板栗壳色素提取工艺研究

王慧

（天津市产品质量监督检测技术研究院，天津300384）

板栗（Castanea mollissima Blume）属山壳斗科植物，为落叶乔木。我国南北各地广泛栽培，产量居世界第一。板栗果肉的开发利用一直受到广泛的关注，但随之产生的板栗壳则基本上未得到有效的开发就被丢弃浪费掉。

目前从板栗壳中提取粗色素后只是进行一般的纯化处理，其活性成分没有进一步的精制和分离，这样就无法确认它们的分子结构。同时也没有对板栗壳色素活性成分的功能机理进行进一步的研究。存在的这两个问题对充分利用和推广板栗壳色素造成了障碍。因此，对板栗壳色素活性成分进行提纯及抗氧化的研究意义重大，它最终会直接影响到板栗壳色素产业化的进程。本课题研究的主要内容为影响板栗壳色素提取效果的单因素实验。板栗壳色素提取的最佳提取方案的确定。

1 材料与方法

1.1 材料

板栗来自于天津蓟县。

1.2 主要仪器和设备

HH数显恒温水浴锅：金坛市金城国胜实验仪器厂；RE-2000型旋转蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂；SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵：郑州长城科工贸有限公司；WFJ7200型可见分光光度计：尤尼柯（上海）仪器有限公司；LD5-2B型低速离心机：北京雷勃尔离心机有限公司；DGX-9243BC-1型电热恒温鼓风干燥箱：上海精宏实验设备有限公司；FD-1A-50冷冻干燥机：北京博医康实验仪器有限公司。

1.3 试剂

无水乙醇、1 mmol/L硫酸亚铁、3 mmol/L过氧化氢、1%铁氰化钾、0.1%氯化铁、10%三氯乙酸、3 mmol/L水杨酸、抗坏血酸（以上均为分析纯）。

0.2 mol/L磷酸缓冲液（pH6.6）：精密称取磷酸氢二钠7.1 g，用蒸馏水溶解后定容至100 mL配制成0.2 mol/L磷酸氢二钠溶液。精密称取磷酸二氢钠3.1g，用蒸馏水溶解后定容至100 mL配制成0.2 mol/L磷酸二氢钠溶液。取32.5 mL 0.2 mol/L磷酸氢二钠溶液和67.5 mL磷酸二氢钠溶液至100 mL的容量瓶中，摇匀，备用。

1.4 实验方法

1.4.1 板栗壳色素提取的工艺流程

1.4.1.1 色素的提取

取一定量经干燥、粉碎的板栗壳，加入一定溶剂，在适当的温度下，回流浸提色素，离心过滤，得到色素液，在380 nm[11]下用紫外分光光度计测其吸光度。

1.4.1.2 色素的提取率

称取5 g粉碎的板栗壳，在确定条件下浸提、浓缩、干燥得粉末状色素，计算得率Y

式中：m1为色素质量，g；m2为板栗壳质量，g。

1.4.2 单因素实验

1.4.2.1 乙醇浓度对板栗壳色素提取效果的影响

准确称取1.0 g已烘干粉碎的板栗壳，在乙醇浓度为20%、30%、40%、50%、60%、70%，料液比1∶30，提取温度为70℃，提取时间为2.5 h下浸提，离心过滤后，各取1 mL，稀释到20 mL，用分光光度计于380 nm下，测吸光度值，得出最佳结果

1.4.2.2 提取温度对板栗壳色素提取效果的影响

准确称取1.0 g已烘干粉碎的板栗壳，在温度为40、50、60、70、80、90 ℃，料液比 1∶30，乙醇浓度为 40%，提取时间为2.5 h下浸提，离心过滤后，各取1 mL，稀释到10 mL，用分光光度计于380 nm下，测吸光度值，得出最佳结果。

1.4.2.3 料液比对板栗壳色素提取效果的影响

准确称取1.0 g已烘干粉碎的板栗壳，在料液比为1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40（g/mL），乙醇浓度为40%，提取温度为80℃，提取时间为2 h下浸提，离心过滤后，各取1 mL，稀释到20 mL，用分光光度计于380 nm下，测吸光度值，得出最佳结果。

1.4.2.4 提取时间对板栗壳色素提取效果的影响

准确称取1.0 g已烘干粉碎的板栗壳，在提取时间为 1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 h，乙醇浓度为 40%，提取温度为80℃，料液比为1∶10下浸提，离心过滤后，各取1 mL，稀释到20 mL，用分光光度计于380 nm下，测吸光度值，得出最佳结果。

1.4.2.5 提取次数对板栗壳色素提取效果的影响

准确称取1.0 g已烘干粉碎的板栗壳，在乙醇浓度为40%，提取温度为80℃，料液比为1∶10，提取时间为 2.5 h 条件下进行浸提，提取次数为 1、2、3、4，离心过滤后，取浸提液1 mL，稀释到20 mL，用分光光度计于380 nm下，测吸光度值，得出最佳结果。

1.4.3 正交试验

对影响板栗壳色素提取效果的4个主要影响因素（乙醇浓度A、提取温度B、提取时间C、料液比D）进行研究。按表1所示的因素水平进行正交试验。

表1 正交因素水平表Table 1 The orthogonal levels table of factors

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 乙醇浓度对板栗壳色素提取效果的影响

乙醇浓度对板栗壳色素提取效果的影响如图1所示。

图1 乙醇浓度对板栗壳色素提取效果的影响Fig.1 Impact of ethanol concentration on the extraction effect of chestnut shell pigment

随着乙醇浓度的增大，板栗壳色素的提取量增加；当乙醇浓度达到40%左右时，板栗壳色素的提取量最大。但是乙醇浓度高于40%时，随着乙醇浓度的增大，色素物质的提取量显著减少。

2.1.2 提取温度对板栗壳色素提取效果的影响

提取温度对板栗壳色素含量提取效果的影响如图2所示。提取温度从40℃至80℃，随着提取温度的增加，色素的提取量亦增加；当提取时间达到80℃左右时，色素的提取量最大。但是提取温度超过80℃以后，随着提取温度升高，板栗壳色素的提取量反而下降。

2.1.3 料液比对板栗壳色素提取效果的影响

图2 提取温度对板栗壳色素提取效果的影响Fig.2 Impact of extraction temperature on the extraction effect of chestnut shell pigment

料液比对板栗壳色素含量提取效果的影响如图3所示。料液比在1∶10至1∶15时，随料液比的增加，黄酮的提取量显著增加；当料液比达到1∶15时，板栗壳色素的提取量最大。但是料液比超过1∶15时，随着提取液含量的增大，板栗壳色素的提取量有大幅度下降。

图3 料液比对黄酮提取效果的影响Fig.3 Impact of feed liquid ratio on the extraction effect of flavonoids

2.1.4 提取时间对板栗壳色素提取效果的影响

提取时间对板栗壳色素含量提取效果的影响如图4所示。

图4 提取时间对黄酮提取效果的影响Fig.4 Impact of extraction time on the extraction effect of flavonoids

提取时间从1 h～2.5 h，随着提取时间的增加，提取量亦持续增加；当提取时间达到2.5 h时，板栗壳色素的提取量最大。但是提取时间超过2.5 h后，随着提取时间增加，色素的提取量反而下降。在3.5 h时有所增加，但为考虑到提取效率，采用2.5 h。

2.1.5 提取次数对板栗壳色素提取效果的影响

提取次数对板栗壳色素含量提取效果的影响如图5所示。随着提取次数的增多，板栗壳色素的提取率迅速降低，综合考虑到提取效率和成本，提取次数以不超过3次较合算。

图5 提取次数对板栗壳色素提取的影响Fig.5 Figure Impact of the extraction times on the extraction effect of chestnut shell pigment

2.2 正交试验结果

正交试验结果见表2。

表2 正交试验结果Table 2 Results in orthogonal test

由表2分析可知：这4个因素对板栗壳色素的提取率影响的主次顺序为C＞B＞A＞D，即料液比＞温度＞乙醇浓度＞提取时间.最优水平为C1B3A2D2，即料液比1∶10（g/mL），提取温度 90℃，乙醇浓度 40%，提取时间为2.5h。因为最佳提取方案在正交表范围内，所以没必要做验证实验。

2.3 重复试验

根据正交试验所得的实验条件进行重复试验，准确称量10.0 g粉碎干燥的板栗壳，在乙醇浓度为40%，料液比1∶10，提取温度90℃，提取时间2.5 h，提取次数3次，回流浸提，将浸提液离心过滤后浓缩，再真空冷冻干燥。重复四次实验，计算提取率。结果见表3。

表3 重复试验结果Table 3 Results in repeated test

由表3可得，3次重复试验的提取率大体相同。

3 结论及研究展望

通过本实验研究，可以得到如下结论：

板栗壳色素的最佳提取工艺为料液比1∶10，提取温度90℃，乙醇浓度40%，提取时间为2.5 h。料液比对板栗壳色素的提取率的影响最大，其次是温度和浓度，提取时间对板栗壳色素的提取率的影响最小。

板栗壳棕色素是一种天然色素，具有抗氧化、抗衰老的功效，可广泛用作食品、日用化学品和药品等的着色剂，有着广阔的发展和应用前景。近年来，板栗壳色素的提取工艺逐渐成为研究热点，特别是超临界流体萃取、超声波提取、微波提取等新技术更多地用于提取板栗壳色素的研究。但是，对板栗壳色素成分的研究，以及色素的纯化有待于进一步研究，相信随着新技术、新工艺的不断发展，这些研究将会成为国内外的研究热点。

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