微波辅助提取花生壳总黄酮的工艺优化

2015-12-12 09:50樊牡丹
安徽化工 2015年4期
关键词:花生壳芦丁黄酮

樊牡丹,屈 攀,杨 凡

(陕西理工学院化学与环境科学学院,陕西汉中723000)

花生壳是花生加工后的副产物,大多作为废弃物或垃圾被焚烧,造成资源浪费。花生壳中富含黄酮类化合物,黄酮化合物在体内具有增强免疫功能、抗衰老、降血脂与胆固醇和抗炎症等药理作用。随着花生壳提取物在食品的抗氧化与抗菌活性方面的大量研究,得出其具有良好的抗氧化与抗菌活性,因此花生壳黄酮的提取具有重要的研究价值[1-3]。本研究以花生壳为原料,探讨微波提取花生壳总黄酮的工艺条件,旨在为花生壳的开发利用提供参考。

1 材料和方法

1.1 材料、试剂及仪器

花生(去仁,花生壳备用);芦丁标准品(纯度>99%):购于西安荣升有限公司;无水乙醇、氢氧化钠、硝酸铝等均为分析纯。

Cary50紫外可见分光光度计:北京普析通用仪器有限公司;GR-200电子天平:日本AND公司;SHB-3型循环水多用真空泵:郑州杜甫仪器厂;RE-52AA旋转蒸发器:上海亚荣生化仪器厂;FW177粉碎机:天津泰斯特仪器有限公司;WF-2000型微波细胞破碎仪:上海屹尧分析仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 提取花生黄酮的方法

将花生壳置于55℃恒温干燥箱烘至绝干后,用粉碎机粉碎,过40目筛。准确称取1.0 g花生壳粉末于50 mL烧杯中,按一定料液比加入一定体积分数乙醇,在一定功率下微波辅助提取一定时间,减压抽滤,用对应浓度乙醇定容至50mL容量瓶中备用。

1.2.2 标准曲线绘制

芦丁于120℃烘至恒重,于干燥器中冷却后准确称取芦丁样品0.0615g,用70%乙醇溶解,定容到250mL,摇匀,得浓度为 0.246mg/mL标准液。分别吸取 0、3、6、9、12、15mL于 50mL容量瓶中,加入 1.5mL5%NaNO2,摇匀静置6min后加入1.5mL 10%Al(NO3)3,摇匀,6min后加入4mL 4%NaOH,用70%乙醇定容10min后于510nm测吸光度A,得芦丁浓度(mg/mL)与吸光度回归方程:

由R2=0.9898,说明芦丁浓度在10~80μg/mL具有良好的线性关系。

1.2.3 花生壳总黄酮的测定

从1.2.1取1.0mL待测液于50mL容量瓶中,按照测定芦丁标准液吸光度的步骤测定吸光度A。花生壳总黄酮提取率按下列公式计算:

花生壳总黄酮提取率(%)

式中:C—根据回归方程计算得到的芦丁浓度,mg/mL;V1—提取液体积,mL;V2—稀释后提取液体积,mL;V3—待测液体积,mL;W—花生壳质量,g;T—花生壳总黄酮平均含量,%。

1.3 单因素实验和正交实验

选取乙醇体积分数、提取时间、料液比(g/mL)和温度进行单因素实验,在单因素实验的基础上进行正交设计实验,根据正交试验结果得出花生壳中总黄酮的最佳提取工艺条件。

2 单因素实验

2.1 乙醇体积分数对提取率的影响

在提取温度为70℃,微波功率为300W,料液比(g/mL)为1∶20,提取时间为2min的条件下,分别加入体积分数为50%、60%、70%、80%的乙醇溶液,研究不同体积分数的乙醇对花生壳中总黄酮提取率的影响,结果见表1。

由表1可知,花生壳总黄酮的提取率随着乙醇体积分数的增加先增大后减小,乙醇体积分数为70%时提取率达到最大,乙醇体积分数过小和过大都不利于提取。说明乙醇体积分数对提取率影响较显著,体积分数过小致使原料提取不完全,过大可能会产生很大的渗透压,影响黄酮类化合物的提取[4]。故乙醇体积分数控制在70%为宜。

2.2 提取温度对提取率的影响

在乙醇体积分数为70%,微波功率为300W,料液比(g/mL)为1∶20,提取时间为2min的条件下,选取提取温度分别为50℃、60℃、70℃、80℃,研究不同的提取温度对花生壳中总黄酮提取率的影响,结果见表2。

表2 提取温度对提取率的影响

由表2可知,随着提取温度的不断增大,提取率先增加后减小,提取温度在70℃时提取率达到最大。提取温度过高乙醇易挥发,还可能导致提取过程中黄酮成分发生变化,分子结构受到破坏,从而降低总黄酮得率。因此,选取提取温度70℃为宜。

2.3 微波时间对提取率的影响

在乙醇体积分数为70%,微波功率为300W,料液比(g/mL)为1∶20,提取温度为70℃的条件下,选取提取时间分别为1min、2min、3min、4min,研究不同的微波时间对花生壳总黄酮提取率的影响,结果见表3。

表3 微波时间对提取率的影响

由表3可知,随着微波时间的不断延长,花生壳中总黄酮的提取率先增大后减少,微波时间在2min时提取率达到最大。可能由于微波时间过长,黄酮中的有效成分被破坏,导致总黄酮的提取率下降。故选取微波时间2min为宜。

2.4 料液比对提取率的影响

在乙醇体积分数为70%,微波功率为300W,微波时间为2min,提取温度为70℃的条件下,选取料液比(g/mL)分别为 1∶10、1∶15、1∶20、1∶25,研究不同的料液比对花生壳总黄酮提取率的影响,结果见表4。

表4 料液比对提取率的影响

由表4可知,随着料液比不断加大,花生壳中总黄酮的提取率先增大后减小,当料液比(g/mL)为1∶15时,提取率达到最大。溶剂太少,原料不能充分溶解于乙醇中,溶剂量的加大增大了花生壳粉末与溶剂间接触面,利于提取。若加入过多的溶剂量会导致物料吸收的微波能减少,总黄酮溶出不充分。因而,选取料液比1∶15(g/mL)为佳。

3 正交实验设计

在单因素的基础上,选择乙醇体积分数(A)、微波时间(B)、提取温度(D)、料液比(C)为影响因素,提取率为观察指标,选择L16(45)进行正交设计实验及结果,见表5。

由表5可知,四个因素对花生壳黄酮提取率影响的主次顺序为:A(乙醇体积分数)>B(微波时间)>C(料液比)>D(提取温度),提取黄酮的最佳组合是A3B2C4D1,即乙醇体积分数70%、微波时间2min、料液比1∶25(g/mL)、提取温度50℃,在此条件下做3次平行试验,得其平均提取率为8.9436mg/mL。

由表6可知,偏差平方和可判断实验的稳定性,A、B、C三种因素的稳定性相对较差,F<F临界值(a=0.05),从而可知不显著,即因素的变化对黄酮的提取率影响较小,减小乙醇的体积分数和料液比,可有效地节约成本,减少时间,提高生产效率,同时降低提取温度,降低了能源消耗。

4 结论

通过单因素实验和正交设计实验,优化了微波辅助提取花生壳总黄酮的工艺条件,各因素对花生壳黄酮提取率的影响次序为:A(乙醇体积分数)>B(微波时间)>C(料液比)>D(提取温度),得最佳提取工艺条件为:微波时间2min、乙醇体积分数70%、提取温度50℃、料液比1∶25(g/mL),在此工艺条件下,花生壳中总黄酮的提取率达8.9436mg/mL。

本实验操作简单,提取率相对较高,废弃物对环境无污染,是一个较好的对花生壳的加工利用方法。

表5 正交设计实验及结果

表6 方差分析

[1]王洪燕,全康,蒋燕灵,等.木犀草素抗肿瘤细胞增殖及增敏抗肿瘤药物作用研究[J].浙江大学学报,2010,39(1):31-32.

[2]叶向库,刘雪霏.不同溶剂花生壳提取物抗氧化性的初步研究[J].农产品加工,2012(12):42-43.

[3]丁梦影,段晓辉,秦燕,等.花生壳提取液抗小鼠衰老作用的研究[J].医学理论与实践,2011,240(15):1753-1754.

[4]范金波,周素珍,郑立红,等.微波辅助提取花生壳总黄酮工艺参数的优化[J].中国食品学报,2013,13(11):56-57.□

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