亞臨界條件下料液比、萃取溫度、萃取時間、萃取次數(shù)對黑花生衣原花青素提取率的影響順序：萃取溫度>萃取時間>萃取次數(shù)>料液比，最佳工藝條件為：萃取溫度50 ℃，萃取時間45 min，萃取次數(shù)3次，料液比1∶23，在此條件下，原花青素萃取率可達(dá)到9.45 mg·g-1。

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基金項目：山東商務(wù)職業(yè)學(xué)院院級課題（編號：2018SWZR02）。

作者簡介：田曉花（1987—），女，碩士;研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程。