亚临界萃取黑花生衣原花青素工艺研究

2020-10-20 07:00田晓花葛鹏邵珍美

现代食品·下 2020年7期

田晓花　葛鹏　邵珍美

摘要：本文进行了亚临界萃取黑花生衣原花青素的的工艺研究，以四氟乙烷为萃取剂，黑花生衣为原料，研究了料液比、萃取温度、萃取时间、萃取次数和原料粒径对黑花生衣中原花青素提取率的影响。通过单因素实验和正交实验优化工艺条件，最佳工艺条件为：萃取温度50 ℃，萃取时间45 min，萃取次数3次，料液比1∶23。最佳工艺条件下，原花青素萃取率可达9.45 mg·g-1。

关键词：亚临界萃取;四氟乙烷;黑花生衣;原花青素

Abstract：Using black peanut skin as raw material and suberitical 1，1，1，2-tetrafluoroethane as extractant， the effects of ratio of material to liquid， extraction temperature， extraction time， extraction times and particle size of raw material on the Proantho Cyanidins extraction rate were investigated. Based on single factor experiment and orthogonal experiment， the suberitical extraction conditions were optimized. The results showed as follows ： extraction temperature 50℃， extraction time 45 min， extraction times 3 times ，ratio of material to liquid 1∶23 and particle size of raw material 60 meshes. The Proanthocyanidins extraction rate was 9.45 mg/g under the opti-mal extraction conditions.

Key words：Subcritical extraction; 1，1，1，2-tetrafluoroethane; Black peanut skin; Proantho cyanidins

中图分类号：TS224.4

花生衣作为花生生产的副产品，产量巨大[1]，除少量用于制药，其余用作动物饲料、燃料，综合利用价值和经济价值较低。黑花生也称富硒黑花生，作为具有推广前景的优良品种，具备高蛋白、高精氨酸、高硒、高钾含量的优良特性[2]。黑花生衣富含原花青素，原花青素具有抗氧化、抗肿瘤、抗菌、抗炎、降血压、降血脂、降血糖等多种功能[3-4]。亚临界萃取黑花生红衣原花青素有助于实现花生资源的合理利用，提升其经济价值，同时解决了花生红衣入口性差的问题，满足了消費者的保健需求。

目前，原花青素的提取方法主要包括有水提法、传统机溶剂浸提法、超声辅助提取法、微波辅助提取法、酶提取法等[5]，其中有机溶剂的大量使用容易破坏产品的安全性，微波辅助提取法会对分子结构产生一定破坏[6]。超临界CO2萃取法作为食品行业新型、清洁、高效的绿色提取分离方法，具有避免萃取物高温热变、保护生理活性等优点，基于CO2的非极性和分子量低的特点，该技术使用范围有限，对极性较强的化合物或大分子物质提取率不高，且设备昂贵[7-8]。

亚临界流体萃取技术近年已成功实现工业化生产，溶剂在亚临界状态下分子扩散、传质、溶解能力显著增强，整个萃取过程在室温或低温条件下进行，促使物料中的热敏性成分不被破坏，与超临界流体萃取技术相比，设备投资及运行成本显著降低[9-11]。目前，亚临界萃取技术已经广泛应用于挥发油、植物色素、多酚类物质、黄酮及花青素成分等多种有效成分的提取[8]。四氟乙烷的临界压力较低，对极性物质的溶解能力强，扩散系数和黏度系数均较小，具有良好的应用前景[12]。本文采用亚临界萃取技术利用四氟乙烷萃取黑花生衣原花青素，研究提取工艺条件，为功能性产品的开发提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

黑花生，市售，购于烟台;R134a，质量分数99%，Freon;原花青素对照品，合肥博美生物科技有限责任公司;香草醛，天津市永大化学试剂有限公司;无水乙醇，天津市科密欧化学试剂有限公司，甲醇，天津市康科德有限公司;浓盐酸，北京化工厂;化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

紫外-可见分光光度计，上海美谱达仪器有限公司;亚临界萃取设备，安阳晶森生物科技有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 黑花生衣原花青素提取流程[12-13]

黑花生→去壳→干燥→剥取花生衣→粉碎过筛→亚临界萃取

将黑花生去壳后，在干燥箱中干燥，分离黑花生衣，置于研磨设备内进行研磨，研磨过程中要防止温度过高造成有效成分的分解，粉碎后备用。称量一定量样品，装入筛绢袋内，置于亚临界萃取设备内，选择不同的萃取条件（粉碎粒度、料液比、萃取温度、萃取时间和萃取次数），提取黑花生衣中的原花青素，提取后加甲醇溶液定容至100 mL，稀释至一定倍数，备用。

1.3.2 原花青素含量的测定

标准曲线绘制：分别配制质量浓度为0.1、0.2、0.3、0.4 mg·mL-1和0.5 mg·mL-1的原花青素标准溶液，取

0.5 mL配制好的原花色素样液，加入3.0 mL4%香草醛甲醇液，混合后加入1.5 mL浓盐酸，立即混匀。在室温条件下显色15 min左右，在波长500 nm处测定吸光度，4%香草醛甲醇液做空白对照实验，避光操作，并以原花青素质量浓度为横坐标，吸光度值为纵坐标绘制标准曲线，标准曲线方程为y=1.943x+0.023 1，R?=0.993 7。

用香草醛-盐酸法[14]对黑花生衣原花青素含量进行测定，按照标准曲线拟合方程计算黑花生衣原花青素含量。

1.3.3 原花青素萃取率计算

根据测定得到的原花青素质量浓度按照以下公式计算原花青素萃取得率：

（1）

式（1）中，y-原花青素萃取得率，单位mg·g-1，

c-原花青素质量浓度，单位mg·mL-1，v-样液体积，单位mL;m-萃取原料质量，单位g。

1.3.4 单因素实验

称取一定量黑花生衣，以黑花生衣中原花青素的得率作为评价指标，分别研究原料粒径（20～40、40～60、60～80、80～100和>100目）、料液比（1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30）、萃取温度（20、30、40、50 ℃和60 ℃）、萃取时间（15、30、45、60 min和75 min）萃取次数（1、2、3、4次和5次）对黑花生衣原花青素提取率的影响。

1.3.5 正交实验

依据单因素实验所得结果，按照L9（34）正交表设计4因素3水平正交实验，确定亚临界萃取黑花生衣中原花青素的最佳工艺条件。

2 结果与分析

2.1 亚临界萃取黑花生衣原花青素单因素实验

2.1.1 料液比对黑花生衣中原花青素提取率的影响

将所得黑花生衣适当粉碎后过60目筛，准确称取100 g，置于亚临界萃取设备中，萃取温度选择为50 ℃，萃取时间选择为90 min，萃取次数选择为1次，料液比分别设定为1∶10、1∶15、1∶20、1∶25和1∶30，在不同条件下分别进行萃取，通过测定黑花生衣中原花青素的得率，研究料液比对萃取率的影响，测定结果如图1所示。

由图1可知，在料液比由1∶10增加到1∶30的过程中黑花生衣中原花青素的提取率不断增加，但当料液比达到1∶20后，原花青素提取率变化缓慢。可能是由于在料液比較小的情况下，物料与溶剂接触不充分，造成物料与溶剂的传质过程受阻，随着溶剂量的不断加大，改善了物料与溶剂接触性，使得原花青素的提取率有所增加，但是过高的料液比会影响脱溶时间的长短[15]。综合考虑，料液比控制在1∶20～1∶25。

2.1.2 萃取温度对原花青素提取率的影响

将所得黑花生衣适当粉碎后过60目筛，准确称取100 g，置于亚临界萃取设备中，料液比选择为1∶20，萃取时间选择为90 min，萃取次数选择为1次，萃取温度分别设定为20、30、40、50 ℃和60 ℃，在不同条件下进行萃取，研究萃取温度对原花青素萃取率的影响，结果如图2所示。

由图2可知，温度由20 ℃升高到60 ℃的过程中，前期随着温度的升高原花青素提取率不断增大，温度升高至50 ℃时原花青素提取率到达最高点，然后原花青素提取率呈现下降趋势。其原因可能是由于萃取温度升高导致溶质蒸汽压升高，增强了溶剂和原花青素之间的传质，从而使溶解度有所增加，导致原花青素的萃取率升高[12]。但随着温度的进一步提升，亚临界状态下四氟乙烷的密度减小，汽化程度增强，造成萃取罐中溶剂的实际体积减少，萃取能力下降，同时原花青素属于热敏性成分，过高的温度会导致原花青素分解[12]。

2.1.3 萃取时间对原花青素提取率的影响

将所得黑花生衣适当粉碎后过60目筛，准确称取100 g，置于亚临界萃取设备中，在萃取时间分别为，料液比选择为1∶20，萃取温度选择为50 ℃，萃取次数选择为1次，萃取时间分别设定15、30、45、60 min和75 min，在不同条件下进行萃取，研究萃取时间对原花青素萃取率的影响，结果如图3所示。

由图3可知，萃取时间由15 min延长到75 min的过程中，随着时间延长原花青素提取率不断增加，但是当萃取时间超过60 min时，萃取率变化缓慢，增幅较小。可能是由于初始阶段溶剂与物料接触不充分，造成传质过程缓慢[16]，随着萃取时间的不断延长，改善了溶剂与物料接触性，萃取率有所增强，后期随着物料中原花青素不断向溶剂中转移，传质过程趋于变缓，从而使萃取率趋于稳定。

2.1.4 萃取次数对原花青素提取率的影响，

将所得黑花生衣适当粉碎后过60目筛，准确称取100 g，置于亚临界萃取设备中，料液比选择为1∶20，萃取温度选择为50 ℃，萃取时间选择为30 min/次，萃取次数分别设定为1、2、3、4次和5次，在不同的条件下进行萃取，研究萃取次数对原花青素萃取率的影响，结果如图4所示。

由图4可知，整体而言，随着萃取次数的不断增加，原花青素提取率呈现出不断上升的趋势。在萃取次数为3次时，原花青素提取率达到8.99 mg·g-1，萃取次数为5次时，原花青素提取率为9.11 mg·g-1。萃取次数为3次之后，随萃取次数增加原花青素提取率增幅较小，萃取次数的增加不仅会延长脱溶时间，还增加溶剂消耗。综合考虑萃取率、脱溶时间、溶剂消耗多方面的因素，萃取次数选择2～3次为宜。

2.1.5 原料粒径对原花青素提取率的影响

将所得黑花生衣粉碎为不同粒度，称量100 g置于萃取罐中，料液比选择为1∶20，萃取温度选择为50 ℃，萃取时间选择为30 min，萃取次数选择为1次，原料粒径分别控制为20～40目、40～60目、60～80目、80～100目，在不同条件下进行萃取，研究萃取次数对原花青素萃取率的影响，结果如下图5所示。

由图5可知，随着原料粒径的不断增大，原花青素提取率呈现出先上升后下降的趋势，在原料粒径为60～80目时，原花青素提取率最高，为8.99 mg·g-1，究其原因，可能是随着黑花生衣粒径的不断减小，比表面积不断增大，加速了传质过程，使原花青素提取率有所升高，但随着原料粒径的进一步增大，过小的原料粒径易导致物料结块，阻滞传质过程，造成原花青素的提取率下降[15]。综合考虑，黑花生衣原料粒径适宜的选择范围在60～80目。

2.2 亚临界萃取原花青素正交实验

依据单因素实验结果，原料粒径确定为60目，选取料液比（A）、萃取温度（B）、萃取时间（C）、萃取次数（D）进行设计L9（34）正交实验。正交实验所涉及的因素与水平见表1，实验结果分析见表2。

由表1和表2可知，以上因素对黑花生衣原花青素萃取率的影响结果为：萃取温度>萃取时间>萃取次数>料液比，所确定的最佳工艺条件为：萃取温度为50 ℃，萃取时间为45 min，萃取次数为3次，料液比1∶23。

依据正交实验确定的最佳工艺条件，进行实验验证，在此条件下黑花生衣原花青素萃取率可达9.45 mg·g-1，

与预测值接近，表明正交实验模型拟合较好。

3 结论

通过正交实验极差分析，确定了亚临界条件下料液比、萃取温度、萃取时间、萃取次数对黑花生衣原花青素提取率的影响顺序：萃取温度>萃取时间>萃取次数>料液比，最佳工艺条件为：萃取温度50 ℃，萃取时间45 min，萃取次数3次，料液比1∶23，在此条件下，原花青素萃取率可达到9.45 mg·g-1。

参考文献：

[1]Yu J M，Ahmedna M，Goktepe I，et al.Peanut skin procyanidins： Composition and antioxidant activities as affected by processing[J].Journal of Food Composition & Analysis，2005，19（4）：364-371.

[2]黃秀泉.黑花生的特征特性及其高产栽培[J].江西农业科技，2003（5）：51-12.

[3]庞志申.花色苷研究概况[J].农业新技术，2000，18（5）：37-42.

[4]张慧文，张玉，马超美.原花青素的研究进展[J].食品科学，2015，36（5）：296-304.

[5]李超，王卫东.原花青素提取方法的研究进展[J].粮油加工，2009（9）：145-148.

[6]胡凯，杨晓晨，安东雨，等.亚临界流体1，1，1，2-四氟乙烷（R134a）萃取原花青素的工艺研究[J].北京化工大学学报（自然科学版），2013，40（4）：8-12.

[7]苗笑雨，谷大海，程志斌，等.超临界流体萃取技术及其在食品工业中的应用[J].食品研究与开发，2018，39（5）：209-218.

[8]杨志空，韩伟.亚临界萃取技术在天然产物提取中的应用[J].机电信息，2018（8）：42-46，58.

[9]万楚筠，黄凤洪，张明，等.亚临界流体萃取胡麻籽低温压榨饼中油脂[J].农业工程学报，2014，30（21）：324-331.

[10]祁鲲.亚临界溶剂生物萃取技术的发展及现状[J].粮食与食品工业，2012，19（5）：5-8.

[11]万楚筠，张明，黄凤洪，等.响应面优化亚临界萃取低温压榨菜籽饼中油脂的工艺及其品质评价[J].中国油料作物学报，2018，40（1）：146-153.

[12]胡凯，杨晓晨，安东雨，等.亚临界流体1，1，1，2-四氟乙烷（R134a）萃取原花青素的工艺研究[J].北京化工大学学报（自然科学版），2013，40（4）：8-12.

[13]陆文蔚，黄玥.黑花生衣中黄酮类物质的提取方法研究[J].食品研究与开发，2014，35（4）：44-48.