花生作为世界上主要油料作物之一,大部分用于榨油及加工成休闲食品,因此,每年在花生加工过程中产生的花生壳的量是非常大.而大部分的花生壳被人们当垃圾处理,有些直接扔掉,有些烧掉,非常浪费,也影响了花生的综合利用价值.研究表明,花生壳内含有丰富的营养成分,如粗纤维、黄酮类化合物、可溶性碳水化合物,矿物质以及部分的氨基酸[1-2],花生壳的利用价值正逐渐被人们发掘.

花生黄酮是一种天然抗氧化剂,具有较强的抗氧化性及清除自由基作用.花生黄酮还可降低胆固醇,改善血液循环,降低血糖血脂以及预防冠心病等[3-5].花生壳中含有一定量的黄酮,从花生壳中提取黄酮既可充分利用花生的各种资源,不造成浪费,提取出的黄酮类化合物可作为保健食品或药品的原料,达到了资源综合利用的目的.

目前花生壳黄酮的提取方法主要有溶剂-水提取法和超声波提取法.溶剂-水提取法主要是用甲醇、乙醇、乙酸乙酯等有机溶剂提取花生壳中的黄酮化合物,但此法提取温度较高,提取时间较长,黄酮的提取率较低[6].超声波提取法是利用超声波的振动空比等作用,使得组织中的细胞破裂,有利于溶剂渗透到细胞内部,使得细胞中的成分进入溶剂中,加速其相互渗透和溶解,从而提高黄酮类化合物在溶剂中的溶解度[7].超声波提取法具有操作简单,能耗低,可以缩短提取时间,提高有效成分的提取率,减少溶剂的使用量,提取成本降低等特点,因此,超声波技术广泛应用于植物中生物碱、苷类等其他生物活性物质的提取[8-10].虽然已有研究采用超声波辅助提取法提取花生壳中黄酮类化合物,但是这些工艺条件中的提取温度较高,花生壳中黄酮的提取率大部分较低[11].本研究采用超声波辅助法提取花生壳中黄酮,在单因素实验的基础上,对影响花生壳黄酮得率的提取时间、温度、功率以及料液比等因素进行探讨,同时采用正交试验拟得出其较佳提取工艺条件,旨在提高花生壳中黄酮的提取率及缩短提取时间,减少提取成本,为花生壳中黄酮的进一步开发利用提供技术支持.

1　材料与方法

1.1　材料与仪器

1.1.1　原料与试剂

花生壳:江西省农科院农产品加工所提供.

挑选花生壳,清洗干净,低温干燥,粉碎,过60目筛子,得到所需的花生壳粉末以备用.芦丁标准品(生化试剂),Sigma公司;乙醇、甲醇、NaNO2、Al(NO3)3、NaOH均为分析试剂,天津大永化学试剂有限公司.

1.1.2　仪器设备

KQ-100DE型数控超声波清洗器,江苏省昆山市超声仪器有限公司;LXJ-IIB型离心机,上海安亭科学仪器厂;TP-214型电子天平,北京赛多利斯仪器系统有限公司;XL-200A型多功能高速粉碎机,上海润实电器有限公司;B-260型恒温水浴锅、RE52CS-1型旋转蒸发器,上海亚荣生化仪器厂;电热恒温干燥箱,上海精宏实验设备有限公司;SHB-3型循环水多用真空泵,河南省郑州杜甫仪器厂;UV-3100PC型紫外-可见分光光度计,上海美普达有限公司;HY-5A型恒温震荡器,江苏省金坛市科学仪器厂.

1.2　实验方法

1.2.1　芦丁标准曲线制作

准确称取经105℃烘干至恒重的芦丁标准品10 mg,置于100 mL的容量瓶中,用无水乙醇溶解,再定容到100 mL,摇匀,即得所需要的芦丁标准溶液.

取芦丁标准溶液0,1,2,3,4,5,6 mL分别置于25 mL容量瓶中,加水6 mL,加1 mL质量分数为5%的NaNO2,混匀,放置6 min后加入1 mL质量分数为10% 的Al(NO3)3,摇匀,放置6 min后加入10 mL质量分数为10%的NaOH,然后加水至刻度,摇匀即可,在波长为510 nm处测定其吸光度,以相应的试剂作空白.

1.2.2　花生壳中黄酮的提取与测定

准确称取10.0 g花生壳粉至磨口锥形瓶中,按照要求加入一定量的乙醇溶剂,在一定温度下超声一定时间后过滤,然后用旋转蒸发仪回收溶剂,即获得花生壳黄酮的浓缩液,密封保存.

样品测定:取1 mL的样品浓缩液置于25 mL的容量瓶中,按照1.2.1方法测黄酮质量,并计算黄酮得率.

1.2.3　单因素实验

以不同提取时间、温度、功率和不同料液比进行单因素实验,每次实验重复3次,结果取平均值.

1.2.4　正交试验

在单因素实验基础上,选择乙醇溶液、料液比、提取温度、提取时间和提取功率等进行正交试验,每个因素取4个水平(见表1).

表1　正交试验因素水平表
Tab.1　Factors and levels of orthogonal experimental design

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1.2.5　花生壳中黄酮得率计算

花生壳中黄酮得率的计算公式见式(1).

2　结果与分析

2.1　芦丁标准曲线的绘制

以吸光度值(A)为纵坐标,芦丁浓度(C)为横坐标绘制芦丁标准曲线,结果如图1.得到的线性回归方程见式(2).

图1　芦丁标准曲线
Fig.1　Standard curves of rutin

2.2　不同料液比对花生壳中黄酮提取物的影响

按照1.2.2花生壳黄酮的提取及测定方法,在40℃和超声功率为100 W条件下恒温提取1 h,分析料液比对黄酮类化合物提取的影响,结果如图2.由图2可以看出,料液比(g/mL)在1∶10至1∶30时,随着浸提溶剂量的增加,花生壳中黄酮化合物的提取量也随之增加,这是由于当样品量一定时,增加溶剂量有利于原料中有效成分向浸提液中扩散,则黄酮的浸出率增加;当浸提溶剂增加到一定量时,原料中的有效成分大多已经溶解在浸提液中了,所以再增加浸提溶剂量,黄酮的浸出率也不再增加[12-13],因此,料液比(g/mL)在1∶30至1∶50时,黄酮的浸出率不再增加.综合考虑提取率和经济效益的影响,料液比(g/mL)选择1∶30为宜.

图2　料液比对花生壳中黄酮得率的影响
Fig.2　Effects of sample liquid ratio on yields of flavanone from peanut shell

图3　提取温度对花生壳中黄酮得率的影响
Fig.3　Effects of extraction temperature on yields of flavanone from peanut shell

2.3　提取温度对花生壳中黄酮提取物的影响

按照1.2.2花生壳黄酮的提取及测定方法,在料液比(g/mL)为1∶30和超声功率为100 W条件下,不同温度分别提取1 h,分析温度对黄酮类化合物提取的影响,结果见图3.由图3可知,在温度为25～35℃,随着温度的升高,黄酮类化合物的浸出率也逐渐增加.根据布朗运动,温度升高,组织内的分子运动也加剧,扩散和渗透速度也加快[12],花生壳中的黄酮类化合物也更快地扩散到溶剂中,所以黄酮类化合物的浸出量随着温度的升高也逐渐增加;但当温度超过35℃时,黄酮的浸出量反而下降,这是由于温度过高,浸提溶剂挥发严重,导致其提取效果下降[14].因此,提取温度选择35℃较佳.

2.4　提取时间比对花生壳中黄酮提取物的影响

按照1.2.2花生壳黄酮的提取及测定方法,在料液比(g/mL)为1∶30,提取温度为35℃和超声功率为100 W条件下,分析不同提取时间对黄酮类化合物提取的影响,结果见图4.由图4可知,随着提取时间的增加,黄酮类化合物的得率不断增加,当提取时间达到30～50 min时黄酮的得率最大,且相差不大.随着提取时间的增长,浸提溶剂挥发得越多,这就直接影响了其浸提效果,因此,提取时间选40 min为宜.

图4　提取时间对花生壳中黄酮得率的影响
Fig.4　Effects of extraction time on yields of flavanone from peanut shell

2.5　提取功率对花生壳中黄酮提取物的影响

按照1.2.2花生壳黄酮的提取及测定方法,在料液比(g/mL)为1∶30,提取温度为35℃和提取时间为40 min条件下,分别在超声波功率为50,60,70,80,90,100 W进行花生壳中黄酮类化合物提取实验,计算黄酮的得率,结果见图5.由图5可知,随着超声功率的增大,花生壳中黄酮类化合物的得率也随之增大,并在70～100 W,黄酮类化合物的得率达到最大.超声功率越大,会加速花生壳中有效成分溶解在浸提液中,提取时间缩短,综合考虑黄酮的得率及生产能耗成本等因素,提取功率选择100 W为较佳.

2.6　正交试验结果

在单因素实验的基础上,选择料液比、提取温度、提取时间和提取功率4个因素,选择L16(44)正交表进行正交试验及极差分析,进一步优化花生壳中黄酮类化合物的提取工艺条件,结果见表2.由表2的极差R可知,影响花生壳中黄酮得率的因素顺序为:提取温度＞料液比=提取功率＞提取时间,优化的提取工艺条件为A3B1C3D4,即料液比(g/mL)为1∶30,提取温度为35℃,提取时间为40 min,提取功率为100 W.

图5　提取功率对花生壳中黄酮得率的影响
Fig.5　Effects of ultrasound wave's power on yields of flavanone from peanut shell

表2　正交试验结果与分析
Tab.2　Results and analysis of orthogonal test

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2.7　实验验证结果

采用试验确定的优化条件进行花生壳中黄酮提取,黄酮的质量分数达3.458%,高于表2中所有试验组合的得率.

3　结 论

通过定性分析证明了花生壳提取液中含有黄酮类物质,并通过正交试验确定了花生壳中黄酮的优化提取工艺为料液比1∶30,提取温度35℃,提取时间40 min,提取功率100 W,得到花生壳中黄酮的质量分数为3.458%.此工艺重现性良好,花生壳中黄酮的得率较高,因此,此优化提取工艺能为花生壳资源的进一步开发利用提供理论依据.

参考文献：

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Optimization of Flavanone Extraction from Peanut Shell by Ultrasonic Wave

ZHOU Jinying1, PAN Runtian2, ZHU Xuejing1, ZHU Shuilan1, LIU Guangxian1,MIN Hua1, FENG Jianxiong1,*
(1.Institute of Agricultural processing,Jiangxi Academy of Agricultural Sciences,Nanchang 330200,China;2.College of Food,Jiangxi Agricultural University,Nanchang 330045,China)

Abstract:The effects of sample-liquid ratio,extraction temperature,extraction time,and extraction power on the yield of flavanone from peanut shell were investigated using the single factor experiment and orthogonal test.The optimum technology condition for ultrasonic assisted extraction of flavanone from peanut shell was deter mined as followed:the ratio of sample to solvent 1∶30,extraction temperature 35 ℃,extraction time 40 min,and extraction power 100 W.The extraction yield of flavanone from peanut shell was 3.458%under the optimum condition.

Key words:ultrasonic assisted extraction;peanut shell;flavanone

中图分类号：TS209

文献标志码：A

doi:10.3969/j.issn.2095-6002.2014.06.009

文章编号：2095-6002(2014)06-0042-04

引用格式：周巾英,潘润天,朱雪晶,等.超声波辅助提取花生壳中黄酮的工艺研究.食品科学技术学报,2014,32(6):42-45.

ZHOU Jinying,PAN Runtian,ZHU Xuejing,et al.Optimization of flavanone extraction from peanut shell by ultrasonic wave.Journal of Food Science and Technology,2014,32(6):42-45.

收稿日期:2014 02 20

项目基金:公益性行业(农业)科研专项经费资助项目(201303072);国家自然科学基金青年科学基金项目(31301590);江西省农业科学院博士启动基金项目(2013CBS002).

作者简介:周巾英,女,助理研究员,博士,主要从事天然抗氧化剂的开发及其活性研究;*冯健雄,男,研究员,主要从事农副产品加工方面的研究.

通讯作者.

(责任编辑:叶红波)