信陽板栗種皮中粗多酚化合物的提取工藝優(yōu)化

陳 龍，陳亞藍(lán)，劉 濤，李瑤瑤，朱 靜

（信陽農(nóng)林學(xué)院 食品學(xué)院，河南信陽 464000）

0 引言

板栗，產(chǎn)地中國，又名栗、毛栗，是我國獨(dú)特的資源，素有“干果之王”的美譽(yù)，在國外還被稱作“人參果”[1-4]。板栗殼呈棕褐色，較脆、較硬；板栗種皮呈褐色，表面呈絨狀，易被分離；板栗仁呈金黃色，可經(jīng)翻炒食用，口感軟綿，新鮮栗子也可直接剝殼去皮食用，口感甜脆，似紅薯生吃的感覺。

板栗作為一種富有傳統(tǒng)特色的食品，有著悠久的歷史文化，2 000 多年來一直深受著人們的喜愛，尤其是信陽作為板栗的重要產(chǎn)區(qū)之一，板栗已成為家庭中不可或缺的一種特色產(chǎn)品。板栗有著很多保健的功能，如降低人體血糖、降低高血壓等，板栗多糖具有免疫及抗腫瘤、抗衰老、降血脂等很多生理活性受到很多關(guān)注。在板栗加工產(chǎn)業(yè)迅速蓬勃發(fā)展之際，大量的板栗副產(chǎn)物（如板栗種皮、板栗殼等） 也在大幅度增加，但人們對其的利用卻十分有限，往往作為廢棄物或者垃圾而將其丟棄[5-6]，隨著對這些副產(chǎn)物的研究來看，這些副產(chǎn)物中富含各種對人體有益的物質(zhì)，故而近些年這些副產(chǎn)物如何對其加工利用也逐漸引起研究者的關(guān)注與熱議。據(jù)已有報道來看，近年來對板栗殼的研究較多集中在板栗殼色素的提取及抗氧化上[7]。板栗種皮色素是一種黃酮類色素，在植物原料中比較富集，在化學(xué)品、藥品和食品等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用價值。

通過預(yù)試驗證明信陽板栗種皮中含有多酚，對板栗種皮天然活性成分的開發(fā)，可以提高廢棄物資源的利用率和經(jīng)濟(jì)效益，板栗種皮中的多酚具有抗氧化性，對于抗衰老、抗癌等具有一定的效果[8]。

通過單因素試驗和正交試驗的設(shè)計，分析各個因素對信陽板栗種皮中多酚類化合物提取率的影響，最終確定板栗種皮中提取多酚類化合物的最佳條件，通過對這些條件的優(yōu)化，從而找出更佳的提取工藝，對板栗種皮中多酚大量的提取及更廣泛的開發(fā)應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器

1.1.1 試驗材料

主要試劑：無水乙醇、福林酚、碳酸鈉、單寧酸，開封市芳晶試劑有限公司提供。

主要原料：信陽市售板栗。板栗經(jīng)剝殼后，取板栗殼和板栗仁中間的板栗種皮，將板栗種皮收集在托盤里干燥2 d 后，用粉碎機(jī)打碎后放于藥品瓶內(nèi)以供使用。

1.1.2 設(shè)備與儀器

FA1004 型分析電子天平，上海良平儀器儀表有限公司產(chǎn)品；RH-100 型高速多功能粉碎機(jī)，上海緣沃工貿(mào)有限公司產(chǎn)品；TU-1901 型雙光束紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限公司產(chǎn)品；HH-6 型電熱恒溫水浴鍋，上海比朗儀器有限公司產(chǎn)品；SHB-III 型循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長城科工貿(mào)有限公司產(chǎn)品。

1.2 板栗皮中多酚的提取工藝

工藝流程：新鮮板栗→去殼、取板栗仁干燥→粉碎→物料與溶劑混合→水浴加熱提取→抽濾1→濾液1→濾渣二次提取→抽濾2→濾液1、濾液2 混合→定容→測量吸光度→計算多酚的提取率。

1.3 板栗種皮中多酚提取條件的優(yōu)化研究

影響板栗皮中多酚化合物提取效果的因素有提取溶劑的種類、提取溶劑的體積分?jǐn)?shù)、提取的料液比、提取的時間、提取的溫度等[9]，通過比對提取溶劑的優(yōu)劣因素，最后選擇多酚提取常用提取溶劑乙醇-水混合物作為提取的溶劑，選擇提取溶劑乙醇的體積分?jǐn)?shù)、提取的料液比、提取的時間、提取的溫度作為試驗的單因素來研究板栗皮中多酚化合物的提取效果，再通過正交分析試驗進(jìn)一步優(yōu)化試驗方案，從而確定板栗皮中多酚化合物的最佳提取條件。

1.3.1 單因素試驗的設(shè)計

參考魯曉翔等人[10]方法，并略加修改。稱取2 g板栗種皮，料液比1∶20，30%乙醇在50 ℃恒溫水浴鍋內(nèi)浸提50 min。當(dāng)研究某一個條件時，其他條件保持不變，從而在這一條件下提取得到提取溶液，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法來測定提取液于波長760 nm處的吸光度。

（1） 提取溶劑體積分?jǐn)?shù)的選擇。分別選用乙醇體積分?jǐn)?shù)為20%，30%，40%，50%，60%，其他條件不變，按照1.3.1 的方法進(jìn)行提取。

（2） 提取料液比的選擇。分別選用料液比為1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，1∶35，其他條件不變，按照2.3.1 的方法進(jìn)行提取。

（3） 提取溫度的選擇。分別選用水浴溫度為30，40，50，60，70 ℃，其他條件不變，按照1.3.1 的方法進(jìn)行提取。

（4） 提取時間的選擇。分別選用浸提時間為60，90，120，150，180 min，其他條件不變，按照1.3.1的方法進(jìn)行提取。

（5） 正交試驗設(shè)計。綜合考慮提取溶劑的種類、提取溶劑的體積分?jǐn)?shù)、提取的料液比、提取溫度、提取時間這幾個因素對板栗種皮中多酚類化合物提取率的影響，選取3 個點(diǎn)進(jìn)行正交試驗，從而找出板栗種皮中提取多酚化合物的最佳條件及影響因素。

試驗因素與水平設(shè)計見表1。

表1 試驗因素與水平設(shè)計

1.3.2 試驗結(jié)果的測定指標(biāo)

（1） 提取液多酚含量的測定。①采用福林酚法[11]。其原理是在堿性條件下，多酚可以與福林酚反應(yīng)，使溶液呈現(xiàn)藍(lán)色，顏色的深淺與多酚的含量成正比，于波長760 nm 處有最大吸光度。②單寧酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制。稱取單寧酸0.1 g，加蒸餾水溶解并定容至100 mL，得到0.001 g/mL 的單寧酸標(biāo)準(zhǔn)溶液。③標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。分別稱取單寧酸標(biāo)準(zhǔn)溶液0，2.5，4.0，5.5，7.0 mL 于100 mL 容量瓶中，分別加入5 mL 福林酚試劑，再分別加入7.5%的碳酸鈉溶液4 mL，加蒸餾水定容到100 mL，振蕩搖勻，于50 ℃水浴鍋中水浴5 min，于波長760 nm 處分別測定吸光度。

單寧酸的標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。

通過標(biāo)準(zhǔn)曲線得到單寧酸質(zhì)量濃度與吸光度之間的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為：

式中：Y——吸光度；

X——單寧酸質(zhì)量濃度，μg/mL。

（2） 粗多酚得率的計算

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果與分析

2.1.1 提取溶劑體積分?jǐn)?shù)的選擇

分別選用乙醇體積分?jǐn)?shù)為20%，30%，40%，50%，60%對板栗種皮中的多酚類化合物進(jìn)行提取的試驗結(jié)果和分析。

不同乙醇體積分?jǐn)?shù)對吸光度的影響見圖2。

由圖2 可知，不同體積分?jǐn)?shù)的乙醇對板栗種皮中多酚類化合物的提取效果不同，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，吸光度呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢，即在一定的乙醇體積分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加對板栗種皮中多酚類化合物的提取率先增加后減少，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為30%時，吸光度最高，即提取效果最好，超過30%體積分?jǐn)?shù)的乙醇提取液，可能是因為粗多酚中含有可溶于乙醇的部分，導(dǎo)致乙醇體積分?jǐn)?shù)過高，吸光度逐漸降低，因此可確定提取溶劑乙醇的體積分?jǐn)?shù)為30%時，提取效果較佳。

2.1.2 提取料液比的選擇

分別選用料液比為1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，1∶35 對板栗種皮中的多酚化合物進(jìn)行提取的試驗結(jié)果和分析。

不同料液比對吸光度的影響見圖3。

由圖3 可知，不同料液比對板栗種皮中多酚類化合物的提取效果不同，隨著料液比的增加，吸光度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，即提取率呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，在提取料液比為1∶25 時，吸光度最高，即此時提取效果最好，因此可確定提取的料液比為1∶25。

2.1.3 提取溫度的選擇

分別選用水浴溫度為30，40，50，60，70 ℃對板栗皮中的多酚進(jìn)行提取的試驗結(jié)果和分析。

不同提取溫度對吸光度的影響見圖4。

由圖4 可知，不同提取溫度對板栗種皮中多酚化合物的提取效果不同，隨著溫度的升高，板栗種皮中多酚化合物的吸光度逐漸升高，即提取率隨溫度的升高逐漸增加，且50～60 ℃吸光度增加最快，即提取率增加最快。主要是由于溫度高，板栗種皮中多酚化合物的溶出性能好，透過性好，但溫度越高，對板栗種皮中多酚的結(jié)構(gòu)等方向的影響越大，尤其是抗氧化性能會顯著下降，因此可確定提取溫度不應(yīng)過高，60 ℃左右即可。

2.1.4 提取時間的選擇

分別選用提取時間為60，90，120，150，180 min對板栗皮中的多酚進(jìn)行提取的試驗結(jié)果和分析。

不同提取時間對吸光度的影響見圖5。

由圖5 可知，不同提取時間對板栗種皮中多酚化合物的提取效果不同，隨著提取時間的增大，吸光度逐漸增大，即提取率也逐漸增大，在提取時間為180 min 時，提取率最大，150～180 min 時，吸光度增加最快，即提取率增加最快，但要產(chǎn)業(yè)化提取時，需要考慮提取成本等問題，提取時間選擇170 min左右即可。

2.2 正交分析試驗的結(jié)果和分析

正交試驗結(jié)果見表2。

表2 正交試驗結(jié)果

由表2 可知，試驗的最優(yōu)組合為A3B2C3D2，即提取液體積分?jǐn)?shù)為35%，提取料液比為1∶25，提取溫度為70 ℃，提取時間為150 min。

由表2 可知，不同的單因素所組成的提取條件對板栗種皮中多酚類化合物的提取效果不同，影響板栗種皮中多酚類化合物的提取效果的因素排列順序為乙醇體積分?jǐn)?shù)（A） ＞提取時間（D） ＞提取溫度（C） ＞料液比（B），說明提取溶劑的體積分?jǐn)?shù)對板栗種皮中多酚類化合物的提取效果影響最大，其次是提取時間，再次是提取液溫度，提取料液比對板栗種皮中多酚類化合物的提取效果影響最小。因此，在今后提取板栗皮中多酚類化合物一定要注意選擇最佳的提取溶劑。

2.3 提取率計算

稱取2 g 板栗種皮，按照正交分析試驗的最佳提取條件，即乙醇體積分?jǐn)?shù)35%，料液比1∶25，在70 ℃的恒溫水浴鍋內(nèi)水浴150 min，提取2 次，將2 次提取液混合，定容至100 mL，稀釋15 倍，測得的吸光度為0.67，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算求得此時的質(zhì)量濃度為96 μg/mL，根據(jù)得率的計算公式計算得出提取率為7.21%。

3 結(jié)論

運(yùn)用單因素試驗確定板栗種皮中多酚類化合物最佳提取溶劑的種類與體積分?jǐn)?shù)、料液比、提取溫度、提取時間。運(yùn)用正交分析試驗優(yōu)化板栗種皮中多酚類化合物提取的最佳條件。乙醇體積分?jǐn)?shù)35%，料液比1∶25，通過70 ℃的恒溫水浴鍋水浴150 min，提取率為7.21%。為板栗的生產(chǎn)和加工過程中提升板栗的附加值和板栗的綜合利用率提供了基礎(chǔ)研究。