超聲法提取橘子皮單寧及其抗氧化研究

陳秋娟，謝微，胡月芳，梁冬梅，黃小英

(1.賀州學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，廣西 賀州 542899；2.賀州學(xué)院 食品科學(xué)與工程技術(shù)研究院，廣西 賀州 542899)

單寧是多酚中高度聚合的一種化合物，廣泛應(yīng)用于食品加工中，如食品輔色、調(diào)味、酒水的澄清等[1]。近年來，單寧因具有一定的抑菌[2]、抗癌[3]和解毒[4]等作用，被多次應(yīng)用到食品、果蔬加工、醫(yī)藥、水處理等領(lǐng)域[5]，具有十分廣闊的開發(fā)前景。

現(xiàn)今的單寧物質(zhì)大多數(shù)取于植物，植物中的單寧含量較高，容易提取，來源廣，所以很多學(xué)者都是優(yōu)先選擇在植物中提取單寧。如李玉巍等[6]從柿子皮中提取的單寧含量達(dá)到21.5%；劉濤等[7]從香蕉皮中提取的單寧提取率達(dá)到78.11%；章莉娟等[8]研究的核桃果皮單寧提取率達(dá)到20.36 mg/g。而目前用橘子皮提取單寧卻鮮有報(bào)道，相關(guān)研究也比較少。

橘子大多是被人們用作新鮮水果來直接食用，或?qū)ζ溥M(jìn)行加工，做成柑橘黃豆醬[9]、柑橘醋等[10-11]。橘子加工后，會(huì)剩下大量的橘子皮，部分會(huì)加工為陳皮[12]和柑橘皮發(fā)酵汁[13]，但大多數(shù)橘子皮被當(dāng)作果蔬廢棄物丟棄，這導(dǎo)致橘子皮資源遭到浪費(fèi)，無法得到充分利用，也對(duì)環(huán)境造成污染。但若能利用橘子皮提取單寧物質(zhì)，不僅原料豐富，還能廢物利用。

采用超聲法提取橘子皮中的單寧，探討其抗氧化性，以期為橘子皮的綜合利用提供一些理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器與設(shè)備

磷鉬酸：合肥巴斯夫生物科技有限公司；無水碳酸鈉：成都市科隆化學(xué)品有限公司；單寧酸：天津市永大化學(xué)試劑有限公司；磷酸、七水合硫酸亞鐵：廣東省化學(xué)試劑工程技術(shù)研究開發(fā)中心；抗壞血酸(Vc)：天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司；水楊酸：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；30%過氧化氫：廣州新建精細(xì)化工廠；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)：福州飛凈生物科技有限公司；鎢酸鈉：廣東光華科技股份有限公司；無水乙醇：成都市科龍化工試劑廠；以上試劑均為分析純。

722型可見分光光度計(jì) 上海光譜儀器有限公司；KQ5200DE型數(shù)據(jù)超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司。

橘子皮購(gòu)于當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)，手工剝?nèi)￠僮悠?，清洗干凈后，?0 ℃恒溫烘干后粉碎，過60目篩后，裝袋密封，備用。

1.2 單因素試驗(yàn)

1.2.1 乙醇濃度對(duì)橘子皮單寧提取率的影響

分別稱取2 g橘子皮粉，加入料液比為1∶20(g/mL)，體積濃度分別為30%、40%、50%、60%、70%的乙醇溶液，于功率100 W、溫度60 ℃下超聲40 min，平行測(cè)定3次濾液的吸光度，計(jì)算橘子皮中單寧的提取率，取平均值。

1.2.2 料液比對(duì)橘子皮單寧提取率的影響

分別稱取2 g橘子皮粉，加入料液比為1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30(g/mL)，體積濃度為50%的乙醇溶液，于功率100 W、溫度60 ℃下超聲40 min，平行測(cè)定3次濾液的吸光度，計(jì)算橘子皮中單寧的提取率，取平均值。

1.2.3 超聲時(shí)間對(duì)橘子皮單寧提取率的影響

分別稱取2 g橘子皮粉，加入1∶15(g/mL)且體積濃度為50%的乙醇溶液，于功率100 W、溫度60 ℃下分別超聲3，5，10，15，20 min，平行測(cè)定3次濾液的吸光度，計(jì)算橘子皮中單寧的提取率，取平均值。

1.2.4 超聲溫度對(duì)橘子皮單寧提取率的影響

分別稱取2 g橘子皮粉，加入1∶15(g/mL)且體積濃度為50%的乙醇溶液，于功率100 W、設(shè)溫度為40，50，60，70，80 ℃下超聲10 min，平行測(cè)定3次濾液的吸光度，計(jì)算橘子皮中單寧的提取率，取平均值。

1.3 正交試驗(yàn)

正交試驗(yàn)可以獲得大量的信息。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)L9(34)正交試驗(yàn)，因素及水平見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 The factors and levels of orthogonal test

1.4 橘子皮中單寧含量的測(cè)定

參照文獻(xiàn)[14]配制Folin-Donis試劑(F-D試劑)。參照文獻(xiàn)[15]繪制單寧工作標(biāo)準(zhǔn)曲線：A=90.2c-0.0331，R2=0.9996。橘子皮中單寧含量W的計(jì)算公式[16]：W(%)=(A×N×V)/m，式中：A為由標(biāo)準(zhǔn)曲線所得的濃度(mg/mL)；N為稀釋倍數(shù)；V為浸提液體積(mL)；m為橘子皮的質(zhì)量(g)。

1.5 抗氧化試驗(yàn)

參照文獻(xiàn)[17]分別進(jìn)行橘子皮單寧清除羥基自由基與DPPH自由基的能力測(cè)定，同時(shí)以Vc做對(duì)比試驗(yàn)，考察橘子皮單寧的抗氧化性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 乙醇濃度對(duì)橘子皮單寧提取率的影響

由圖1可知，乙醇濃度增大，橘子皮單寧的提取率增大，于50%時(shí)達(dá)到最大提取率18.89%。乙醇濃度高于50%后，橘子皮單寧提取率下降。原因是增大乙醇濃度后，乙醇含量過高導(dǎo)致醇解反應(yīng)，使得橘子皮中的醇溶性、脂溶性雜質(zhì)增加，導(dǎo)致橘子皮中單寧的含量下降[18]。因此，提取橘子皮單寧的最佳乙醇濃度為50%。

圖1 乙醇濃度對(duì)橘子皮單寧提取率的影響 Fig.1 Effect of ethanol concentration on the extraction yield of tannin from orange peel

2.1.2 料液比對(duì)橘子皮單寧提取率的影響

由圖2可知，料液比增大，單寧提取率提高，于1∶15(g/mL)達(dá)到最大提取率20.62%。料液比的增大可以增大單寧的溶出量。料液比大于1∶15(g/mL)后，橘子皮單寧提取率下降。原因是料液比雖可增大細(xì)胞內(nèi)外的質(zhì)量濃度差，利于單寧提取，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致超聲能量密度下降[19]，提取率降低。因此，提取橘子皮單寧的最佳料液比為1∶15(g/mL)。

圖2 料液比對(duì)橘子皮單寧提取率的影響Fig.2 Effect of solid-liquid ratio on the extraction yield of tannin from orange peel

2.1.3 超聲時(shí)間對(duì)橘子皮單寧提取率的影響

由圖3可知，超聲時(shí)間增長(zhǎng)，單寧提取率增大，于10 min達(dá)到最大提取率21.48%。超聲時(shí)間多于10 min后，單寧提取率下降。其原因可能是在10 min時(shí)，單寧基本被提取出來，繼續(xù)超聲會(huì)導(dǎo)致單寧被降解和氧化。因此，提取橘子皮單寧的最佳超聲時(shí)間為10 min。

圖3 超聲時(shí)間對(duì)橘子皮單寧提取率的影響Fig.3 Effect of ultrasonic time on the extraction yield of tannin from orange peel

2.1.4 超聲溫度對(duì)橘子皮單寧提取率的影響

由圖4可知，40～60 ℃溫度內(nèi)，提取率逐漸增大，一旦超過60 ℃，提取率下降。原因是溫度過高，導(dǎo)致單寧物質(zhì)失去活性[20]。由此可知，單寧提取率受超聲溫度的影響，60 ℃下單寧的最高提取率為19.20%。因此，提取橘子皮單寧的最佳超聲溫度為60 ℃。

圖4 超聲溫度對(duì)橘子皮單寧提取率的影響

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 The results of orthogonal experiment

由表2可知，影響橘子皮單寧提取率的主次因素為料液比(B)>超聲時(shí)間(C)>超聲溫度(D)>乙醇濃度(A)，優(yōu)組合為A2B1C3D2、A2B1C3D3。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

對(duì)A2B1C3D2和A2B1C3D3進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)重復(fù)3次，計(jì)算單寧得率，取其平均值，結(jié)果見表3。

表3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 The results of verification experiment

由表3可知，A2B1C3D2試驗(yàn)組合優(yōu)于A2B1C3D3試驗(yàn)組合。由此確定A2B1C3D2為橘子皮單寧的最佳提取工藝條件，即乙醇濃度50%、料液比1∶10 (g/mL)、超聲時(shí)間15 min、超聲溫度60 ℃。

2.4 抗氧化性試驗(yàn)

2.4.1 橘子皮單寧清除羥基自由基能力的測(cè)定

橘子皮單寧清除羥基自由基的能力的結(jié)果見圖5。

圖5 橘子皮單寧清除羥基自由基的效果 Fig.5 Effect of tannin from orange peel on scavenging hydroxyl radical

由圖5可知，隨著橘子皮單寧提取液體積增大，清除羥基自由基能力增強(qiáng)，最大清除率達(dá)73.37%，變化趨勢(shì)與Vc有著一定的相似性，說明橘子皮單寧提取液有一定的清除羥基自由基能力，且其變化呈現(xiàn)正相關(guān)，可作為新型抗氧化劑開發(fā)。

2.4.2 橘子皮單寧清除DPPH自由基的能力測(cè)定

DPPH法是測(cè)定抗氧化活性的一種常用方法，橘子皮單寧清除DPPH自由基能力的結(jié)果見圖6。

圖6 橘子皮單寧清除DPPH自由基的效果Fig.6 Effect of tannin from orange peel on scavenging DPPH radical

由圖6可知，隨著橘子皮單寧提取液體積的不斷增大，其對(duì)DPPH自由基的清除能力也在相應(yīng)地增強(qiáng)，最大清除率達(dá)到78.52%，這說明橘子皮單寧提取液對(duì)DPPH自由基有著一定的清除能力。

3 結(jié)論

本文采用超聲波法從橘子皮中提取單寧，試驗(yàn)以乙醇濃度、料液比、超聲時(shí)間和超聲溫度4個(gè)單因素對(duì)橘子皮單寧的提取率進(jìn)行考察，確定了乙醇50%、料液比1∶10(g/mL)、超聲時(shí)間15 min、超聲溫度60 ℃為提取橘子皮單寧的最佳工藝條件，此時(shí)橘子皮中單寧的提取率最高，達(dá)25.04%。進(jìn)行抗氧化性測(cè)試后，得到清除羥基自由基和DPPH自由基的得率，分別為73.37%和78.52%，表明橘子皮中單寧有著一定的抗氧化能力，可作為天然抗氧化劑的開發(fā)來源。