超臨界CO₂萃取法提取菠蘿蜜果皮中黃酮的工藝研究

鮑玲玲　黃仁富

摘 要：以廢棄物菠蘿蜜果皮為原材料，采用超臨界二氧化碳萃取技術(shù)提取果皮中具有功能性的黃酮類化合物，提高菠蘿蜜產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。通過單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)，確定最優(yōu)工藝條件為提取溫度60 ℃、提取壓力30 MPa、提取時(shí)間2.5 h、夾帶劑流量0.6 mL·min-1，此條件下黃酮的提取率為14.96%。

關(guān)鍵詞：菠蘿蜜果皮;黃酮;超臨界CO2提取

Abstract：Waste jackfruit peel as raw material， functional flavonoids from peel were extracted by supercritical carbon dioxide extraction，increase the economic value of the jackfruit industry. Through single factor test and orthogonal test， to determine the optimal process conditions for extracting temperature 60 ℃， extraction pressure 30 MPa， extraction time 2.5 h， entrainer flow rate 0.6 mL·min-1， the extraction rate of flavonoids was 14.96%.

Key words：Jackfruit peel; Flavonoids; Supercritical carbon dioxide extraction

中圖分類號(hào)：TS209

菠蘿蜜（Jackfruit）又稱樹菠蘿、木菠蘿，素有“熱帶珍果”之稱，主要分布在廣東、廣西、海南、云南等熱帶與亞熱帶地區(qū)[1]。菠蘿蜜果肉鮮甜可口，但果皮和種子約占總重的50%，直接棄去會(huì)造成極大的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[2]。已有研究指出，菠蘿蜜果皮中富含膳食纖維、多酚、黃酮等天然活性物質(zhì)，這些物質(zhì)具有抗氧化、抗菌消炎、抗腫瘤等保健功效，是有待開發(fā)利用的資源[3]。目前，菠蘿蜜果皮中黃酮類化合物的提取方法有大孔樹脂分離法和酶解提取法，這些提取方法工藝較為復(fù)雜，黃酮得率不高[4]。本研究采用超臨界CO2萃取技術(shù)提取菠蘿蜜果皮中的黃酮，萃取工藝簡(jiǎn)單，黃酮得率較高，提高了菠蘿蜜綜合利用價(jià)值，為菠蘿蜜產(chǎn)業(yè)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

菠蘿蜜，市售;無水乙醇、氫氧化鈉、亞硝酸鈉、鹽酸、鋅粉等均為分析純;蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品，中國(guó)食品藥品檢定研究院;二氧化碳?xì)怏w≥99.0%。

1.2 儀器與設(shè)備

精密電子天平，北京賽多利斯儀器有限公司生產(chǎn);真空干燥箱，上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn);HA120-50-02超臨界萃取裝置，美國(guó)Water公司生產(chǎn);超細(xì)粉碎機(jī)，廣州大祥電子機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn);KA-1000C低速離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠生產(chǎn);JA5003B電子分析天平，上海精科天美科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn);SHZ-CB循環(huán)水式多用真空泵，鞏義市予華儀器有限公司生產(chǎn);101AS-3不銹鋼數(shù)顯電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海沛東榮豐科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn);T6型紫外分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限公司生產(chǎn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

以蘆丁作標(biāo)準(zhǔn)品，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，標(biāo)準(zhǔn)品120 ℃干燥至恒重，準(zhǔn)確稱取蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品0.011 5 g于50 mL容量瓶中，用60%乙醇溶液溶解并定容，得濃度0.23 mg·mL-1蘆丁標(biāo)準(zhǔn)液。準(zhǔn)確吸取蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液0.0、2.5、5.0、7.5、10.0 mL和12.5 mL于25 mL容量瓶中，加入5%的NaNO2溶液0.75 mL，搖勻，放置6 min后加入10%的Al（NO3）3溶液0.75 mL，搖勻，放置6 min后加入4% NaOH溶液10 mL，用60%乙醇定容，搖勻，10～15 min后于500 nm處測(cè)定吸光度A[5]。

1.3.2 工藝流程

菠蘿蜜果皮→清洗→干燥→篩分→超臨界CO2萃取→定容→測(cè)試吸光度→計(jì)算提取率[6]。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

稱取10 g菠蘿蜜果皮粉末裝入萃取釜中，分別對(duì)超臨界萃取溫度、萃取壓力、萃取時(shí)間、夾帶劑流量進(jìn)行單因素試驗(yàn)，以菠蘿果皮總黃酮的提取率為指標(biāo)，確定各因素的最佳選擇范圍[7]。

（1）超臨界CO2流體萃取溫度對(duì)黃酮萃取率的影響。稱取10 g菠蘿蜜果皮粉，固定萃取壓力30 MPa、萃取時(shí)間2.5 h、夾帶劑流量0.6 mL·min-1，分別設(shè)定萃取溫度為40、50、60、70 ℃和80 ℃進(jìn)行萃取，分別計(jì)算不同溫度條件下黃酮的萃取率。

（2）超臨界CO2流體夾帶劑流量對(duì)黃酮萃取率的影響。稱取10 g菠蘿蜜果皮粉，固定萃取壓力30 MPa、萃取時(shí)間2.5 h、萃取溫度60 ℃，分別設(shè)定夾帶劑流量0.2、0.4、0.6、0.8 mL·min-1和1.0 mL·min-1進(jìn)行萃取，分別計(jì)算不同夾帶劑流量條件下黃酮的萃取率。

（3）超臨界CO2流體萃取時(shí)間對(duì)黃酮萃取率的影響。稱取10 g菠蘿蜜果皮粉，固定萃取壓力30 MPa、萃取溫度60 ℃、夾帶劑流量0.6 mL·min-1，分別設(shè)定萃取時(shí)間為1.5、2.0、2.5、3.0 h和3.5 h進(jìn)行萃取，分別計(jì)算不同時(shí)間條件下黃酮的萃取率。

（4）超臨界CO2流體萃取壓力對(duì)黃酮萃取率的影響。稱取10 g菠蘿蜜果皮粉，固定萃取溫度60 ℃、萃取時(shí)間2.5 h、夾帶劑流量0.6 mL·min-1，分別設(shè)定萃取溫度為20、25、30、35 MPa和40 MPa進(jìn)行萃取，分別計(jì)算不同壓力條件下黃酮的萃取率。

1.3.4 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取超臨界CO2流體萃取溫度、萃取壓力、萃取時(shí)間、夾帶劑用量4個(gè)因素，每個(gè)因素設(shè)計(jì)4個(gè)水平，以黃酮萃取率為考察指標(biāo)，按正交表設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)優(yōu)化萃取工藝，正交試驗(yàn)的因素水平表見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

根據(jù)1.3.1標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作方法，得出回歸曲線的方程為y=0.014 6x+0.028 3，相關(guān)系數(shù)R2=0.990 6，如圖1所示。

2.2 萃取溫度對(duì)黃酮萃取量的影響

由圖2可知，隨著溫度逐漸升高，黃酮的提取率也逐漸增加，在60 ℃時(shí)提取率達(dá)到最大。但超過

60 ℃以后，黃酮的提取率逐漸降低，這可能是由于過高溫使CO2氣體的密度降低，導(dǎo)致黃酮的溶解度減小，降低了黃酮的提取率。

2.3 夾帶劑流量對(duì)黃酮萃取量的影響

由圖3可知，隨著乙醇夾帶劑流量的增加，黃酮的提取率也不斷增加。當(dāng)夾帶劑流量達(dá)到0.60 mL·min-1時(shí)，黃酮的提取率達(dá)到最大。但超過0.60 mL·min-1后，黃酮的提取率不再升高，可能是由于在0.60 mL·min-1的流量時(shí)，夾帶劑和菠蘿蜜果皮中黃酮的性質(zhì)相似，因此提取率較高。

2.4 萃取時(shí)間對(duì)黃酮萃取量的影響

萃取時(shí)間對(duì)黃酮提取率的影響如圖4所示。

由圖4可知，隨著時(shí)間的增加，黃酮的提取率也逐漸增加。當(dāng)提取時(shí)間超過2.5 h時(shí)，黃酮的提取率基本保持恒定?？赡苁怯捎陔S著時(shí)間的增加，黃酮化合物不斷溶解出來，當(dāng)時(shí)間達(dá)到2.5 h后，黃酮的溶解度基本達(dá)到飽和或者放緩，提取率基本恒定。

2.5 萃取壓力對(duì)黃酮萃取量的影響

由圖5可知，隨著提取壓力的升高，黃酮的提取率先增加后減少，在30 MPa時(shí)，提取率達(dá)到最大值。這可能是由于壓力增加有助于黃酮溶解度的增加，當(dāng)超過30 MPa后，溶解度降低。

2.6 正交試驗(yàn)

由表2中極差分析結(jié)果可知，超臨界CO2流體萃取菠蘿蜜果皮黃酮的各因素影響依次為萃取溫度（A）>夾帶劑流量（B）>萃取壓力（D）>萃取時(shí)間（C）。由正交試驗(yàn)表優(yōu)化得到的最優(yōu)組合為A3B2C4D3;由k值得到的最優(yōu)組合為A3B2C3D2，最優(yōu)組合不一致，需進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

在工藝條件A3B2C3D2和A3B2C4D3下，分別做3組平行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得的黃酮提取率見表3所示。結(jié)果表明，組合A3B2C4D3為菠蘿蜜果皮黃酮提取的最佳工藝組合。該提取方法技術(shù)簡(jiǎn)單、條件易控制、提取率高，可為菠蘿蜜產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用價(jià)值提供理論依據(jù)。

3 結(jié)論

采用超臨界CO2萃取方法，通過研究不同萃取溫度、萃取壓力、萃取時(shí)間、夾帶劑流量菠蘿蜜果皮中黃酮類化合物提取率的影響，確定了各因素的最優(yōu)水平，并采用正交試驗(yàn)優(yōu)化提取工藝，確定最優(yōu)工藝條件為提取溫度60 ℃、提取壓力30 MPa、提取時(shí)間2.5 h、夾帶劑流量0.6 mL·min-1，此條件下黃酮平均提取率為14.96%。

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