秦岭山野板栗壳棕色素的提取工艺优化研究*

王转莉，赵春宝，张 定，徐雄雄

（西安文理学院 化学工程学院，陕西 西安 710065）

秦岭山野板栗壳棕色素的提取工艺优化研究*

王转莉，赵春宝，张 定，徐雄雄

（西安文理学院 化学工程学院，陕西 西安 710065）

本文采取乙醇浸提法，在单因素实验的基础上，利用正交分析法对各因素的相互作用进行实验，实验结果确定：秦岭山野板栗壳中天然棕色素提取最佳条件为：乙醇的体积分数为40%、提取时间为6h、提取温度为90℃、液料比为15∶1。板栗壳棕色素提取率达到为14.99%。

超双疏；涂层；尼龙织物；自清洁

板栗是山毛榉科栗属中的乔木或灌木的总称，约有7～9种。我国板栗总面积达到180万公顷，年产板栗195万t，占世界板栗总产量的84%[1]，而板栗壳是作为板栗生产过程中的废弃物，其数量也相当可观。板栗壳棕色素是一种从板栗壳中提取出的具有优良的天然抗氧化性和自由基清除性的黄酮类化合物[2，3]。该色素水溶性好，色价高，性质稳定，其水溶液对酵母菌、大肠杆菌、霉菌、枯草杆菌、青霉、痢疾杆菌等均有抑制和杀灭作用[5]，可以作为天然色素应用于饮料、糕点、酱油等食品行业，具有较高的开发价值和广阔的应用前景。

笔者通过查阅文献，发现目前对板栗壳棕色素的研究较热。但针对秦岭山野板栗壳棕色素的研究却寥寥无几。本文采取乙醇浸提法实验对秦岭山野板栗壳棕色素的提取工艺进行优化研究，旨在为我省板栗壳棕色素提取的前景提供研究价值。

1 实验部分

1.1 主要原料与仪器

95%乙醇（AR陕西西安秦岭深山区天然野生板栗）。

RE-52AA旋转蒸发器（科伟永兴仪器（北京）有限公司）；紫外可见分光光度计（普析通用仪器（北京）有限公司）；三用紫外分析仪（嘉鹏科技（上海）有限公司）。

1.2 原材料预处理

将板栗壳在水中浸泡搅拌3min后，捞出在日光下晾晒2d，置于60℃下真空干燥2h，然后粉碎、30目分样筛筛分后备用。

1.3 棕色素提取

称取上述处理好的板栗壳粉末于150mL圆底烧瓶中，加入一定量一定浓度的乙醇溶液，在一定温度下水浴加热回流，加热一段时间后，冷至室温，抽滤，将滤液旋蒸至固体，真空干燥，称量记录相关数据，计算出秦岭山野板栗壳中棕色素的提取率[5]。棕

1.4 棕色素分离纯化及最大吸收波长的确定

运用薄层色谱法选择出合适的洗脱剂，通过硅胶色谱柱和选择出的洗脱剂对秦岭山野板栗壳棕色素粗提取物进行分离纯化，通过紫外可见分光光度计对分离纯化后的秦岭山野板栗壳棕色素确定其主要成分。

2 结果与讨论

2.1 棕色素提取实验

2.1.1 棕色素提取单因素实验

2.1.1.1 乙醇的体积分数对棕色素提取率的影响称取3.00g处理过的粉末5份，分别配置30mL体积分数为30%、40%、50%、60%、70%的乙醇溶液于圆底烧瓶中，60℃下水浴加热回流2h。真空抽滤，滤液用旋转蒸发仪蒸干，之后对固体进行干燥处理，计算出板栗壳棕色素的提取率。图1为乙醇体积分数对板栗壳棕色素提取率的影响分析图。

图1 乙醇体积分数（%）对板栗壳棕色素提取率的影响Fig.1 Effect of volume fraction of ethanol on extraction rate of brown pigment in chestnut shell

从图1数据分析可知，在温度60℃，水浴加热回流2h，液料比10∶1条件下，当乙醇浓度为40%时棕色素提取率最高，达到6.74%。

2.1.1.2 温度对棕色素提取率的影响 称取3.00g处理过的粉末5份，加入30mL体积分数为40%的乙醇溶液于圆底烧瓶中，分别控制水浴温度为50、60、70、80、90℃，加热回流 2h，真空抽滤，滤液用旋转蒸发仪蒸干，之后进行干燥处理，计算出板栗壳棕色素的提取率。图2为水浴温度对板栗壳棕色素提取率的影响分析图。

图2 水浴温度（℃）对板栗壳棕色素提取率的影响Fig.2 Effect of temperature on brown pigment extraction rate of chestnut shell

从图2数据分析可知，在乙醇的体积分数为40%，水浴加热回流2h，液料比10∶1条件下，当水浴温度为80℃时棕色素提取率最高，达到9.97%。

2.1.1.3 提取时间对棕色素提取率的影响 称取3.00g处理过的粉末5份，加入30mL体积分数为40%乙醇溶液于圆底烧瓶中，分别控制水浴回流时间为2、3、4、5、6h，温度 80℃，真空抽滤，滤液用旋转蒸发仪蒸干，之后进行干燥处理，计算出板栗壳棕色素的提取率。图3为时间对板栗壳棕色素提取率的影响分析图。

图3 时间对板栗壳棕色素提取率的影响Fig.3 Effect of time on extraction rate of brown pigment from chestnut shell

从图3数据分析可知，在乙醇的体积分数为40%，加热温度80℃，液料比10∶1条件下，当加热时间为5h时棕色素提取率最高，达到11.06%。

2.1.1.4 物料比对棕色素提取率的影响 称取3.00g处理过的粉末5份，分别配制40%的乙醇溶液30、45、60、75、90mL于圆底烧瓶中，80℃下加热回流5h，真空抽滤，滤液用旋转蒸发仪蒸干，之后进行干燥处理，计算出板栗壳棕色素的提取率。图4为液料比对板栗壳棕色素提取率的影响分析图。

图4 液料比对板栗壳棕色素提取率的影响Fig.4 Effect of material-to-liquid ratio on extraction rate of brown pigment from chestnut shell

从图4数据分析可知，在乙醇体积分数为40%，加热温度为80℃，加热回流5h条件下，当液料比为15∶1时棕色素提取率最高，达到12.00%。

2.1.2 棕色素提取正交实验 对于秦岭山野板栗壳，在单因素实验里，通过对乙醇的体积分数（%）、提取水浴温度（℃）、提取时间（h）、液料比（mL·g-1）这 4种因素研究，选取出以下的范围乙醇体积分数（%）变化范围为40%～60%，提取的时间（h）变化范围为4～6h，提取的温度（℃）变化范围为70～90℃，液料比（mL·g-1）变化范围为 10∶1～20∶1，通过进行正交实验来选取出最合适的板栗壳棕色素的提取条件。

表1 各因素对板栗壳棕色素提取率影响正交实验表Tab.1 Orthogonal method table

表1可知，随着温度、时间、液料比的逐渐增大，板栗壳棕色素的提取率也逐渐增大。但随着乙醇的体积分数的增加，板栗壳棕色素的提取率却逐渐下降。故选择出优水平的条件为水浴锅设定温度为90℃、乙醇的体积分数40%、提取时间6h、液料比20∶1。其结果与表1中的第7组实验条件相似，通过实验得出在该条件下，棕色素提取率可达到15.12%。

2.2 棕色素分离与表征

取硅胶50.0g，在120℃的条件下活化2h，运用湿法装柱，干法上样，以乙醇-氯仿（8∶2体积比）溶液为洗脱液进行分离，利用薄层色谱进行监测。将洗脱液旋转蒸发，烘干，并配置一定浓度的棕色素溶液，测试紫外光谱图。图5为棕色素紫外光谱图。

图5 棕色素紫外光谱图Fig.5 UV spectrogram

从图5可以看出，分离后板栗壳色素有两个主要的吸收峰，分别为250～310nm和350～400nm，参考文献[6]可知，250～310nm的峰为A-环苯酰，350～400nm的峰为B-环肉桂酰，说明该棕色素主要为类黄酮化合物。

3 结论

本研究在单因素的基础上，通过正交实验中可以得出：棕色素最佳提取条件为提取时间6h、提取温度90℃、乙醇的体积分数40%、液料比20∶1。该条件下棕色素提取率为15.12%。

［1］ 曹均.2013全国板栗产业调查报告［R］.北京：国家林业局造林绿化管理司，2013：18-26.

［2］ 肖迪，孙瑾凯，许芳.板栗球苞壳棕色素提取及性能研究［J］.河南化工，2009，（4）:22-24.

［3］ 杨丽华，陈晓光.天然色素的资源开发和应用研究进展［J］.中国食物与营养，2010，32（6）：13-16.

［4］ 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，2017，35（2）:50-53.

［5］ 王转莉，方振华，尙雨洁，等.秦岭山核桃壳中天然棕色素的提取研究［J］.应用化工，2017，45（5）:891-892.

［6］ 唐浩国.黄酮类化合物研究［M］.北京：科学出版社，2001.95-100.

Study on extraction and optimization of the process brown pigment from qinling mountain's chestnut shell*

WANG Zhuan-li，ZHAO Chun-bao，ZHANG Ding，XU Xiong-xiong
（School of Chemical Engineering，Xi'an University，Xi'an 710065，China）

This article take the ethanol extraction，on the basis of single factor experiment，orthogonal analysis method to the experiment of the interaction of various factors，finally the result of the experiment to determine:qinling mountains chestnut shell natural brown pigment extraction in best condition is:the volume fraction of ethanol was 40%，extraction time was 6h，extraction temperature is 90℃，liquid ratio is 15∶1.Chestnut shell brown extraction rate reached 14.99%.

chestnut shell；brown pigment extract；separation

TQ047

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20171210

2017-10-17

西安文理学院校级“大学生创新创业训练计划”（201744）

王转莉（1969－），女，陕西蓝田人，西安文理学院高级实验师，硕士，从事实验教学工作。