全 文 :书 [收稿日期] 2015-08-06;2016-01-27修回
[作者简介] 朱文婷(1983-),女,讲师,硕士,从事生物化学研究。E-mail:251558801@qq.com
*通讯作者:吴士筠(1950-),女,高级实验师,从事天然产物提取及其活性研究。E-mail:779642941@qq.com
[文章编号]1001-3601(2016)02-0088-0156-03
超声波法提取橡实壳多酚的工艺优化
朱文婷,吴士筠*,杨文婷,涂 晶
(武汉工商学院 环境与生物工程学院,湖北省 武汉市430065)
[摘 要]为充分提高橡实壳的利用价值,试验以废弃的橡实壳为原料,采用超声波法提取橡实壳中的
多酚,并优化提取工艺。在单因素试验的基础上,以料液比、超声波功率、提取时间、物料粒径为因素,设计
L9(34)的正交试验。结果表明:橡实壳多酚的最佳提取工艺为料液比1∶55、超声波功率320W、提取时间
12min、物料粒径100目。在此条件下,橡实壳多酚的平均提取率为31.92%,相对标准偏差为0.03%。
[关键词]橡实壳;多酚;超声波
[中图分类号]Q503 [文献标识码]A
Optimization of Extraction Technology of Acorn Shel
Polyphenol by Ultrasonic Method
ZHU Wenting,WU Shijun*,YANG Wenting,TU Jing
(College of Environmental and Biological Engineering,Wuhan Technology and Business University,
Wuhan,Hubei 430065,China)
Abstract:In order to fuly enhance the use value of acorn shel,taking the waste of acorn shel as raw
material,polyphenol in acorn shel polyphenol was extracted by ultrasonic method,and the extraction
process was optimized.On the basis of single factor experiment,taking solid to liquid ratio,ultrasonic
power,extraction time,particle size as factors,an L9(34)orthogonal experiment was conducted.Results:
the optimized extraction conditions were as folows:material liquid ratio 1∶55,ultrasonic power 320W,
extraction time 12min,and material particle size 100mesh.Under these conditions,the average extraction
rate of acorn shel polyphenol reached 31.92%,and the relative standard deviation was 0.03%.
Key words:acorn shel;polyphenol;ultrasonic
橡实不仅营养丰富而且具有治疗出血以及解毒
的药用功效[1]。我国橡实资源丰富,价格低廉[2],橡
实中橡实壳含有特有的生物活性物质,是提取多酚
类物质的优良原料[3]。但很多企业在橡实生产中将
未经利用而含有大量多酚类物质的橡实壳丢弃,对
橡实资源造成严重的浪费[4-6]。目前,对多酚类物质
的研究很多,但对橡实壳多酚类物质的研究却很少。
因此,该领域极具研究价值和应用前景。超声波法
是提取天然产物活性成分的一种有效方法和手段,
具有提取时间短、节约溶剂、节省能源、产品含量高、
不影响物质生物活性等优点。为充分利用橡实壳,
减轻环境污染,提高橡实壳的经济价值,试验以废弃
的橡实壳为原料,利用超声波法对橡实壳中多酚类
物质的提取工艺进行研究,为橡实资源的开发和应
用提供技术参数。
1 材料与方法
1.1 材料
橡实壳:产自内蒙的优级橡实,经剥壳、清洗、
40℃干燥、粉碎过筛,避光干燥保存。
试剂:三氯化铁、铁氰化钾、盐酸、单宁酸(鞣
酸)、丙酮均为分析纯。
仪器:722型可见分光光度计(上海光谱仪器有
限公司制造),JYP2-2D超声波细胞粉碎机(宁波新
芝生物科技股份有限公司),SHB-Ⅲ循环水式多用
真空泵(郑州长城科工贸有限公司),RE52CS旋转
蒸发器(上海亚荣生化仪器厂),DG120型四两装中
药材粉碎机(浙江省瑞安市春海药材器械厂)。
1.2 标准曲线的绘制
称取0.010 0g单宁酸,溶解定容至100mL,得
0.1mg/mL单宁酸标准液。分别移取单宁酸标准
液0.00mL、0.20mL、0.40mL、0.60mL、0.80mL
和1.00 mL 于 25 mL 容量瓶 中,加 0.5 mL
0.1mol/L三氯化铁,0.5mL 0.008mol/L铁氰化
钾和0.5mL 0.1mol/L盐酸,定容。在695nm处
测定吸光度,以单宁酸标准液浓度为横坐标,吸光度
值为纵坐标绘制标准曲线。
1.3 橡实壳多酚粗提液的制备
准确称取橡实壳粉末1.00g,加60%丙酮超声
波提取,提取液5 000r/min离心5min,上清液真
空减压抽滤,旋转蒸发除丙酮,浓缩后定容至
250mL。
贵州农业科学 2016,44(2):156~158
Guizhou Agricultural Sciences
1.4 超声提取橡实壳多酚的单因素考察
1.4.1 料液比 分别精密称取物料粒径为100目
的橡实壳粉末1.000 0g 5份,按照1∶15、1∶25、
1∶35、1∶45、1∶55的料液比加入60%丙酮溶剂,
在超声波功率为320W,提取时间为18min的条件
下,进行超声波提取试验。比较不同料液比对橡实
壳多酚提取率的影响,选择最佳料液比。
1.4.2 超声波功率 分别精密称取物料粒径为
100目的橡实壳粉末1.000 0g 5份,按照经试验确
定的料液比1∶45加入60%丙酮溶剂,在超声波功
率分别为240W、280W、320W、360W、400W,提
取时间为18min的条件下,进行超声波提取试验。
比较不同超声波功率对橡实壳多酚提取率的影响,
选择最佳超声波功率。
1.4.3 提取时间 分别精密称取物料粒径为100
目的橡实壳粉末1.000 0g 5份,按照料液比1∶45
加入60%丙酮溶剂,在经试验确定的超声波功率为
320W 的条件下分别超声波处理6min、12min、
18min、24min、30min,进行超声波提取试验。比
较不同超声波提取时间对橡实壳多酚提取率的影
响,选择最佳超声波提取时间。
1.4.4 物料粒径 分别精密称取物料粒径为16
目、50 目、80 目、100 目、120 目的橡实壳粉末
1.000 0g 5份,按照料液比1∶45加入60%丙酮溶
剂,在超声波功率为320W 的条件下,按照经试验
确定的超声波提取时间处理24min,进行超声波提
取试验。比较不同物料粒径对橡实壳多酚提取率的
影响,选择最佳物料粒径。
1.5 超声提取橡实壳多酚的最佳工艺正交试验设计
在单因素试验的基础上,设计L9(34)的正交试
验(表1),确定橡实壳多酚超声波法提取的最佳工
艺条件。通过正交试验得出各因素的最佳组合水
平,若在单因素试验中未出现该最佳组合则需进行
验证试验。
表1 超声提取橡实壳多酚正交试验的因素及水平
Table 1 Factors and levels of orthogonal test on acorn shel
polyphenol extracted by ultrasonic method
水平
Level
A料液比/
(g∶mL)
B超声波
功率/W
Ultrasonic
power
C提取
时间/min
Extraction
time
D物料
粒径/目
Particle
size
1 1∶35 280 12 50
2 1∶45 320 18 80
3 1∶55 360 24 100
1.6 橡实壳多酚含量的测定
精确移取0.2mL定容至250mL的多酚粗提
液于25mL容量瓶中,加0.5mL 0.1mol/L三氯化
铁,0.5 mL 0.008 mol/L 铁氰化钾和 0.5 mL
0.1mol/L盐酸,定容。以空白试剂调零,在695nm
处测定吸光度,计算橡实壳多酚粗提液中总多酚的
浓度。
1.7 数据处理
橡实壳多酚提取率的计算公式:
提取率=
C(mg/mL)×25(mL)×25
(mL)
0.2(mL)×
250(mL)
0.2(mL)
m×103(mg)
×100%
式中:C 为粗提液中总多酚浓度(mg/mL),m
为橡实壳粉末质量。
所有试验数据均为3次重复的平均值,并进行
方差分析和显著性比较。
2 结果与分析
2.1 单宁酸标准曲线
由 图 1 可 知,单 宁 酸 标 准 溶 液 浓 度 在
0~0.002mg/mL其吸光度呈线性关系,在此范围
内线性回归方程为A=315.21C-0.006,回归系数
R2=0.998 9。
吸
光
度
Ab
so
rb
an
ce
0
0.15
0.3
0.45
0.6
0.75
0 0.0005 0.0020.001 0.0015 0.0025
标准液的浓度 /(mg/mL)
Standard%solution%concentration
图1 单宁酸标准曲线
Fig.1 The standard curve of tannic acid
2.2 不同因素对橡实壳多酚提取率的影响
2.2.1 料液比 由图2可知,随着浸提溶剂量的
增大,橡实壳多酚提取率也随着增加,至料液比为
1∶45时,橡实壳多酚提取率达到最大,为30.53%,
继续增大料液比,橡实壳多酚提取率反而有所降低。
这是因为当料液比达到一定值时,多酚的浸出达到
最高,基本达到饱和状态,料液比继续增加反而降低
了其提取率,故试验的最佳料液比宜在1∶45左右。
2.2.2 超声波功率 随着超声波功率的增大,橡
实壳多酚提取率也逐渐增大,至超声波功率为
320W时,橡实壳多酚提取率达到最大,为31.23%
(图2),继续增大超声波功率,橡实壳多酚提取率反
而逐渐下降。这是因为超声波功率增大,超声波所
具有的机械效应、空化效应和热效应强化介质的扩
散、传播、增大药物有效成分的溶解速度,加速了多
酚类物质的浸出,但超声波功率超过一定值时,过大
的超声波强度对多酚类物质的结构造成破坏,使其
提取率逐渐降低,故试验最佳超声波功率宜在
320W左右。
2.2.3 提取时间 随着超声波提取时间的延长,
橡实壳多酚提取率也缓慢增大,至超声波提取时间
·751·
朱文婷 等 超声波法提取橡实壳多酚的工艺优化
ZHU Wenting et al Optimization of Extraction Technology of Acorn Shel Polyphenol by Ultrasonic Method
提
取
率
/%
Ex
tra
ct
io
n%
ra
te
0.00
8.00
16.00
24.00
32.00
40.00
01:15
01:25
01:35
01:45
01:55
料液比 /(g:mL)
Material%liquid%ratio
提
取
率
/%
Ex
tra
ct
io
n%
ra
te
25.00
27.50
32.50
20.00
22.50
30.00
200%%%%250%%300%%%350%%%400%%%450
提取功率 /W
Extraction%power
提
取
率
/%
Ex
tra
ct
io
n%
ra
te
20.00
25.00
35.00
10.00
15.00
30.00
0%%%%%%%7%%%%%14%%%%%%21%%%%%28%%%%%35
提取时间 /min
Extraction%time
提
取
率
/%
Ex
tra
ct
io
n%
ra
te
0.00
5.50
11.00
16.50
22.00
27.50
0%%%%%%25%%%%%50%%%%%75%%%%100%%%125
物料粒径 /目
Material%particle%size
图2 不同因素下橡实壳多酚的提取率
Fig.2 Extraction rate of polyphenol from acorn shel under different material-liquid ratio,ultrasonic power,
extraction time and particle size
为24 min时,橡实壳多酚提取率达到最大,为
29.84%,继续延长超声波提取时间,橡实壳多酚提
取率反而明显有所下降(图2)。这是由于提取时间
受多酚物质在物料与溶剂间传质速度的影响,时间
太短,超声波对细胞膜破碎的程度不完全,提取时间
太长,多酚被空气或溶剂中的氧气逐渐氧化或超声
波造成了多酚物质结构的破坏发生了降解,从而使
多酚提取率降低,故试验最佳超声提取时间宜在
24min左右。
2.2.4 物料粒径 随着物料粒径的减小,橡实壳
多酚提取率明显增大。粉碎至100目时,橡实壳多
酚提取率为25.28%;粉碎至120目时,橡实壳多酚
提取率为26.23%(图2)。说明,粉碎越充分,物料
粒径越小,与溶剂直接接触面积越大,提取率越高;
粉碎至120目时的提取率较粉碎至100目时略有增
加,但增加效果不明显。综合考虑提取效果、实际操
作的可控性以及经济成本等因素,试验最佳物料粒
径宜在为100目左右。
2.3 超声提取橡实壳多酚正交试验各处理的提取率
由表2可知超声提取橡实壳多酚正交试验各处
理的多酚提取率,对其进行极差分析可知(表3)各
因素对橡实壳多酚提取率的影响程度为物料粒径>
提取时间>料液比>超声波功率。对其进行方差分
析表明,各因素对橡实壳中多酚类物质的提取均达
到 极 显 著 水 平。各 因 素 的 最 佳 水 平 组 合 为
A3B3C1D3,即料液比为 1∶55,超声波功率为
360W,超声波提取时间为12min,物料粒径为100
目。在单因素试验中未出现该最佳组合,故需验证
试验。
表2 超声提取橡实壳多酚正交试验各处理的多酚提取率
Table 2 Polyphenol extraction rate of orthogonal test on acorn shel polyphenol extracted by ultrasonic method
处理
Treatment
A料液比/g∶mL
Solid-liquid
ratio
B超声波功率/W
Ultrasonic
power
C提取时间/min
Extraction
time
D物料粒径/目
Particle
size
多酚提取率/%
Polyphenol
extraction rate
1 1 1 1 1 8.43
2 1 2 2 2 10.41
3 1 3 3 3 22.50
4 2 1 2 3 21.31
5 2 2 3 1 6.64
6 2 3 1 2 17.84
7 3 1 3 2 14.72
8 3 2 1 3 26.62
9 3 3 2 1 6.30
表3 超声提取橡实壳多酚正交试验各因素水平的均值与极差
Table 3 Mean value and range of factors and levels of orthogonal test on acorn shel
polyphenol extracted by ultrasonic method
均值
Mean value
A料液比/(g∶mL)
Solid-liquid ratio
B超声波功率/W
Ultrasonic power
C提取时间/min
Extraction time
D物料粒径/目
Particle size
k1 41.34 44.46 52.89 21.37
k2 45.79 43.67 38.02 42.97
k3 47.64 46.64 43.86 70.43
极差R 6.30 2.97 14.87 49.06
按照正交试验中的最佳组合A3B2C1D3和正交
试验各因素的最佳水平组合A3B3C1D3进行验证试
验,得到橡实壳多酚平均提取率分别为31.92%和
23.11%,相对标准偏差 RSD 分别为0.03%和
0.02%,均小于5%,表明结果的精密度较高。故橡
实壳多酚超声波提取的最佳工艺条件为料液比1∶
55,超声波功率320W,超声波提取时间12min,物
料粒径100目,提取率为31.92%。
3 结论
试验采用超声波法从橡实壳中提取多酚类物
(下转第161页)
·851·
贵 州 农 业 科 学
Guizhou Agricultural Sciences
表2 微波提取杏仁皮多酚正交试验各处理的多酚提取率
Table 2 Microwave assisted extraction rate of polyphenols from almond skin by orthogonal test
试验号
No.
A B C D
提取率/%
Extraction rate
1 1 1 1 1 2.84
2 1 2 2 2 3.54
3 1 3 3 3 3.62
4 2 1 2 3 3.99
5 2 2 3 1 3.70
6 2 3 1 2 3.63
7 3 1 3 2 3.72
8 3 2 1 3 3.42
9 3 3 2 1 3.58
表3 微波提取杏仁皮多酚正交试验各因素水平的均值与极差
Table 3 Mean value and range of the factors in the orthogonal experiment of the extraction
of polyphenols from almond skin
均值
Mean value
料液比
Solid-liquid ratio
微波时间
Microwave time
微波功率
Microwave power
搅拌时间
Mixing time
k1 3.33 3.52 3.3 3.37
k2 3.77 3.55 3.7 3.63
k3 3.57 3.61 3.68 3.68
极差Range 0.44 0.09 0.4 0.31
2.2 微波提取杏仁皮多酚正交试验各处理的多酚
提取率
由表2可知微波提取杏仁皮多酚正交试验各处
理的多酚提取率,对其进行极差(表3)分析可知,各
因素对提取率的影响顺序为料液比>微波功率>搅
拌时间>微波时间,宜采用 A2B3C2D3组合进行杏
仁皮多酚的微波提取,即料液比1∶30,微波时间
120s,微波功率300W,搅拌时间20min。经过验
证试验,采用此工艺提取后,多酚提取率为4.05%,
高于正交表中所有值。
3 结论与讨论
以水作为溶剂,选定微波提取杏仁皮多酚的最
佳工艺条件为粉碎度60~80目,料液比1∶30,微波
功率300W,微波时间120s,微波温度为60℃,搅
拌时间20min,提取次数2次,在该条件下多酚的
提取率达4.05%。
[参 考 文 献]
[1] 郭文娟.杏仁种皮中多酚类物质的提取研究[J].食品
工程,2011(3):43-46.
[2] 李巨秀,王伯玉.福林-酚比色法测定桑椹中总多酚
[J].食品科学,2009,30(18):292-295.
[3] 王昌禄,张明辉,陈奇强,等.杏仁红衣多酚提取条件
的优化[J].农产品加工,2008(5):50-52.
[4] 黎海彬,王 邕,李俊芳,等.微波辅助提取技术在天
然产物提取中的应用[J].现代食品科技,2005(3):
148-150.
(责任编辑:孙小岚
櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁
)
(上接第158页)
质,其最佳提取工艺条件为料液比1∶55,超声波功
率320W,提取时间12min,物料粒径100目,该条
件下的橡实壳多酚提取率为31.92%,各因素对提
取率的影响程度为物料粒径>超声波提取时间>料
液比>超声波功率。本研究将工业生产中弃而不用
的橡实壳变废为宝,使橡实资源得到充分的利用,为
能更好地利用橡实资源提供理论依据。
[参 考 文 献]
[1] 马立然,黄 亮,李安平,等.超声波辅助双水相体系
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(责任编辑:孙小岚)
·161·
李育峰 等 杏仁皮多酚的微波提取工艺研究
LI Yufeng et al Microwave Extraction Technology of Polyphenols from Almond Skin