超声波法提取橡实壳多酚的工艺优化

朱文婷，吴士筠，杨文婷，涂 晶

（武汉工商学院环境与生物工程学院，湖北省武汉市430065）

超声波法提取橡实壳多酚的工艺优化

朱文婷，吴士筠＊，杨文婷，涂 晶

（武汉工商学院环境与生物工程学院，湖北省武汉市430065）

为充分提高橡实壳的利用价值，试验以废弃的橡实壳为原料，采用超声波法提取橡实壳中的多酚，并优化提取工艺。在单因素试验的基础上，以料液比、超声波功率、提取时间、物料粒径为因素，设计L9（34）的正交试验。结果表明：橡实壳多酚的最佳提取工艺为料液比1∶55、超声波功率320W、提取时间12min、物料粒径100目。在此条件下，橡实壳多酚的平均提取率为31．92%，相对标准偏差为0．03%。

橡实壳；多酚；超声波

橡实不仅营养丰富而且具有治疗出血以及解毒的药用功效［1］。我国橡实资源丰富，价格低廉［2］，橡实中橡实壳含有特有的生物活性物质，是提取多酚类物质的优良原料［3］。但很多企业在橡实生产中将未经利用而含有大量多酚类物质的橡实壳丢弃，对橡实资源造成严重的浪费［4－6］。目前，对多酚类物质的研究很多，但对橡实壳多酚类物质的研究却很少。因此，该领域极具研究价值和应用前景。超声波法是提取天然产物活性成分的一种有效方法和手段，具有提取时间短、节约溶剂、节省能源、产品含量高、不影响物质生物活性等优点。为充分利用橡实壳，减轻环境污染，提高橡实壳的经济价值，试验以废弃的橡实壳为原料，利用超声波法对橡实壳中多酚类物质的提取工艺进行研究，为橡实资源的开发和应用提供技术参数。

1材料与方法

1．1材料

橡实壳：产自内蒙的优级橡实，经剥壳、清洗、40℃干燥、粉碎过筛，避光干燥保存。

试剂：三氯化铁、铁氰化钾、盐酸、单宁酸（鞣酸）、丙酮均为分析纯。

仪器：722型可见分光光度计（上海光谱仪器有限公司制造），JYP2－2D超声波细胞粉碎机（宁波新芝生物科技股份有限公司），SHB－Ⅲ循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司），RE52CS旋转蒸发器（上海亚荣生化仪器厂），DG120型四两装中药材粉碎机（浙江省瑞安市春海药材器械厂）。

1．2标准曲线的绘制

称取0．010 0g单宁酸，溶解定容至100mL，得0．1mg／mL单宁酸标准液。分别移取单宁酸标准液0．00mL、0．20mL、0．40mL、0．60mL、0．80mL 和1．00mL于25mL容量瓶中，加0．5mL 0．1mol／L三氯化铁，0．5mL 0．008mol／L铁氰化钾和0．5mL 0．1mol／L盐酸，定容。在695nm处测定吸光度，以单宁酸标准液浓度为横坐标，吸光度值为纵坐标绘制标准曲线。

1．3橡实壳多酚粗提液的制备

准确称取橡实壳粉末1．00g，加60%丙酮超声波提取，提取液5 000r／min离心5min，上清液真空减压抽滤，旋转蒸发除丙酮，浓缩后定容至250mL。

1．4超声提取橡实壳多酚的单因素考察

1．4．1料液比 分别精密称取物料粒径为100目的橡实壳粉末1．000 0g 5份，按照1∶15、1∶25、1∶35、1∶45、1∶55的料液比加入60%丙酮溶剂，在超声波功率为320W，提取时间为18min的条件下，进行超声波提取试验。比较不同料液比对橡实壳多酚提取率的影响，选择最佳料液比。

1．4．2超声波功率 分别精密称取物料粒径为100目的橡实壳粉末1．000 0g 5份，按照经试验确定的料液比1∶45加入60%丙酮溶剂，在超声波功率分别为240W、280W、320W、360W、400W，提取时间为18min的条件下，进行超声波提取试验。比较不同超声波功率对橡实壳多酚提取率的影响，选择最佳超声波功率。

1．4．3提取时间 分别精密称取物料粒径为100目的橡实壳粉末1．000 0g 5份，按照料液比1∶45加入60%丙酮溶剂，在经试验确定的超声波功率为320W的条件下分别超声波处理6min、12min、18min、24min、30min，进行超声波提取试验。比较不同超声波提取时间对橡实壳多酚提取率的影响，选择最佳超声波提取时间。

1．4．4物料粒径 分别精密称取物料粒径为16目、50目、80目、100目、120目的橡实壳粉末1．000 0g 5份，按照料液比1∶45加入60%丙酮溶剂，在超声波功率为320W的条件下，按照经试验确定的超声波提取时间处理24min，进行超声波提取试验。比较不同物料粒径对橡实壳多酚提取率的影响，选择最佳物料粒径。

1．5超声提取橡实壳多酚的最佳工艺正交试验设计

在单因素试验的基础上，设计L9（34）的正交试验（表1），确定橡实壳多酚超声波法提取的最佳工艺条件。通过正交试验得出各因素的最佳组合水平，若在单因素试验中未出现该最佳组合则需进行验证试验。

表1 超声提取橡实壳多酚正交试验的因素及水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test on acorn shell polyphenol extracted by ultrasonic method

1．6橡实壳多酚含量的测定

精确移取0．2mL定容至250mL的多酚粗提液于25mL容量瓶中，加0．5mL 0．1mol／L三氯化铁，0．5mL 0．008mol／L铁氰化钾和0．5mL 0．1mol／L盐酸，定容。以空白试剂调零，在695nm处测定吸光度，计算橡实壳多酚粗提液中总多酚的浓度。

1．7数据处理

橡实壳多酚提取率的计算公式：

式中：C为粗提液中总多酚浓度（mg／mL），m为橡实壳粉末质量。

所有试验数据均为3次重复的平均值，并进行方差分析和显著性比较。

2结果与分析

2．1单宁酸标准曲线

由图1可知，单宁酸标准溶液浓度在0～0．002mg／mL其吸光度呈线性关系，在此范围内线性回归方程为A＝315．21C－0．006，回归系数R2＝0．998 9。

图1 单宁酸标准曲线Fig．1 The standard curve of tannic acid

2．2不同因素对橡实壳多酚提取率的影响

2．2．1料液比 由图2可知，随着浸提溶剂量的增大，橡实壳多酚提取率也随着增加，至料液比为1∶45时，橡实壳多酚提取率达到最大，为30．53%，继续增大料液比，橡实壳多酚提取率反而有所降低。这是因为当料液比达到一定值时，多酚的浸出达到最高，基本达到饱和状态，料液比继续增加反而降低了其提取率，故试验的最佳料液比宜在1∶45左右。

2．2．2超声波功率 随着超声波功率的增大，橡实壳多酚提取率也逐渐增大，至超声波功率为

320W时，橡实壳多酚提取率达到最大，为31．23%（图2），继续增大超声波功率，橡实壳多酚提取率反而逐渐下降。这是因为超声波功率增大，超声波所具有的机械效应、空化效应和热效应强化介质的扩散、传播、增大药物有效成分的溶解速度，加速了多酚类物质的浸出，但超声波功率超过一定值时，过大的超声波强度对多酚类物质的结构造成破坏，使其提取率逐渐降低，故试验最佳超声波功率宜在320W左右。

2．2．3提取时间 随着超声波提取时间的延长，橡实壳多酚提取率也缓慢增大，至超声波提取时间为24min时，橡实壳多酚提取率达到最大，为29．84%，继续延长超声波提取时间，橡实壳多酚提取率反而明显有所下降（图2）。这是由于提取时间受多酚物质在物料与溶剂间传质速度的影响，时间太短，超声波对细胞膜破碎的程度不完全，提取时间太长，多酚被空气或溶剂中的氧气逐渐氧化或超声波造成了多酚物质结构的破坏发生了降解，从而使多酚提取率降低，故试验最佳超声提取时间宜在24min左右。

图2 不同因素下橡实壳多酚的提取率Fig．2 Extraction rate of polyphenol from acorn shell under different material－liquid ratio，ultrasonic power，extraction time and particle size

2．2．4物料粒径 随着物料粒径的减小，橡实壳多酚提取率明显增大。粉碎至100目时，橡实壳多酚提取率为25．28%；粉碎至120目时，橡实壳多酚提取率为26．23%（图2）。说明，粉碎越充分，物料粒径越小，与溶剂直接接触面积越大，提取率越高；粉碎至120目时的提取率较粉碎至100目时略有增加，但增加效果不明显。综合考虑提取效果、实际操作的可控性以及经济成本等因素，试验最佳物料粒径宜在为100目左右。

2．3超声提取橡实壳多酚正交试验各处理的提取率

由表2可知超声提取橡实壳多酚正交试验各处理的多酚提取率，对其进行极差分析可知（表3）各因素对橡实壳多酚提取率的影响程度为物料粒径＞提取时间＞料液比＞超声波功率。对其进行方差分析表明，各因素对橡实壳中多酚类物质的提取均达到极显著水平。各因素的最佳水平组合为A3B3C1D3，即料液比为1∶55，超声波功率为360W，超声波提取时间为12min，物料粒径为100目。在单因素试验中未出现该最佳组合，故需验证试验。

表2 超声提取橡实壳多酚正交试验各处理的多酚提取率Table 2 Polyphenol extraction rate of orthogonal test on acorn shell polyphenol extracted by ultrasonic method

表3 超声提取橡实壳多酚正交试验各因素水平的均值与极差Table 3 Mean value and range of factors and levels of orthogonal test on acorn shell polyphenol extracted by ultrasonic method

按照正交试验中的最佳组合A3B2C1D3和正交试验各因素的最佳水平组合A3B3C1D3进行验证试验，得到橡实壳多酚平均提取率分别为31．92%和23．11%，相对标准偏差RSD分别为0．03%和0．02%，均小于5%，表明结果的精密度较高。故橡实壳多酚超声波提取的最佳工艺条件为料液比1∶ 55，超声波功率320W，超声波提取时间12min，物料粒径100目，提取率为31．92%。

3结论

试验采用超声波法从橡实壳中提取多酚类物质，其最佳提取工艺条件为料液比1∶55，超声波功率320W，提取时间12min，物料粒径100目，该条件下的橡实壳多酚提取率为31．92%，各因素对提取率的影响程度为物料粒径＞超声波提取时间＞料液比＞超声波功率。本研究将工业生产中弃而不用的橡实壳变废为宝，使橡实资源得到充分的利用，为能更好地利用橡实资源提供理论依据。

［1］马立然，黄 亮，李安平，等．超声波辅助双水相体系提取橡实仁多酚的研究［J］．食品工业科技，2012，33 （3）：191－194．

［2］黄建琴，徐弈鼎，王烨军，等．安徽省橡实资源及其开发利用［J］．安徽林业科技，2008（Z1）：27－28．

［3］Yu S，Zhang Y，Ge Y，et al．Effects of Ultrasound Processing on the Thermal and Retrogradation Properties of Nonwaxy Rice Starch［J］．Journal of Food Process Engineering，2013，36（36）：793－802．

［4］李安平，谢碧霞，沈 伟，等．橡实淀粉发酵生产酒精专用酵母菌株的筛选［J］．中南林业科技大学学报，12（8）：98－102．

［5］杨 静，蒋剑春，张 宁，等．橡实与木薯、玉米淀粉理化性质的对比研究［J］．安徽农业科学，2012，40（33）：16362－16365．

［6］Muoz A，Bonal R，Espelta J M．Acorn–weevil interactions in a mixed－oak forest：Outcomes for larval growth and plant recruitment［J］．Forest Ecology ＆Management，2014，322（3）：98－105．

（责任编辑：孙小岚）

Optimization of Extraction Technology of Acorn Shell Polyphenol by Ultrasonic Method

ZHU Wenting，WU Shijun＊，YANG Wenting，TU Jing
（College of Environmental and Biological Engineering，Wuhan Technology and Business University，Wuhan，Hubei 430065，China）

In order to fully enhance the use value of acorn shell，taking the waste of acorn shell as raw material，polyphenol in acorn shell polyphenol was extracted by ultrasonic method，and the extraction process was optimized．On the basis of single factor experiment，taking solid to liquid ratio，ultrasonic power，extraction time，particle size as factors，an L9（34）orthogonal experiment was conducted．Results：the optimized extraction conditions were as follows：material liquid ratio 1∶55，ultrasonic power 320W，extraction time 12min，and material particle size 100mesh．Under these conditions，the average extraction rate of acorn shell polyphenol reached 31．92%，and the relative standard deviation was 0．03%．

acorn shell；polyphenol；ultrasonic

Q503

A

1001－3601（2016）02－0088－0156－03

2015－08－06；2016－01－27修回

朱文婷（1983－），女，讲师，硕士，从事生物化学研究。E－mail：251558801＠qq．com

＊通讯作者：吴士筠（1950－），女，高级实验师，从事天然产物提取及其活性研究。E－mail：779642941＠qq．com