正交试验优选柑橘皮中槲皮素的提取工艺

张雪辉，唐　蕊，王　婷（邢台学院化学工程与生物技术学院，河北邢台054000）

正交试验优选柑橘皮中槲皮素的提取工艺

张雪辉，唐蕊，王婷
（邢台学院化学工程与生物技术学院，河北邢台054000）

摘要：采用水浴提取法优化柑橘皮中槲皮素提取的最佳条件，在单因素试验的基础上，采用正交试验优化提取工艺，确定了提取槲皮素的最佳条件：料液比1∶50（g/mL），乙醇浓度80%，水浴温度80℃，水浴时间3.5 h。在此条件下，柑橘皮中槲皮素的提取率为9.685%。

关键词：槲皮素；柑橘皮；水浴提取法；正交试验

槲皮素（Quercetin）是一种植源性黄酮类化合物，广泛存在于水果、蔬菜和谷物等植物中，在天然产物中以单体和苷的形式大量存在。充足水果和蔬菜的摄入可能降低患癌症的风险，槲皮素作为众多可能作用源之一受到关注和研究。已有关于其对结节病、哮喘、肥胖与糖尿病的葡萄糖吸收的安全性和有效性的初步研究，也有学者声称槲皮素可降低高血压患者的血压，及可降低肥胖者的低密度脂蛋白胆固醇的水平，可见槲皮素具有非常广泛的生理和药理活性。它在抗炎、抗氧化、抗过敏、抗菌、抗病毒、抗癌等方面的潜在疗效[1]，是近年来研究十分广泛的课题。柑橘是世界上产量最大的水果，柑橘皮作为柑橘的主要副产物，占柑橘总量的20%～40%。通常柑橘皮作为果皮被丢弃，而且对其中所含的槲皮素研究甚少，因而对柑橘皮中槲皮素的提取、研究具有十分重要的意义。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

柑橘皮：市售柑橘，取果皮自然晾干；槲皮素标准品：中国食品药品检定研究所、无水乙醇、Al（NO3）3、NaNO2、NaOH均为分析纯。

电热鼓风干燥箱、高速万能粉碎机、电子天平、数显恒温水浴锅、UV-5200型紫外/可见分光光度计：上海元析仪器有限公司。

1.2方法

1.2.1样品溶液的制备

柑橘皮→烘干→粉碎（过60目筛）→乙醇浸提→水浴→冷却→取上清液→样品溶液，备用[2-3]。

1.2.2提取条件的确定

鉴于料液比、水浴温度、乙醇浓度、水浴时间对柑橘皮中槲皮素含量的测定均有一定的影响，提取条件的研究主要考虑以下4个因素：料液比、乙醇浓度、水浴温度、水浴时间[4]。

1.2.3正交试验确定最佳提取条件

通过L9（34）正交试验确定最佳提取条件[5]，试验水平如表1所示。

1.2.4柑橘皮中槲皮素含量的测定

1.2.4.1槲皮素标准曲线的绘制

称取槲皮素标准品5.0 mg，加入30%的乙醇溶液至25 mL，配成200 μg/mL的标准品溶液备用。称取2.5 g NaNO2，定容至50 mL，配成5%NaNO2溶液。称取5 g Al（NO3）3，定容至50 mL，制成10%Al（NO3）3溶液。称取2 g NaOH，定容至50 mL，配制成4%NaOH溶液（均用蒸馏水定容）。

表1　正交试验因素水平表Table 1　The levels of orthogonal experiment

分别量取0、0.20、0.40、0.80、1.60、2.40、3.20、4.00 mL槲皮素标准品溶液置于50 mL的锥形瓶中。精确量取5%NaNO2溶液0.4mL，静置6.0min；加入10%Al（NO3）3溶液0.40 mL，静置6 min；再加入4%NaOH溶液2.0 mL，最后加入30%的乙醇溶液[6]，至溶液终体积为10 mL并摇匀，在375 nm处测定吸光值，并绘制标准曲线[7]。

1.2.4.2样品的处理

称取过筛后柑橘皮0.50 g，以一定料液比、一定浓度乙醇溶液溶解样品，用塑料薄膜将锥形瓶口封紧后，将其在一定温度的恒温水浴锅中水浴一定时间。待柑橘皮浸提液晾凉以后，用微量移液器移取0.8 mL上清液置于50 mL锥形瓶中，随后的处理方法与1.2.4.1相同，同时设置1组空白对照。

1.2.4.3样品液中槲皮素含量的测定

样品的处理方法同1.2.4.2所述，通过标准曲线计算样品液中槲皮素含量，由下式得出在不同处理条件下，柑橘皮中槲皮素得率（%，浸提所得槲皮素占柑橘皮粉总量的百分比）[8]。

2　结果与分析

2.1槲皮素标准曲线方程

以槲皮素标准品溶液的浓度为横坐标，以所测紫外吸光值OD为纵坐标，绘制标准曲线，如图1所示。

由Excel软件可得槲皮素标准曲线回归方程：y= 0.031 9x+0.001 4，R2=0.999 7。

2.2单因素对得率的影响

2.2.1料液比对得率的影响

以60%乙醇溶液为溶剂，采用1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70、1∶80、1∶90（g/mL）的料液比溶解样品，用塑料薄膜封紧瓶口后，置于50℃的恒温水浴锅中水浴2.0 h，研究不同料液比对槲皮素提取率的影响。通过计算得料液比对于槲皮素得率的影响，如下图2所示。

图1　槲皮素标准曲线Fig.1　Standard curve of Quercetin

图2　料液比对得率的影响Fig.2　Effect of material ratio and solvent on the extraction efficiency

由图2可知，随着料液比的增大，槲皮素得率逐渐升高；料液比为1∶40（g/mL）时，槲皮素得率最高为3.863%；当料液比逐渐升高时，槲皮素得率减小，料液比在1∶50（g/mL）至1∶80（g/mL）之间，槲皮素得率基本持平，到1∶90（g/mL）时，得率明显下降。可能是因为浸提液中杂质成分逐渐增多，对于浸提液中槲皮素的含量测定产生了一些影响，反而使得率减小。2.2.2水浴温度对得率的影响

称取样品0.50 g，以60%乙醇溶液为溶剂，1∶40（g/mL）的料液比溶解样品，用塑料薄膜封紧瓶口后，在30、40、50、60、70、80、90℃水浴条件下水浴2.0 h，研究不同料液比对槲皮素提取率的影响。通过计算得水浴温度对于槲皮素得率的影响，结果如下图3所示。

图3　水浴温度对得率的影响Fig.3　Effect of temperature on the extraction efficiency

随着水浴温度的逐渐升高，槲皮素得率逐渐升高；在70℃达到最高值3.565%；随着温度进一步升高，得率有所下降，但与60℃时的得率基本持平。

2.2.3乙醇浓度对得率的影响

称取样品0.50 g，采用30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%的乙醇溶液溶解样品，以1∶40（g/mL）为料液比，用塑料薄膜封紧瓶口后，置于50℃的恒温水浴锅中水浴2.0 h，研究乙醇浓度对槲皮素提取率的影响。计算得乙醇浓度对于槲皮素得率的影响，如下图4所示。

图4　乙醇浓度对得率的影响Fig.4　Effect of concentration on the extraction efficiency

由图4可知，随着乙醇浓度增大，槲皮素得率逐渐升高；当乙醇浓度为70%时，槲皮素得率最高为2.539%；随着乙醇浓度的增大，可能也是由于柑橘皮中其他物质的浸出，影响了样品中槲皮素的测定，使得槲皮素的得率反而下降。

2.2.4水浴时间对得率的影响

称取样品0.50 g，以60%乙醇溶液为溶剂，以1∶40（g/mL）的料液比溶解样品，用塑料薄膜封紧瓶口后，置于50℃的恒温水浴锅中分别水浴1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0h，研究水浴时间对槲皮素提取率的影响。计算得水浴时间对于槲皮素得率的影响，如图5所示。

图5　水浴时间对得率的影响Fig.5　Effect of time on the extraction efficiency

当水浴时间延长时，槲皮素得率逐渐升高；水浴时间为3.0 h时，槲皮素得率最高，达2.859%；水浴时间延长，可能是由时间过长，使得槲皮素不太稳定，从而使得得率反而降低。

2.3最佳提取工艺的确定

按设定试验水平进行L9（34）正交试验，结果如表2所示。影响柑橘皮中槲皮素提取率的因素主次顺序为：D＞A＞B＞C，即水浴时间＞料液比＞水浴温度＞乙醇浓度，其最优组合是A3B3C3D3。

经过验证试验，A3B3C3D3组合条件下槲皮素得率9.685%为最高，所以可验证A3B3C3D3为最优组合，即柑橘皮中槲皮素的最佳提取条件为：料液比1∶50（g/mL），水浴温度80℃，乙醇浓度80%，水浴时间3.5 h。

表2　正交试验表结果Table 2　The results of orthogonal experiment

3　结论

采用水浴提取法，以乙醇作为溶剂，通过对乙醇浓度、料液比、提取时间、提取温度进行单因素试验，确定了正交试验的各因素的3个水平，通过正交试验，确定了提取槲皮素的最佳条件为：料液比1∶50（g/mL），水浴温度80℃，乙醇浓度为80%，水浴时间3.5 h，此条件下提取率达到了9.685%。

目前各界对于槲皮素的药理和生理活性等的研究正在逐年升温，倘若能够在柑橘皮这种常见的生活垃圾中，提取出槲皮素，对于各界的后续研究将有重大意义。本试验方法较为简单、重复性好，若将其应用到实践中去，可使柑橘皮变废为宝，并且能节省大量的工业原料成本。因实际生产中还有许多实际问题，需对工艺条件进一步细化和优化，使槲皮素得率更高、工艺更简化，才能投入到生产中去。

参考文献：

[1]焦士蓉,黄承钰.柑橘属类黄酮生物活性的研究进展[J].西华大学学报,2008,27(1):32-35

[2]李智利.柑橘皮中黄酮的提取及含量分析[J].常州工程职业技术学院学报,2007,3(53):38-40

[3]吴杰,周本宏.槲皮素提取条件的优选[J].湖北中医学院院报, 2006,8(3):25-26

[4]徐旭耀,王汝娟,谢伟飞.柑橘皮中川陈皮素超声提取工艺及含量研究[J].食品工业科技,2012,33(9):301-308

[5] 周玉平,吴玉娣,张纪兴.地锦草槲皮素提取工艺研究[J].广东药学院学报,2008,24(1):28-29

[6] 陈育平.正交分析法筛选陈皮总黄酮的提取溶剂[J].大家健康, 2012,6(6):4-6

[7]扶教龙,何静,李良智,等.微波辅助法提取柑橘皮中黄酮工艺研究[J].食品工业,2011(11):7-9

[8] 程祖锌,何海华,陈团生,等.超声波辅助提取芹菜槲皮素工艺[J].亚热带农业研究,2011,7(1):46-48

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.18.030

收稿日期：2014-05-29

作者简介：张雪辉（1976—），男（汉），副教授，硕士，从事植物提取物和植物病害防治研究工作。

Optimization of the Extraction Technology of Quercetin from Citrus Peel by Orthogonal Experiment

ZHANG Xue-hui，TANG Rui，WANG Ting
（College of Chemical Engineering and Biotechnology，Xingtai University，Xingtai 054000，Hebei，China）

Abstract：Water bath extraction method was used to optimize the extraction conditions of quercetin from the citrus peel.Combining single factor test and Orthogonal experiment，the optimum extraction conditions were chosen as follows：solid（g）：liquid（mL）=1∶50，ethanol=80%，extracting temperature 80℃，extracting time 3.5 h.Under the optimize conditions，the extraction efficiency of quercetin was 9.685%.

Key words：quercetin；citrus peel；water bath extraction method；orthogonal experiment