超声波辅助提取柑橘皮橙皮苷研究

李雪谊，邹宁，李建凤，，*

（1.四川省高等学校“果类废弃物资源化”重点实验室，四川内江641100；2.内江师范学院化学化工学院，四川内江641100）

超声波辅助提取柑橘皮橙皮苷研究

李雪谊1，邹宁2，李建凤1，2，*

（1.四川省高等学校“果类废弃物资源化”重点实验室，四川内江641100；2.内江师范学院化学化工学院，四川内江641100）

以柑橘皮为原料，碱性复合磷酸盐水溶液为提取溶剂，采用超声波辅助提取柑橘皮中的橙皮苷。以橙皮苷提取率为考察指标，考察了液料比、提取温度、超声功率和提取时间对橙皮苷提取率的影响。通过正交试验得到了超声波辅助提取柑橘皮中橙皮苷的合理工艺：液料比为30 mL/g、提取温度为60℃、超声功率为240 W、超声处理时间为30 min。在此工艺下，橙皮苷提取率高、试验重现性好。

柑橘皮；超声波辅助提取；橙皮苷；正交设计

四川内江地区现有柑橘、柠檬等种植面积13万亩，其附近的安岳现有柑橘、柠檬等种植面积23万亩，总产值近18亿元。内江饮料制造企业每年产生柑橘类果皮渣数十万吨，而绝大部分橘类果皮渣直接被丢弃、填埋或小部分加工成饲料，既浪费资源又污染环境。作为废弃物的柑橘果皮的深加工，主要以提取香精油［1-2］、果胶［3-5］、多糖［6］、色素［7］、膳食纤维［8］等成分为主，在药用成分开发上尚有不足。橙皮苷［9］在柑橘果肉和果皮中的含量较高，橙皮苷具有维持血管正常渗透性，降低毛细管脆性及通透性的作用，可在临床上用于防治动脉硬化和心肌梗塞等心血管系统疾病，是开发利用价值极高的天然植物提取物。如果提取柑橘类果皮渣中橙皮苷，根据需要而加入到相关食品、药品、保健品、化妆品或将其开发成其他的化工产品，不仅可使废渣中的有效成分得到合理利用，实现其应有的经济价值，还可以缓解其给当地环境带来的巨大压力。

植物功能性成分种类繁多，常用的提取方法有水提醇沉法［10］、酸浸提法［11］、碱浸提法［12-14］等。但上述方法常常由于能耗大、所需浸提次数多、收率和纯度低等而得不到真正广泛应用。超声波辅助提取［15］具有操作时间短、受热均匀、目标组分得率高、安全可靠等优点。复合磷酸盐广泛应用于食品生产的各个领域，复合磷酸盐溶液作为溶剂，不引入其他杂质，所得提取物可以直接应用于食品生产。复合磷酸盐碱性溶液对植物有很好的破壁作用，本文采用复合磷酸盐碱性溶液为溶剂，利用超声波辅助提取柑橘皮中的橙皮苷，采用正交设计安排试验，确定其最佳提取工艺，以期为柑橘类果皮渣的橙皮苷的提取利用提供科学参考。

1试验部分

1.1仪器与材料

仪器：DFT-100 100 g手提式高速粉碎机：温岭市林大机械有限公司；CP2202S电子分析天平：赛特利斯（北京）有限公司；离心沉淀器：江苏省金坛市医疗仪器厂；KQ-400KDB高功率数控超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司；UV-mini-1240紫外可见分光光度计：岛津制作所；DHG-9070A电炉恒温鼓风干燥箱：上海申贤恒温设备厂；恒温水浴锅：江苏省金坛市环宇科学仪器厂。

试剂与原料：橙皮苷标准品，中国药品生物制品检定所；无水乙醇，成都金山化学试剂有限公司；去离子水，优普超纯水机；复合磷酸盐溶液（2%Na3PO4、0.9%Na2HPO4、0.3%焦磷酸钠和0.6%六偏磷酸钠组成）；橘子皮，产自四川内江。

1.2试验方法

1.2.1柑橘皮橙皮苷的提取

柑橘皮原料清洗后于60℃下烘干、粉碎、过筛，称取5 g 40目～60目粉末，按一定液料比加入复合磷酸盐溶液浸泡24 h，一定温度下、一定功率的超声波辅助提取一定的时间，趁热4层纱布过滤、浓缩，用2倍体积的无水乙醇沉淀除去多糖等杂质，离心、过滤，去离子水定容至100 mL得橙皮苷提取液。

1.2.2柑橘皮橙皮苷含量的测定

精密称取0.100 0 g橙皮苷标准品，用95%乙醇溶解并定容于100 mL容量瓶，取少量溶液在紫外分光光度计扫描，发现285 nm处出现吸收峰，因此选定在此波长下进行测定。分别移取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL标准品溶液于10 mL比色管并定容至刻度，在285 nm处测定吸光度。以橙皮苷浓度为纵坐标，吸光度为横坐标，得标准曲线（图1）：C（mg/mL）=0.160 08A+0.000 24，R2=0.999 2。

取提取液1 mL于10 mL比色管并定容至刻度，在285 nm处测定吸光度，以标准曲线方程计算得橙皮苷含量。提取率=（橙皮苷测得量/柑橘皮粉质量）×100%。

图1　橙皮苷标准曲线Fig.1The standard curve of hesperidin

2结果与讨论

2.1试验数据分析

在阅读相关文献和前期的初步试验的基础上，为节约试验时间，采用正交表安排试验。主要考察液料比、提取温度、超声功率、处理时间4个因素对橙皮苷提取率的影响，每个因素考察4个水平，选用L16（45）正交表安排试验，试验因素水平见表1，试验结果见表2。

表1　因素及水平Table 1Factors and levels

表2　正交试验安排及结果Table 2Orthogonal experimental design and results

将表2中数据进行极差分析，结果见表3。

表3　极差分析结果Table 3Results of range analysis

从表3可以发现，橙皮苷的提取率受到各因素交叉影响。各因素影响强弱顺序依次为A＞D＞B＞C，优组合为A4B2C4D3。液料比对橙皮苷提取率影响最为显著，其次是超声处理时间和提取温度，超声功率影响较小。液料比太小，橙皮苷扩散达到平衡时在植物细胞残留浓度大太，难以提取完全。液料比太大，则浪费溶剂，认为液料比选取30 mL/g是较合适的。超声处理时间太短，橙皮苷未完全扩散至溶剂。而时间太长，难以避免部分橙皮苷遭到破坏或吸附于残渣表面，造成实际得率反而有所减少，同时时间太长也会造成能源浪费，因此认为提取时间选取30 min是较合适的。温度越高，橙皮苷扩散速率越快，但是温度过高就会破坏橙皮苷、浪费能源，因此认为提取温度选取60℃是较合适的。超声波功率对橙皮苷提取率的影响最小，可能是橙皮苷对超声波比较敏感，在选取的功率范围内浸出速度都很快，因此功率对橙皮苷提取率影响不显著。从极差分析表中可以发现，超声波功率为400 W时的提取率均值仅比功率为240 W时的提取率均值高0.015%，综合提取率和能量耗损方面考虑，超声波功率选取240 W更为合理。

2.2数据模型分析

将各影响因素作为自变量，橙皮苷提取率作为因变量，用标准多项式回归方法，对试验数据进行拟合，可得到如下二次多项式模型：

其中：y是橙皮苷提取率，β0，βi，βii，βij是系数，xi，xj是自变量。该方程即为描述因变量（橙皮苷提取率）y与自变量（各影响因素）x的经验模型。对此方程进行分析，可以预测在不同提取条件下的橘皮橙皮苷提取率。可望为最佳提取条件的确定提供理论参考。

根据上述模型，利用统计学软件SPSS 13.0对试验结果进行回归分析，得橘皮橙皮苷提取率的二次拟合模型回归方程为：

其中：y为橙皮苷提取率，x1，x2，x3，x4分别为液料比、提取温度、超声功率和超声处理时间。该模型的复相关系数R为0.953，标准误差SD为0.325，说明该模型拟合程度良好。为减少变量个数，寻找更好的模型，采用SPSS 13.0软件中的逐步回归对变量进行了筛选，寻找最佳变量组合回归建模。综合考虑模型的复相关系数R、标准误差SD，发现当9个变量入选模型时，模型的复相关系数R接近最大值，标准误差SD达到最小值，9变量模型如下：

该模型的复相关系数R为0.951，略低于M1。但标准误差SD为0.136，明显优于M1。说明该模型的拟合程度良好，拟合误差小，并且模型的变量数由原来的14个减少到9个，大大降低的模型的复杂程度，可以利用此模型对橘皮橙皮苷提取率进行分析和预测。模型M2对各提取条件下橘皮橙皮苷的估计值（Cal）见表2。为便于观察，将模型值（Cal）与试验值（Exp）相关图绘于图2，误差（Err）分布绘于图3。

图2　模型值与试验值相关图Fig.2Plot of estimated values vs.experimental values

图2显示，所有的样本点基本处于45度的对角线附近，同样图3显示所有样本的误差都分布在零附近，并且都处于2倍SD以内。说明橙皮苷提取率的模型预测值与试验值十分接近，误差较小，此模型对橙皮苷提取率估计的准确性较高，可以利用该模型对橘皮橙皮苷提取进行分析并为试验提供参考。利用上述模型对2.1中初步确定的提取条件下的橙皮苷提取率进行了预测，结果为2.152%，接近表1中提取率最大值，说明正交试验分析得出的最佳提取条件是基本正确的。

图3　模型值残差分布图Fig.3Residuals scattered between the Exp.and Cal.of model

2.3最优条件的确定

通过试验数据的分析及模型的旁证，可以得出碱性复合磷酸盐预处理，超声波辅助提取橘皮中的橙皮苷的最合理提取工艺：液料比为30 mL/g、提取温度为60℃、超声功率为240 W、超声处理时间为30 min。为验证提取工艺是否正确，在此条件下平行试验3次，得到的橙皮苷提取率分别为2.32%、2.12%、2.18%，平均值为2.21%，试验值与模型预测值较为接近。试验重现性好，而且橙皮苷的收率高，说明正交试验得出的橙皮苷提取工艺是可取的。

3结论

本文对柑橘皮中橙皮苷进行了提取，通过正交试验得到了超声波辅助提取柑橘皮橙皮苷的合理工艺为液料比30 mL/g、提取温度60℃、超声功率240 W、超声处理时间30 min。在此工艺下，橙皮苷提取率高、试验重现性好。本文对于柑橘类果皮渣的资源化研究具有一定的参考价值。

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Ultrasound-assisted Extraction Hesperidin of Citrus Peel

LI Xue-yi1，ZOU Ning2，LI Jian-feng1，2，*
（1.Key Laboratory of Fruit Waste Treatment and Resource Recycling，Neijiang 641100，Sichuan，China；2.College of Chemistry and Chemical Engineering，Neijiang Normal University，Neijiang 641100，Sichuan，China）

With citrus peel as the raw material and alkaline compounds of phosphate solution as the extraction solvent，water-soluble pigment of citrus peel was extracted by using of ultrasound.Hesperidin relative yield was as the index，and the four factors of liquid-solid ratio，extraction temperature，ultrasonic power and extraction time were investigated.The optimum ultrasonic extraction conditions were obtained through orthogonal experiments：liquid-solid ratio was 30 mL/g，extraction temperature was 60℃，ultrasonic power was 240 W and extraction time was 30 min.With this process，the higher relative yields of citrus peel hesperidin could be obtained and the experiments with good reproducibility.

citrus peel；ultrasonic extraction；hesperidin；orthogonal design

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.15.014

2014-06-24

2013年内江师范学院重点项目（13ZA031）

李雪谊（1992—），女（汉），本科，应用化学专业。

李建凤（1982—），女（汉），实验师，主要从事天然产物分离分析等方面的研究。