正交实验优选板栗壳棕色素超声提取工艺及其抗氧化性研究

高 洁，王 勇，王 燕

(1.陕西国际商贸学院医药学院，陕西 咸阳 712046；2.陕西农产品加工技术研究院，陕西 西安 710000)

正交实验优选板栗壳棕色素超声提取工艺及其抗氧化性研究

高 洁1，王 勇2，王 燕1

(1.陕西国际商贸学院医药学院，陕西 咸阳 712046；2.陕西农产品加工技术研究院，陕西 西安 710000)

以棕色素提取率为考核指标，采用正交实验优化了板栗壳棕色素的超声提取工艺，并通过体外亚油酸抗氧化性实验及还原性实验研究了板栗壳棕色素的抗氧化性。结果表明：当乙醇体积分数为40%、固液比为1∶30(g∶mL)、提取温度为80 ℃、提取时间为70 min、提取次数为2次时，板栗壳棕色素提取率可达10.32%；当板栗壳棕色素浓度在1.8 mg·mL-1以上时，其还原能力与维生素C相当；所提取板栗壳棕色素具有较强的抗氧化性，且随着浓度的增大，抗氧化性逐渐增强。超声提取板栗壳棕色素具有省时、高效的优点。

板栗壳棕色素；超声提取；抗氧化性；正交实验

板栗(Castanea mollissima)，又称瑰栗、栗子、毛栗等，属山毛榉科(Fagaceae)植物[1]，在我国已有3000多年的种植历史。我国板栗栽培面积和产量均居世界前列。板栗壳为板栗的外果皮，又名栗毛壳、风栗壳，具有凉血热、消痰火的功效。板栗壳还富含天然色素物质[2-3]，具有良好的抗氧化、抑菌、着色、防腐等多重功效。板栗是我国的特产，长期以来板栗仁受到广泛关注，但板栗壳作为加工废弃物未得到有效开发与利用，大部分被用作燃料或被丢弃，造成资源的极大浪费[4-7]。

板栗壳棕色素是从废弃的板栗壳中提取的一种天然棕色素，其主要活性成分为黄酮类化合物，可用作着色剂、抗氧化剂等[8-10]。作者采用超声法提取板栗壳棕色素，并对提取条件进行优化，同时对板栗壳棕色素的抗氧化性进行研究，拟为板栗壳的综合利用提供参考。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

板栗，购于陕西省商洛市市场。

实验所用化学试剂均为分析纯。

粉碎机；可见分光光度计；电热恒温鼓风干燥箱；旋转蒸发器；超声乳化强化处理机，中国科学院声学研究所。

1.2 板栗壳棕色素的提取

板栗壳棕色素的提取工艺如下：干燥板栗壳→粉碎→超声波提取→抽滤→离心→萃取→浓缩→干燥→板栗壳棕色素粗提物。

取适量的板栗壳干粉置于容器并加入提取剂乙醇混匀，静置一定时间，置于超声乳化强化处理机中进行超声提取，抽滤，将滤液离心后再进行萃取，置于旋转蒸发器中浓缩至溶液呈黏稠状，干燥至恒重，即得板栗壳棕色素。

1.3 板栗壳棕色素提取率的测定

称取一定质量的板栗壳棕色素溶于40%乙醇溶液中，定容至50 mL，按一定倍比稀释后，测定280 nm处吸光度，以吸光度(A)为纵坐标、浓度(c，mg·mL-1)为横坐标绘制标准曲线，得线性回归方程：A=0.0743c-0.0015,R2=0.9999。依据方程，按下式计算提取率(Y)：

式中：c为线性回归方程计算出的色素浓度，mg·mL-1；V为提取液体积，mL；m为板栗壳干粉质量，g。

1.4 板栗壳棕色素的抗氧化性的测定

1.4.1 还原性实验

称取一定质量的板栗壳棕色素溶于水中，配制成浓度(mg·mL-1)分别为0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、1.8、2.1、2.4、2.7的板栗壳棕色素水溶液。

取不同浓度的板栗壳棕色素水溶液0.5mL，加入0.2mol·L-1pH值6.6的混合磷酸盐缓冲液和1%K3Fe(CN)6溶液，混合均匀，反应20min；自然冷却至室温，加入10%三氯乙酸溶液，离心；取上清液，加入蒸馏水和0.1%FeCl3溶液，混合均匀；测定700nm处吸光度[11]。吸光度越大，表明样品的还原能力越强，同时进行维生素C还原能力对照实验。

1.4.2 体外亚油酸抗氧化性实验

称取一定质量的板栗壳棕色素溶于40%乙醇溶液中，配制成浓度分别为0.1mg·mL-1、0.3mg·mL-1的板栗壳棕色素醇溶液。

在5mL2.5%亚油酸中分别加入不同浓度的板栗壳棕色素醇溶液，加入磷酸盐缓冲液和去离子水，混合均匀，40 ℃恒温放置，每隔24h测定500nm处吸光度。吸光度越小，表明样品的抗氧化性越强，同时进行2，6-二叔丁基对甲苯酚(BHT)抗氧化能力对照实验。

2 结果与讨论

2.1 乙醇体积分数的确定

取板栗壳干粉4.0g，分别溶于50.0mL体积分数为20%、30%、40%、50%、60%的乙醇溶液中，在70 ℃超声处理一定时间后，冷却，离心，取上清液，稀释一定倍数，测定280nm处吸光度(吸光度越大，表明提取率越高)，结果如图1所示。

图1 乙醇体积分数对提取率的影响

由图1可以看出，吸光度随乙醇体积分数的增大而增大，当乙醇体积分数为40%时，吸光度最大，此时的提取率最高；继续增大乙醇体积分数，吸光度反而略微减小。因此，选择40%乙醇溶液为提取剂超声提取板栗壳棕色素。

2.2 正交实验优选超声提取工艺参数

以提取次数(A)、提取温度(B)、提取时间(C)和固液比(D)为考察因素，以板栗壳棕色素提取率为考核指标，通过L16(45)正交实验优选板栗壳棕色素超声提取工艺。正交实验因素与水平见表1，结果与分析见表2，方差分析见表3。

表1L16(45)正交实验因素与水平

Tab.1 Factors and levels ofL16(45) orthogonal experiment

水平因素A．提取次数次B．提取温度℃C．提取时间minD．固液比g∶mL11 50301∶3022 60501∶4033 70701∶5044 80901∶60

表2L16(45)正交实验结果与分析

Tab.2 Results and analysis ofL16(45) orthogonal experiment

实验号ABCD空列提取率/%1111112．432122223．953133336．234144448．125212349．856221438．957224127．6882232110．569313425．4210324316．4511331247．8512342138．5613414236．4214423149．2315432418．2316441328．88k15．1836．0307．0277．0206．918k29．3057．1457．6477．1956．527k37．0707．5427．8607．8527．540k48．1909．0307．2137．6808．762R4．1223．0000．8330．8322．235

由表2、3可以看出，各因素对板栗壳棕色素提取率的影响大小依次为A>B>C>D，最优提取工艺为A2B4C3D3，即提取次数2次、提取温度80 ℃、提取时间70 min、固液比1∶50(g∶mL，下同)。其中，提取次数和提取温度对提取率的影响较大，随着提取次数的增加、提取温度的升高，提取率相应升高；提取时间对提取率影响不明显；固液比对提取率的影响也不显著，考虑到成本，选择固液比为1∶30。

表3方差分析

Tab.3Variance analysis

在乙醇体积分数为40%、固液比为1∶30、提取温度为80 ℃、提取时间为70 min、提取次数为2次的最优提取条件下进行多次验证实验，板栗壳棕色素平均提取率为10.32%。

2.3 抗氧化性评价

2.3.1 还原能力(图2)

图2 板栗壳棕色素还原能力的测定

由图2可以看出，板栗壳棕色素的还原能力随其浓度的增大逐渐增强；在浓度低于1.8 mg·mL-1时，板栗壳棕色素的还原能力低于维生素C；当浓度高于1.8 mg·mL-1后，板栗壳棕色素的还原能力显著增强，与维生素C相当。

2.3.2 抗氧化能力(图3)

由图3可以看出，40 ℃下，亚油酸的氧化作用非常明显，随着时间延长吸光度不断增大；当加入不同浓度的板栗壳棕色素溶液后，亚油酸的氧化作用明显受到抑制，随着浓度的增大，吸光度逐渐减小，抗氧化作用逐渐增强。

图3 板栗壳棕色素抗氧化能力的测定

3 结论

通过正交实验确定超声提取板栗壳棕色素的最优工艺条件如下：乙醇体积分数40%、固液比1∶30(g∶mL)、提取温度80 ℃、提取时间70 min、提取2次，此时提取率可高达10.32%。还原性实验和体外亚油酸抗氧化性实验表明，板栗壳棕色素的还原能力较强，在其浓度高于1.8 mg·mL-1时，还原能力与维生素C相当；板栗壳棕色素有较强的抗氧化性，且随着浓度的 增大其抗氧化性逐渐增强。

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Optimization on Ultrasonic Extraction Process of Brown Pigment from Chestnut Shells by Orthogonal Experiment and Its Antioxidant Activity

GAO Jie1,WANG Yong2,WANG Yan1

(1.CollegeofMedical,ShaanxiInstituteofInternationalTrade&Commerce,Xianyang712046,China; 2.ShaanxiResearchInstituteofAgriculturalProductsProcessingTechnology,Xi′an710000,China)

Usingextractionrateofbrownpigmentasanevaluationindex,theultrasonicextractionprocessofbrownpigmentfromchestnutshellswasoptimizedbyanorthogonalexperiment.Theantioxidantactivityofbrownpigmentfromchestnutshellswasstudiedbylinoleicacidantioxidantin vitroexperimentandreductionexperiment.Resultsindicatedthat,whenthevolumefractionofethanolwas40%,solid-liquidratiowas1∶30(g∶mL),extractiontemperaturewas80 ℃,extractiontimewas70min,extractiontimeswastwice,theextractionrateofbrownpigmentfromchestnutshellscouldreach10.32%.Whentheconcentrationofbrownpigmentfromchestnutshellswasabove1.8mg·mL-1,itsreductionabilitywasthesameasthatofvitaminC.Theextractedbrownpigmentfromchestnutshellshadastrongantioxidantactivity,anditsantioxidantactivityincreasedwiththeincreasingofconcentrationofbrownpigment.Ultrasonicextractionprocessofbrownpigmentfromchestnutshellsistimesavingandefficient.

brownpigmentfromchestnutshells;ultrasonicextraction;antioxidantactivity;orthogonalexperiment

陕西省教育厅科研计划项目(12JK1044)，陕西省咸阳市科技局科学技术研究项目(2015K04-20)

2016-09-28

高洁(1984-)，女，陕西咸阳人，讲师，研究方向：食用天然活性成分，E-mail：251536749@qq.com。

10.3969/j.issn.1672-5425.2017.02.012

TQ 028 TS 202.3

A

1672-5425(2017)02-0050-04

高洁，王勇，王燕.正交实验优选板栗壳棕色素超声提取工艺及其抗氧化性研究[J].化学与生物工程，2017，34(2)：50-53.