菠萝皮渣中黄酮的提取及其稳定性研究

王兴华，杭瑜瑜，裴志胜，刘志燕（琼州学院理工学院，海南三亚572022）

菠萝皮渣中黄酮的提取及其稳定性研究

王兴华，杭瑜瑜*，裴志胜，刘志燕
（琼州学院理工学院，海南三亚572022）

摘要：以干菠萝皮渣为原料，采用超声波辅助提取菠萝皮中的总黄酮，通过响应曲面试验优化黄酮的提取条件，并对其稳定性进行研究。结果表明：料液比对提取率的影响最大，其次是乙醇浓度，再次是超声功率，影响最小的是超声时间，优化的提取工艺为：超声功率508W、料液比1∶54（g/mL）、超声时间25min、乙醇浓度41%，提取的黄酮化合物含量为27.109 3mg/g。菠萝皮中的黄酮类物质，对光、热比较稳定；pH对其有影响；常见金属离子Ca2+、Na+、K+、Zn2+对菠萝皮黄酮基本没有影响，而Al3+、Cu2+、Fe2+对其有影响。

关键词：菠萝皮；黄酮；提取；稳定性

菠萝是世界名果之一，具有良好的营养价值和保健功效。我国菠萝加工均以菠萝罐头为主，菠萝加工中产生的菠萝皮渣占总重量的50%～60%[1]。然而这些果皮渣多作为废物丢弃，在造成环境污染的同时又是对资源的极大浪费[2-3]。对菠萝皮渣的开发利用研究，目前主要有：酚类物质、多糖、果胶、色素、膳食纤维、菠萝蛋白酶、果醋、果酒、果冻等[4]。

研究表明菠萝皮中富含黄酮等抗氧化活性物质[2]。黄酮类化合物具有抗氧化[5]、清除自由基[6]、降血糖[7]、降血压[8]、抗肿瘤[9]、抑菌[10]等多种生物活性。从菠萝皮渣中提取黄酮类物质已有少量的报道，但仅仅是提取工艺的研究，且提取效率不高。本研究利用三亚丰富的菠萝皮渣废弃物，采用超声波辅助提取黄酮类化合物，并对其稳定性进行研究，为其在食品加工中的应用提供理论依据，同时提高了菠萝废弃物的利用率。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

1.1.1试验材料

菠萝皮渣：收集市场新鲜菠萝皮渣，处理后作为试验原料。

1.1.2试验试剂

无水乙醇、芦丁、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠、氯化钾、氯化钠、硫酸锌、硫酸铜、硫酸钙、硫酸铝、硫酸亚铁，均为分析纯。

1.1.3主要仪器和设备

UV-2550紫外可见分光光度计：日本岛津公司；TDL-80-2B离心机：金坛市盛蓝仪器制造有限公司；JU-6224调节型超声发生器：上海杰恩超声设备有限公司。

1.2试验方法

1.2.1菠萝皮黄酮类物质的提取工艺流程

菠萝皮渣→清洗→沸水热烫灭酶→60℃烘干→粉碎→过40目筛→超声波辅助提取→过滤→滤液离心→上清液→黄酮粗品

1.2.2黄酮含量的测定

本试验采用亚硝酸钠-硝酸铝分光光度法对提取液黄酮含量进行测定[11]，对照芦丁标准曲线，计算提取液黄酮化合物含量。

式中：C为从标准曲线中得到样品中黄酮类物质的质量浓度，mg/mL；V1为提取液总体积，mL；V2为测定取样体积，mL；V3为显色反应定容体积，mL；W为样品质量，g。

1.2.3超声辅助提取黄酮类物质的响应曲面试验设计

运用Box-Behnken试验设计，综合前期单因素试验结果，研究对黄酮提取影响较大的4个因素，超声功率、料液比、超声时间、乙醇浓度对菠萝皮渣中黄酮化合物提取效果的影响。试验因素及水平见表1。

表1 响应曲面试验的因素水平表Table 1　Factorsand levelsof response surfacem ethod

1.2.4菠萝皮黄酮类物质的稳定性研究

1.2.4.1pH对菠萝皮黄酮类物质稳定性的影响

在pH 1～12的缓冲液中分别加入1mL黄酮提取液，定容至50m L，放置24 h，测定其吸光度。

1.2.4.2光对菠萝皮黄酮类物质稳定性的影响

分别研究室外光照、室内光照和避光对黄酮类物质稳定性的影响。

1.2.4.3温度对菠萝皮黄酮类物质稳定性的影响

取7份黄酮提取液分别置于30、40、50、60、70、80、90℃水浴中，分别在15、45、60、90、120min后测定其吸光度。

1.2.4.4常见金属离子对菠萝皮黄酮类物质稳定性的影响

分别配制不同浓度的Cu2+、Na+、Zn2+、Ca2+、K+、Fe2+、 Al3+离子，添加黄酮提取液后于室温放置0、1、3、6、24 h后，测定其吸光度。

2　结果与分析

2.1响应面试验结果与分析

2.1.1响应面试验结果

利用软件Design Expert 8.0.6中的Box-Behnken模式对超声功率、超声时间和料液比设计响应面试验，依据表1中的因素与水平值，每个试验组均进行3组平行试验以减少误差，其试验结果见表2。

表2 响应曲面试验结果Table 2　Theexperimental results for response sur faceanalysis

利用软件Design Expert8.0.6软件对表2中的数据进行多元回归拟合分析，得到菠萝皮黄酮化合物含量的预测值（Y）对编码自变量超声功率（A）、料液比（B）、超声时间（C）和乙醇浓度（D）的二次多项回归方程模型：

对该回归模型进行方差分析，结果见表3。

表3　响应曲面试验结果的方差分析Table 3　Analysisof variance for theexperimental resultsof response surface design

对表3的数据分析可知：该回归模型极显著（P＜0.000 1），回归模型方程的决定系数R2=0.987 9，校正决定系数RAdj2=0.975 8，失拟项P=0.087 2＞0.05，不显著，说明该回归模型与试验数据的拟合度较高，试验误差小，模型方程可用于超声波辅助提取菠萝皮渣中黄酮类物质提取结果的分析和预测指导。

2.1.2响应面试验因素的交互作用分析

响应曲面三维图比较直观的反映出各因素间相互作用的强弱，响应曲面三维图在平面上的投影为等高线图，等高线的形状可以反映两因素间相互影响的强弱，等高线为椭圆形时，两因素的相互作用相对较强；等高线趋于圆形时，两因素的相互作用相对较弱[12]。

影响黄酮类物质含量的各因素间的交互作用见图1～图6。

由图1～图6可以直观的看出，超声时间和乙醇浓度相互作用最大，而料液比和时间的相互作用最小，与方差分析的结果相一致。

图1　超声功率和料液比对黄酮含量影响的响应面图Fig.1　Responsesur faceplotsofultrasonic output power and solidliquid ratio on the concentration of flavonoids

图2　超声功率和超声时间对黄酮含量影响的响应面图Fig.2　Response sur face p lots ofultrason ic output power and tim e on the concentration of flavonoids

图3　超声功率和乙醇浓度对黄酮含量影响的响应面图Fig.3　Response surfacep lotsof ultrasonic outputpower and alcohol concentration on the concentration of flavonoids

图4　料液比和超声时间对黄酮含量影响的响应面图Fig.4　Response sur face p lots of solid-liquid ratio and ultrasonic timeon the concentration of flavonoids

图5　料液比和乙醇浓度对黄酮含量影响的响应面图Fig.5　Responsesurface plotsofsolid-liquid ratio and alcohol concentration on the concentration of flavonoids

图6　超声时间和乙醇浓度对黄酮含量影响的响应面图Fig.6　Response surface p lotsof ultrasonic tim eand alcohol concentration on the concentration of flavonoids

2.1.3响应面法优化的工艺条件及其验证

根据响应面法试验结果及其回归方程模型分析可知，超声辅助提取菠萝皮渣黄酮类物质的优化工艺条件为：超声功率507.6W、料液比1∶54.4（g/mL）、超声时间25.2min、乙醇浓度41.4%，预测黄酮化合物含量为27.126 7mg/g。考虑到实际操作的便利，将优化的工艺条件修正为：超声功率508W、料液比1∶54（g/mL）、超声时间25min、乙醇浓度41%，在此条件下进行3次平行试验，黄酮化合物含量平均值为27.109 3mg/g，与理论预测值相比，相对误差为0.064%，表明经响应面法优化的提取工艺组合条件较为准确。

2.2菠萝皮黄酮类物质稳定性研究

2.2.1pH对菠萝皮黄酮类物质稳定性的影响

不同pH对菠萝皮黄酮类物质稳定性的影响见图7。

图7 pH对黄酮类物质稳定性的影响Fig.7　Effectof pH on the stability of flavonoids

由图7可知，pH介于2至3及11至12区间时，菠萝皮黄酮提取液吸光值降低，pH介于4至10之间时，菠萝皮黄酮提取液吸光值基本稳定，说明菠萝皮黄酮适宜在此pH区间使用，即菠萝皮中的黄酮类物质应避开强酸强碱中保存，在食品加工中避开强酸强碱的环境。

2.2.2光对菠萝皮黄酮类物质稳定性的影响

光照对菠萝皮黄酮类物质稳定性的影响见图8。

图8　光对黄酮类物质稳定性的影响Fig.8　Effect of lighting on the stability of flavonoids

由图8可知，光对菠萝皮黄酮类物质影响不大，短期内可以在自然光下保存。

2.2.3温度对菠萝皮黄酮类物质稳定性的影响

温度对菠萝皮黄酮类物质稳定性的影响见图9。

图9　温度对黄酮类物质稳定性的影响Fig.9　Effectofheating on thestability of flavonoids

由图9可知，在一定的温度范围内，加热对黄酮类物质基本没有影响，当温度高于60℃时，黄酮类物质的吸光值有所降低，但不明显，可见菠萝皮黄酮具有良好的热稳定性。

2.2.4常见金属离子对黄酮类物质稳定性的影响

金属离子对黄酮类物质稳定性的影响见图10。

图10　常见金属离子对黄酮类物质稳定性的影响Fig.10　Effectofmetal ionson thestability of flavonoids

由图10可知，Ca2+、Na+、K+、Zn2+对菠萝皮黄酮类物质基本没有影响，Al3+、Cu2+、Fe2+使黄酮类物质含量下降，可能是它们易于与黄酮类化合物中的酚羟基形成络合物[13]。因此，菠萝皮黄酮保存和食品加工中应避开Al3+、Cu2+、Fe2+。

3　结论

研究了超声辅助乙醇提取菠萝皮黄酮类物质，通过响应曲面试验最终确定的最佳提取工艺条件为：超声功率508W、料液比1∶54（g/mL）、超声时间25min、乙醇浓度41%，提取的菠萝皮黄酮化合物含量为27.1093mg/g，高于相关文献报道[14]。对菠萝皮黄酮的稳定性研究表

明：在pH介于4至10之间时比较稳定；其对光、热都比较稳定；常见金属离子Ca2+、Na+、K+、Zn2+对菠萝皮黄酮类物质基本没有影响，而Al3+、Cu2+、Fe2+对其有不良影响。

参考文献：

[1] 刘明绶.菠萝皮中色素、果胶的提取纯化及性质研究[D].厦门:集美大学,2010

[2]苑艳辉.菠萝皮综合利用的研究动态[J].热带农业科技,2005,28 (1):26-29

[3]Sanchaisuriya P,Thammabut B.Effect of pineapple waste in growing-finishing pigdiets[J].Khon Kaen Agriculture Journal,1994,22 (4):193-197

[4]张文华.菠萝皮黄酮类化合物的结构分析及其生理活性研究提取工艺的研究[D].湛江:广东海洋大学,2012

[5]李铭芳,李淑芳,汪小强,等.枸杞中总黄酮的分析方法及提取工艺研究[J].天津农业科学,2011,17(1):46-50

[6]Takuya Katsube,Naoto Imawaka,Yasuhiro Kawano.Antioxidant flavonolglycosides inmulberry(Morus alba L.)leaf isolated based on LDLantioxidantactivity[J].Food Chemistry,2006,97(1):25-31

[7]桂仲争,傅志强,刘金明,等.家蚕、桑叶粗提物降血糖的作用效果[J].蚕业科学,2006,32(1):63-66

[8]Wang B,Zhang X.Inhibitory effectsof Broccolini leaf flavonoidson human cancercells[J].Scanning,2012,34(1):1-5

[9]NAL-Waili,A AlGhamdi,MJAnsari,etal.Differencesin composition ofhoney samplesand their impacton theantimicrobialactivities against drug multiresistant bacteria and pathogenic fungi[J]. ArchivesofMedicalResearch,2013,44(4):307-316

[10]刘怜文,张幸涛,刘倩.超声波辅助提取菠萝皮中黄酮及其抑菌作用[J].食品与发酵科技,2014,50(1):56-59

[11]郑晓涛.菊芋叶总黄酮含量变化及其提取、纯化、抗氧化性研究[D].南京:南京农业大学,2012

[12]王梅英,陈慧斌,陈军.响应面法优化超声波辅助提取岩茶总黄酮工艺研究[J].食品工业科技,2011,32(12):327-330

[13]姜贵全.地榆中药用活性成分提取工艺及稳定性研究[D].哈尔滨:东北林业大学,2005

[14]王芳,高瑜珑,石建雯.菠萝皮黄酮的提取及其稳定性、抗氧化性研究[J].山西农业科学,2014,42(7):672-677,685

DO I：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.19.035

收稿日期：2015-04-08

基金项目：三亚市院地科技合作项目（2013YD11）

作者简介：王兴华（1969—），女（汉），实验师，本科，研究方向：食品质量与安全。

*通信作者

Research on the Extraction of Flavonoids from Pineapple Peels and its Stability

WANGXing-hua，HANGYu-yu*，PEIZhi-sheng，LIU Zhi-yan
（College ofScience and Engineering，Qiongzhou University，Sanya 572022，Hainan，China）

Abstract：Extraction of flavoniods from dry powder of pineapple peels by ultrasonic assisted method and its stability were studied.The extraction conditionswere optimized using response surfacemethod（RSM）.The results showed：solid-liquid ratio was themost important affecting factor，followed by ethanol concentration，followed by ultrasonic power，ultrasonic time had the weakest effect.The optimal extraction conditions were ultrasonic power of 508W，ultrasonic time of 25 min，solid-liquid ratio of 1∶54（g/m L）and the ethanol concentration of 41%.The concentration of flavonoidswas 27.109 3mg/g.The pineapple peel flavonoidswas stablewith lighting，heating，Ca2+，Na+，K+，Zn2+；astablewith pH，Al3+，Cu2+，Fe2+.

Keywords：pineapplepeel；flavonoids；extraction；stability