超声波辅助提取花生壳中黄酮的工艺研究

周巾英, 潘润天, 朱雪晶, 祝水兰, 刘光宪, 闵　华, 冯健雄,*

(1.江西省农业科学院农产品加工研究所,江西南昌 330020;2.江西农业大学食品学院,江西南昌 330045)

花生作为世界上主要油料作物之一,大部分用于榨油及加工成休闲食品,因此,每年在花生加工过程中产生的花生壳的量是非常大.而大部分的花生壳被人们当垃圾处理,有些直接扔掉,有些烧掉,非常浪费,也影响了花生的综合利用价值.研究表明,花生壳内含有丰富的营养成分,如粗纤维、黄酮类化合物、可溶性碳水化合物,矿物质以及部分的氨基酸[1-2],花生壳的利用价值正逐渐被人们发掘.

花生黄酮是一种天然抗氧化剂,具有较强的抗氧化性及清除自由基作用.花生黄酮还可降低胆固醇,改善血液循环,降低血糖血脂以及预防冠心病等[3-5].花生壳中含有一定量的黄酮,从花生壳中提取黄酮既可充分利用花生的各种资源,不造成浪费,提取出的黄酮类化合物可作为保健食品或药品的原料,达到了资源综合利用的目的.

目前花生壳黄酮的提取方法主要有溶剂-水提取法和超声波提取法.溶剂-水提取法主要是用甲醇、乙醇、乙酸乙酯等有机溶剂提取花生壳中的黄酮化合物,但此法提取温度较高,提取时间较长,黄酮的提取率较低[6].超声波提取法是利用超声波的振动空比等作用,使得组织中的细胞破裂,有利于溶剂渗透到细胞内部,使得细胞中的成分进入溶剂中,加速其相互渗透和溶解,从而提高黄酮类化合物在溶剂中的溶解度[7].超声波提取法具有操作简单,能耗低,可以缩短提取时间,提高有效成分的提取率,减少溶剂的使用量,提取成本降低等特点,因此,超声波技术广泛应用于植物中生物碱、苷类等其他生物活性物质的提取[8-10].虽然已有研究采用超声波辅助提取法提取花生壳中黄酮类化合物,但是这些工艺条件中的提取温度较高,花生壳中黄酮的提取率大部分较低[11].本研究采用超声波辅助法提取花生壳中黄酮,在单因素实验的基础上,对影响花生壳黄酮得率的提取时间、温度、功率以及料液比等因素进行探讨,同时采用正交试验拟得出其较佳提取工艺条件,旨在提高花生壳中黄酮的提取率及缩短提取时间,减少提取成本,为花生壳中黄酮的进一步开发利用提供技术支持.

1　材料与方法

1.1　材料与仪器

1.1.1原料与试剂

花生壳:江西省农科院农产品加工所提供.

挑选花生壳,清洗干净,低温干燥,粉碎,过60目筛子,得到所需的花生壳粉末以备用.芦丁标准品(生化试剂),Sigma公司;乙醇、甲醇、NaNO2、Al(NO3)3、NaOH均为分析试剂,天津大永化学试剂有限公司.

1.1.2仪器设备

KQ-100DE型数控超声波清洗器,江苏省昆山市超声仪器有限公司;LXJ-IIB型离心机,上海安亭科学仪器厂;TP-214型电子天平,北京赛多利斯仪器系统有限公司;XL-200A型多功能高速粉碎机,上海润实电器有限公司;B-260型恒温水浴锅、RE52CS-1型旋转蒸发器,上海亚荣生化仪器厂;电热恒温干燥箱,上海精宏实验设备有限公司;SHB-3型循环水多用真空泵,河南省郑州杜甫仪器厂;UV-3100PC型紫外-可见分光光度计,上海美普达有限公司;HY-5A型恒温震荡器,江苏省金坛市科学仪器厂.

1.2　实验方法

1.2.1芦丁标准曲线制作

准确称取经105℃烘干至恒重的芦丁标准品10 mg,置于100 mL的容量瓶中,用无水乙醇溶解,再定容到100 mL,摇匀,即得所需要的芦丁标准溶液.

取芦丁标准溶液0,1,2,3,4,5,6 mL分别置于25 mL容量瓶中,加水6 mL,加1 mL质量分数为5%的NaNO2,混匀,放置6 min后加入1 mL质量分数为10% 的Al(NO3)3,摇匀,放置6 min后加入10 mL质量分数为10%的NaOH,然后加水至刻度,摇匀即可,在波长为510 nm处测定其吸光度,以相应的试剂作空白.

1.2.2花生壳中黄酮的提取与测定

样品测定:取1 mL的样品浓缩液置于25 mL的容量瓶中,按照1.2.1方法测黄酮质量,并计算黄酮得率.

1.2.3单因素实验

以不同提取时间、温度、功率和不同料液比进行单因素实验,每次实验重复3次,结果取平均值.

1.2.4正交试验

在单因素实验基础上,选择乙醇溶液、料液比、提取温度、提取时间和提取功率等进行正交试验,每个因素取4个水平(见表1).

表1　正交试验因素水平表Tab.1　Factors and levels of orthogonal experimental design

1.2.5花生壳中黄酮得率计算

花生壳中黄酮得率的计算公式见式(1).

2　结果与分析

2.1　芦丁标准曲线的绘制

以吸光度值(A)为纵坐标,芦丁浓度(C)为横坐标绘制芦丁标准曲线,结果如图1.得到的线性回归方程见式(2).

图1　芦丁标准曲线Fig.1　Standard curves of rutin

2.2　不同料液比对花生壳中黄酮提取物的影响

按照1.2.2花生壳黄酮的提取及测定方法,在40℃和超声功率为100 W条件下恒温提取1 h,分析料液比对黄酮类化合物提取的影响,结果如图2.由图2可以看出,料液比(g/mL)在1∶10至1∶30时,随着浸提溶剂量的增加,花生壳中黄酮化合物的提取量也随之增加,这是由于当样品量一定时,增加溶剂量有利于原料中有效成分向浸提液中扩散,则黄酮的浸出率增加;当浸提溶剂增加到一定量时,原料中的有效成分大多已经溶解在浸提液中了,所以再增加浸提溶剂量,黄酮的浸出率也不再增加[12-13],因此,料液比(g/mL)在1∶30至1∶50时,黄酮的浸出率不再增加.综合考虑提取率和经济效益的影响,料液比(g/mL)选择1∶30为宜.

图2　料液比对花生壳中黄酮得率的影响Fig.2　Effects of sample liquid ratio on yields of flavanone from peanut shell

图3　提取温度对花生壳中黄酮得率的影响Fig.3　Effects of extraction temperature on yields of flavanone from peanut shell

2.3　提取温度对花生壳中黄酮提取物的影响

按照1.2.2花生壳黄酮的提取及测定方法,在料液比(g/mL)为1∶30和超声功率为100 W条件下,不同温度分别提取1 h,分析温度对黄酮类化合物提取的影响,结果见图3.由图3可知,在温度为25～35℃,随着温度的升高,黄酮类化合物的浸出率也逐渐增加.根据布朗运动,温度升高,组织内的分子运动也加剧,扩散和渗透速度也加快[12],花生壳中的黄酮类化合物也更快地扩散到溶剂中,所以黄酮类化合物的浸出量随着温度的升高也逐渐增加;但当温度超过35℃时,黄酮的浸出量反而下降,这是由于温度过高,浸提溶剂挥发严重,导致其提取效果下降[14].因此,提取温度选择35℃较佳.

2.4　提取时间比对花生壳中黄酮提取物的影响

按照1.2.2花生壳黄酮的提取及测定方法,在料液比(g/mL)为1∶30,提取温度为35℃和超声功率为100 W条件下,分析不同提取时间对黄酮类化合物提取的影响,结果见图4.由图4可知,随着提取时间的增加,黄酮类化合物的得率不断增加,当提取时间达到30～50 min时黄酮的得率最大,且相差不大.随着提取时间的增长,浸提溶剂挥发得越多,这就直接影响了其浸提效果,因此,提取时间选40 min为宜.

图4　提取时间对花生壳中黄酮得率的影响Fig.4　Effects of extraction time on yields of flavanone from peanut shell

2.5　提取功率对花生壳中黄酮提取物的影响

按照1.2.2花生壳黄酮的提取及测定方法,在料液比(g/mL)为1∶30,提取温度为35℃和提取时间为40 min条件下,分别在超声波功率为50,60,70,80,90,100 W进行花生壳中黄酮类化合物提取实验,计算黄酮的得率,结果见图5.由图5可知,随着超声功率的增大,花生壳中黄酮类化合物的得率也随之增大,并在70～100 W,黄酮类化合物的得率达到最大.超声功率越大,会加速花生壳中有效成分溶解在浸提液中,提取时间缩短,综合考虑黄酮的得率及生产能耗成本等因素,提取功率选择100 W为较佳.

2.6　正交试验结果

在单因素实验的基础上,选择料液比、提取温度、提取时间和提取功率4个因素,选择L16(44)正交表进行正交试验及极差分析,进一步优化花生壳中黄酮类化合物的提取工艺条件,结果见表2.由表2的极差R可知,影响花生壳中黄酮得率的因素顺序为:提取温度＞料液比=提取功率＞提取时间,优化的提取工艺条件为A3B1C3D4,即料液比(g/mL)为1∶30,提取温度为35℃,提取时间为40 min,提取功率为100 W.

图5　提取功率对花生壳中黄酮得率的影响Fig.5　Effects of ultrasound wave's power on yields of flavanone from peanut shell

表2　正交试验结果与分析Tab.2　Results and analysis of orthogonal test

2.7　实验验证结果

采用试验确定的优化条件进行花生壳中黄酮提取,黄酮的质量分数达3.458%,高于表2中所有试验组合的得率.

3　结 论

通过定性分析证明了花生壳提取液中含有黄酮类物质,并通过正交试验确定了花生壳中黄酮的优化提取工艺为料液比1∶30,提取温度35℃,提取时间40 min,提取功率100 W,得到花生壳中黄酮的质量分数为3.458%.此工艺重现性良好,花生壳中黄酮的得率较高,因此,此优化提取工艺能为花生壳资源的进一步开发利用提供理论依据.

参考文献：