香蕉皮类胡萝卜素提取工艺条件的研究

吴青莹，宋莹莹，邢思熙，韩　旭，魏子璇，王岁楼

(中国药科大学工学院，南京　211198)



香蕉皮类胡萝卜素提取工艺条件的研究

吴青莹，宋莹莹，邢思熙，韩旭，魏子璇，王岁楼

(中国药科大学工学院，南京211198)

摘要：为探究香蕉皮类胡萝卜素提取及综合利用的可能性，采用单因素试验与正交试验相结合的方法优化香蕉皮类胡萝卜素的提取工艺条件。结果表明：其最佳提取工艺条件为：以丙酮为提取溶剂、料液比1∶25、提取温度45℃、提取时间75min，在此工艺条件下可获得最佳提取效果，类胡萝卜素提取量平均值为12.541 mg/g。另用超声波辅助提取法，得到香蕉皮中类胡萝卜素提取量平均值为13.740mg/g，在提取时间仅为20min的情况下，比普通浸提法的提取量增加了9.56%，提取效率大大提高。

关键词：香蕉皮；类胡萝卜素；提取工艺

类胡萝卜素在自然界分布广泛，具有多种生物活性与功能，能预防夜盲症、抗氧化、防癌症、促进骨健康、预防骨质疏松症、预防心血管疾病等[1，2]。香蕉是世界上销量最大的水果，近年来全球每年产量超过 8 000 万t[3]，我国的香蕉产量也居世界前列。香蕉皮占香蕉全果重量35%～41%，一般都被丢弃，既污染环境，又浪费资源[4]。但据介绍，香蕉皮因为含有许多生物活性物质，目前已有从香蕉皮提取多糖、多酚、黄酮、单宁、果胶、有机酸、膳食纤维等的报道[5，6]，但还没有提取类胡萝卜素等功能性色素的报道。本文探索从香蕉皮提取类胡萝卜素及蕉皮素等功能性色素的可能性，并优化提取工艺，为香蕉皮综合利用提供参考。

1材料与方法

1.1试剂和仪器

1.1.1主要试剂主要试剂：柠檬酸，AR(南京化学试剂有限公司)抗坏血酸；AR(国药集团化学试剂有限公司)；无水乙醇，AR(上海泰坦科技股份有限公司)；丙酮，AR(南京化学试剂有限公司)；石油醚，AR(无锡市亚盛化工有限公司)；正己烷，AR(江苏强盛功能化学股份有限公司)；乙酸乙酯，AR(江苏强盛功能化学股份有限公司)。

1.1.2主要仪器 主要仪器：真空干燥箱，DZF-6050(上海博讯实业有限公司医疗设备厂)；500g摇摆式高速中药粉碎，DFY-500(温岭林大机械有限公司)；电子天平，DV215CD(OHAUS CORPORATION，USA)；全温振荡培养箱，HZQ-F160(江苏太仓市实验设备厂)；紫外可见分光光度计，TU-1810(北京普析通用仪器有限责任公司)；高速台式离心机，TGL-16G(上海安亭科学仪器厂)；超声波清洗器，KH-100B(昆山禾创超声仪器有限公司)。

1.2香蕉皮的预处理

试验用香蕉产自海南，购于南京市场。剥下的香蕉皮参考贾宝珠[7]等人的方法，清洗香蕉皮，并置于护色液(0.4%柠檬酸、0.1%抗坏血酸)中浸泡5min，50℃真空干燥箱中烘干，粉碎并过40目筛，得香蕉皮粉末。

1.3类胡萝卜素的提取

称取1g香蕉皮粉末，以一定料液比加入浸提溶剂，在一定温度下搅拌辅助提取一定时间后，4 000r/min条件下离心5min，取上清液即为粗提液。

1.4类胡萝卜素含量测定

在475nm下测粗提液的吸光度，根据标准曲线计算类胡萝卜素含量。

y=0.003 6x+0.001 2

(1)

(1)式中，y为吸光度A、x为浓度C(μg/mL)。

1.5单因素试验设计

1.5.1提取溶剂对香蕉皮中类胡萝卜素提取的影响 称取香蕉皮粉末1g，提取溶剂分别选择无水乙醇、石油醚、丙酮、乙酸乙酯、正己烷，温度为20℃，料液比为1∶20g/mL，时间为60min条件下浸提。

1.5.2温度对香蕉皮中类胡萝卜素提取的影响称取香蕉皮粉末1g，温度分别选择15、25、35、45、55℃五个水平，浸提溶剂为丙酮，料液比为1∶20g/mL，时间为60min条件下浸提。

1.5.3时间对香蕉皮中类胡萝卜素提取的影响称取香蕉皮粉末1g，时间分别选择45、60、75、90、105、120min五个水平，浸提溶剂为丙酮，温度为20℃，料液比为1∶20g/mL条件下浸提。

1.5.4料液比对香蕉皮中类胡萝卜素提取的影响称取香蕉皮粉末1g，料液比分别选择1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30g/mL五个水平，浸提溶剂为丙酮，温度为20℃，时间为60min条件下浸提。

1.6正交试验设计

根据单因素试验结果，采用L9(34)正交试验设计方法，对影响香蕉皮类胡萝卜素提取的主要因素(提取温度、提取时间、料液比)进行进一步优化研究，各因素及水平见表1。

表1　正交试验的因素及水平

1.7超声波辅助提取法

超声波辅助提取能在较短时间内达到高效提取的目的[8]，常用于中药材和各种动植物有效含量的提取。称取1g香蕉皮粉末，以1∶20的料液比加入溶剂丙酮，在室温下，超声波功率100W时，提取20min。

2结果与分析

2.1不同提取溶剂对香蕉皮类胡萝卜素提取的影响

由图1可知，提取溶剂对提取效果影响明显，其顺序为丙酮>正己烷>无水乙醇>乙酸乙酯>石油醚，即选择最佳提取溶剂为丙酮。类胡萝卜素是一类极端亲脂的化合物，几乎不溶于水，故用有机溶剂浸提。根据相似相溶原理，溶剂极性大小会对类胡萝卜素的提取产生影响。本研究表明香蕉皮中类胡萝卜素在丙酮中溶解性最好，说明香蕉皮中类胡萝卜素更易溶解于极性强的溶剂。

图1　不同提取溶剂对香蕉皮类胡萝卜素提取的影响

2.2不同提取温度对香蕉皮类胡萝卜素提取的影响

由图2可知，高温可加速浸提，但是过高的温度也会导致类胡萝卜素分解失活，综合考虑选择最佳提取温度为45℃。温度对提取效率影响较大，较高的温度可加快色素扩散速率，从而提高提取效率。但是温度过高，溶剂的选择性变差，会有大量非色素杂质溶解出来，同时高温也会破坏色素成分，所以温度条件的选择应在两个影响因素间取得平衡。

图2　不同提取温度对香蕉皮类胡萝卜素提取的影响

2.3不同提取时间对香蕉皮类胡萝卜素提取的影响

由图3可知，提取时间为40、60、75min时吸光值均较小且相差不大，超过90min吸光值呈下降趋势，因为提取时间过长可能会导致杂质的溶解和扩散速率增加，因此选择最佳提取时间为90min。提取时间即溶液中产物浓度与原料中浓度达到平衡所需的时间，实际应用中很难达到平衡终点，并且越接近平衡终点色素成分扩散越慢，杂质的溶解与扩散反而增加，所以提取时间不能过长。

图3　不同提取时间对香蕉皮类胡萝卜素提取的影响

2.4不同料液比对香蕉皮类胡萝卜素提取的影响

由图4可知，增加提取溶剂用量，香蕉皮类胡萝卜素含量呈先升后降再上升的变化趋势，当料液比为1∶20时吸光值最高，因此选择最佳料液比为1∶20。料液比越大，类胡萝卜素的提取量相对越大，但是所得提取液浓度小，不仅浪费溶剂，也给粗提液的后续处理增加难度。

图4　不同料液比对香蕉皮类胡萝卜素提取的影响

2.5正交试验结果

由表2可知，各因素的影响次序为：温度>料液比>时间。当以丙酮为提取溶剂时，香蕉皮类胡萝卜素的最佳提取工艺条件组合为A2B1C3，即提取温度45℃、提取时间75min、料液比1∶25。按此最优提取条件进行验证实验，得到香蕉皮中类胡萝卜素的平均提取量为12.541mg/g，高于正交试验任一组合的提取结果，因此选定该正交试验优化结果为最佳提取工艺条件。

表2　香蕉皮类胡萝卜素提取工艺的正交试验结果

2.6超声波辅助提取

按1.7所述方法进行试验，得到香蕉皮中类胡萝卜素的平均提取量为13.740mg/g。提取时间仅为20min，可见采用超声波辅助提取方法可以大大提高提取效率，值得进一步研究探索。

3结论

以丙酮为溶剂从香蕉皮提取类胡萝卜素是可行的，其最优提取工艺条件为：提取温度45℃、提取时间75min、料液比1∶25，在此条件下，香蕉皮类胡萝卜素提取量平均为12.541mg/g。同时初步尝试了超声波辅助提取法，获得类胡萝卜素提取量平均值为13.740mg/g，在提取时间仅为20min情况下，比普通浸提法的提取量增加了9.56%，提取效率显著提高，值得进一步研究探索。◇

参考文献

[1]李福枝，刘飞，曾晓希，等.天然类胡萝卜素的研究进展[J].食品工业科技，2007，9：227-232.

[2]孙玉敬，乔丽萍，钟烈洲，等.类胡萝卜素生物活性的研究进展[J].中国食品学报，2012，12(1)：160-166.

[3]陈石，周红玲，陈丽娜，等.香蕉副产品综合利用研究进展[J].福建农业科技，2012，2：80-82.

[4]赵广河，陈振林.香蕉皮活性成分及功能作用的研究进展[J].包装与食品机械，2013，31(2)：42-45.

[5]贾宝珠，鲍金勇，杨公明.香蕉皮中功能性成分的研究进展[J].食品研究与开发，2014，35(14)：128-134.

[6]顾生玖，等.香蕉皮利用现状与药理作用的研究进展[J].安徽农业科学，2008，36(20)：8771-8772.

[7]贾宝珠，鲍金勇，郑晓仪，等.香蕉皮原花色素提取工艺的研究[J].食品工业科技，2014，6：251-255.

[8]马少君.柑橘皮类胡萝卜素提取、活性分析和应用研究[D].武汉：华中农业大学，2012.

(责任编辑李燕妮)

基金项目：2015年国家大学生创新计划项目(项目编号：G15005)。

作者简介：吴青莹(1995—)，女，本科生，研究方向：食品质量与安全。

通讯作者：王岁楼(1961—)，男，博士，教授，从事食品科学与安全研究。

Research on Carotenoids Extraction Process from Banana Peel

WU Qing-ying，SONG Ying-ying，XING Si-xi，HAN Xu，WEI Zi-xuan，WANG Sui-lou

(Engineering college，China Pharmaceutical University，Nanjing 211198，China)

Abstract：To explore the possibility of extraction and comprehensive utilization of carotenoids from banana peel，the extraction conditions of banana peel carotenoids were optimized by single factor test and orthogonal test.The results showed that the optimum extraction conditions were the solvent acetone，the ratio of material to liquid 1∶25，the extraction temperature 45℃，and the extraction time 75min.The average extraction rate of carotenoids was 12.541mg/g under this condition，which was the best extraction method.In addition，the extraction rate was greatly improved by ultrasonic assisted extraction method，the average content of carotenoids from banana peel was 13.740 mg/g.

Keywords：banana peel；carotenoids；extraction process