全 文 ：第 29卷增刊
2009年 10月
林　产　化　学　与　工　业
ChemistryandIndustryofForestProducts
Vol.29Supplement
Oct.2009
超声波辅助提取毛杨梅树皮原花色素工艺研究
　　收稿日期:2009-05-19
　　基金项目:“十一五 ”国家科技支撑计划资助(2006BAD18B0403)
　　作者简介:吴冬梅(1957-),女 ,江苏南京人 ,高级实验师 ,从事植物资源化学利用研究;E-mail:wdm0207@ 163.com
　＊通讯作者:陈笳鸿 ,研究员 ,主要从事植物资源化学利用研究;E-mail:chen-jiahong@163.com。
WUDong-mei　　
吴冬梅 , 陈笳鸿＊ , 汪咏梅 , 徐 曼 , 吴在嵩
(中国林业科学研究院林产化学工业研究所;生物质化学利用国家工程实验室;
国家林业局 林产化学工程重点开放性实验室 , 江苏 南京 210042)
摘　要:　研究了用超声波辅助手段 、以水为提取剂从毛杨梅树皮中提取原花色素的工艺方法。最
佳提取条件为:超声波频率 20kHz, 超声波功率 800W,液料比 10∶1(mL∶g), 提取温度 60℃, 每次
提取时间 75min,提取 2次 , 提取率为 28.2%。该法与常规提取方法相比 , 具有温度低 、用时少 、液
体处理量小等特点。产物中有效成分质量分数大于 60%。定性检测确认是局部棓酰化的原翠雀素。
关键词:　毛杨梅树皮;超声波辅助提取;原花色素;原翠雀素
中图分类号:TQ351.014;TQ941　　　　　　文献标识码:A　　　　　　文章编号:0253-2417(2009)S0-0105-05
StudyonUltrasound-assistedExtractionofProanthocyanidins
fromMyricaesculentaBark
WUDong-mei, CHENJia-hong, WANGYong-mei, XUMan, WUZai-song
(InstituteofChemicalIndustryofForestProducts, CAF;NationalEngineeringLab.forBiomassChemicalUtilization;
KeyandOpenLab.onForestChemicalEngineering, SFA, Nanjing210042, China)
Abstract:Theultrasound-assistedtechniquewasresearchedforextractionofproanthocyanidinsfromMyricaessulentabarkwith
waterasextractingagent.Thesuitableextractionconditionswere:ultrasonicfrequency20kHz, ultrasonicpower800W, material/
liquidratio1∶10(g∶mL), temperature60℃, extractiontime75min, duplicateextraction.Theextractionyieldwas28.2%.By
comparisionwithsingle-batchextraction, thismethodhasthedistinguishingfeaturesof:low-temperature, timesavingandlow
liquidamount.Theproanthocyanidincontentinextractwas60%, anditwasdeterminedasprodelphinidinthroughqualitative
examination.
Keywords:Myricaesculentabark;ultrasound-assistedextraction;proanthocyanidins;prodelphinidin
毛杨梅(MyricaesculentaBuch.-Ham)是我国南方地区有广阔资源分布的树种 。其树皮富含植物多
酚 ,主要成分为局部棓酰化的聚原翠雀素 [ 1] ,它与当前极受推崇的天然抗氧化剂原花青素同属于原花
色素类(proanthocyanidins)。 1951年法国 JacquesMasquelier首次从海岸松树皮中提取原花青素[ 2] ,并
发现其具有抗氧化性能。其后几十年特别是从 20世纪 80年代至今 ,国外对原花青素的提取及其抗氧
化 、清除自由基生物活性的研究日益广泛深入 ,在医药 、保健品 、食品 、化妆品中得到多方面应用 ,如从海
岸松树皮提取的 pycnogenol和从葡萄籽 、皮中提取的 grapenol等[ 3-6] 。我国近年来对原花青素的提取 、
应用及产品开发已取得很大进展 ,近年来又对拓宽原花青素原料资源开展研究 ,例如:以落叶松树皮 、马
尾松树皮 、地榆根等作为提取原花青素的原料 [ 7-9] ,但对本研究对象聚原翠雀素 ,却未被足够关注。已
知原花色素类植物多酚的生物活性是基于分子中含有众多活性酚羟基 ,即酚羟基的多寡和取代位置对
其活性强弱起决定作用[ 10-11] 。从原花青素和原翠雀素的分子结构单元看 ,前者为儿茶素 ,后者为棓儿
茶素 ,且在后者分子中 C环 C-3的羟基约有 40%棓酰化。亦即后者分子中含有比前者更多的活性酚羟
基 ,据此推理原翠雀素应具有强的生物活性。作者对从毛杨梅树皮中提取原翠雀素及其抗脂质氧化 、清
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除自由基生物活性研究已取得一定进展 [ 12] ,并获得国家发明专利 [ 13] 。超声波作为一种辅助和强化手
段 ,在植物有效成分的提取中已得到广泛应用 [ 14] 。超声波产生的强烈的振荡 、空化作用等机械效应能
破坏植物细胞壁 ,有利于溶剂的快速渗透和有效成分的溶出 ,具有操作温度低 、省时 、高效等特点 。本研
究以水作为提取剂 ,采用超声波辅助的工艺方法提取毛杨梅树皮中的原花色素 ,并对超声波辅助提取的
工艺条件进行了优选 。
1　实 验
1.1　材料 、试剂与仪器
材料:毛杨梅树皮由广西武鸣栲胶厂提供的风干样 ,筛去灰土 ,经植物粉碎机粉碎(过 2mm筛),含
原花色素 27.2%,水分 14%(按 LY/T1083-2008方法测定)。试剂:壳聚糖 、铬皮粉 、乙酸 、甲醇 、正丁
醇 、盐酸 、硫酸铁铵等均为国产分析纯;标准样品:棓儿茶素-3-O-棓酸酯 ,上海有思生物技术有限公司
制备;水(一级水)。仪器设备:FZ102微型植物粉碎机 ,天津泰斯特仪器有限公司;CTXNW-2B组合式
超声波提取机 ,超声波频率 20kHz,北京弘祥隆生物技术开发有限公司;SENCO-R型旋转真空蒸发器 ,
上海申生科技有限公司;FD-1型冷冻干燥机 ,日本 EYELA公司;Nicolet-FT-IR550型红外光谱仪 ,美
国尼高力公司。
1.2　方法
1.2.1　超声波辅助提取　在提取罐中投入毛杨梅树皮粉 100g,按一定液料比加入水作为提取溶剂 ,在
设定的超声波功率和温度下 ,按设定的时间和次数进行提取 。
1.2.2　常规提取　在提取罐中投入毛杨梅树皮粉 100g和 1 000mL水 , 80℃下浸提 1h后滤出提取
液;重新加 1 000mL水浸提 1h。共进行 4次浸提 ,提取液进行后处理 。
1.2.3　提取液的后处理　将提取液经减压蒸发浓缩至约 5 °Be′,趁热加入 1%的壳聚糖-乙酸溶液作
为絮凝剂 ,充分搅拌后于约 5℃冰箱中静置沉降 24h,分出上层清液 ,适度浓缩后通过真空冷冻干燥即
得粉状产物 。
1.2.4　产物的定性鉴别
1.2.4.1　花色素反应　根据 Porter提出的方法[ 15] , 按比例将产物的甲醇溶液与正丁醇-盐酸溶液和硫
酸铁铵-盐酸溶液混合 ,在 95℃下反应 40min,生成的深红色花色素溶液 ,用分光光度计在波长 550nm
处测定吸光值。
1.2.4.2　红外光谱结构鉴定　对产物和作为参照物的棓儿茶素-3-O-棓酸酯标准样品分别作红外谱
图 ,并进行比较和鉴别 。
1.2.5　产物中有效成分的定量分析　按 LY/T1082-2008进行测定 。
1.2.6　提取得率的计算　提取得率根据提取液经絮凝冷冻沉降去除树胶等黏性物质后制得的产物进
行计算 。分离去除的沉降物中夹带了部分有效成分 ,会对收集到的实际产物量造成一定损失 。因此提
取得率仅在不同工艺条件试验中作为提取效果相互比较的依据。按下式进行计算:
得率 =提取物质量 /原料质量 ×100%
提取率 =提取的有效成分质量 /原料中的有效成分质量 ×100%
2　结果与讨论
2.1　超声波辅助提取工艺条件的单因素试验
影响提取效果的因素主要包括原料有效成分含量 、原料粒度 、提取剂溶解性能 、超声波频率及功率 、
液料比 、提取温度 、提取时间和提取次数等 。本研究中原料 、提取剂(水)和超声波频率(20kHz)等均为
固定条件 ,选择可变的超声波功率 、提取时间 、提取次数 、提取温度 、液料比等工艺条件进行单因素试验。
2.1.1　超声波功率的影响　设定试验条件为:液料比 7∶1(mL∶g,下同)、室温 、提取时间为 30min,提
取 1次 。观察使用不同超声波功率对产物得率的影响 ,结果见图 1。从图 1曲线的趋势可见 ,得率随着
增刊 吴冬梅 , 等:超声波辅助提取毛杨梅树皮原花色素工艺研究 107　
功率的增加而增加。当功率增加到 800W时得率达到最大值 。由于超声波还具有瞬时高温的热效应 ,
功率过强有可能导致产物解聚或氧化变质 。
2.1.2　超声波提取时间的影响　设定试验条件为:液料比 7∶1、室温 、超声波功率 800W,提取 1次。观
察提取时间长短对得率的影响 ,结果见图 2。从图 2曲线的趋势可见 ,得率随时间延长而增长 。提取时
间为 75min时得率达到最大值 。继续延长时间 ,得率反而略有降低 ,这可能是由于操作误差或产物不
能长时间经受高功率超声波作用的缘故。
2.1.3　提取次数的影响　设定试验条件为:液料比 10∶1、超声波功率 800W、室温 ,提取时间 75min,进
行多次提取 ,每次提取条件相同。测定每次提取产物并计算得率 ,结果见图 3。从图 3曲线的趋势可
见 ,第 1次提取获得产物得率最多 ,第 2次 、第 3次提取获得产物得率已大为减少 。继续增加提取次数
获得产物更少。从工作效率考虑 ,提取 2次较为适宜。
图 5　液料比对得率的影响
Fig.5　Efectofliquid/materialratioonyield
2.1.4　提取温度的影响　设定试验条件为:液料比 10∶1、超
声波功率 800W、提取时间为 75min,提取 1次。考察不同提
取温度对提取得率的影响。由于超声波的热效应会导致料液
升温 ,使罐中的实际温度高于设定温度 ,为消除由此产生的混
淆 ,在整个提取过程中通过控温保持温度恒定 ,结果见图 4。
从图 4曲线的趋势可见 ,当温度上升至 50℃时得率最高 ,继
续升温得率反而下降 ,其原因可能是由于产物具有热敏性 ,有
效成分在较高温度和超声波热效应双重作用下遭受破坏 。
2.1.5　液料比的影响 　设定试验条件为:超声波功率
800W,超声波作用时间 75min,室温 ,提取 1次。考察不同液
料比对得率的影响 ,结果见图 5。从图 5曲线的趋势可见 ,在
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液料比从 5.5∶1增大至 10∶1的条件下 ,得率连续增长 。从 10∶1至 11.5∶1时增长量已不大。提取是传
质过程 ,增加溶液量有利传质效果 ,但溶液量应适度 ,否则会增加后处理的工作量 ,增加处理成本 。
2.2　超声波辅助提取条件的优选
根据上述单因素试验结果 ,按 L9(34)正交表进行 4因素 、3水平的正交试验 ,结果见表 1。
表 1　正交试验设计与结果分析
Table1　Resultsandanalysisoforthogonaltest
序号
No.
A
超声波功率 /W
ultrasonicpower
B
时间 /min
time
C
温度 /℃
temperature
D
液料比(mL∶g)
liquid∶material
提取率 /%
extractionyield
1 700 60 40 5∶1 11.1
2 700 75 50 7.5∶1 16.7
3 700 90 60 10∶1 23.1
4 800 60 50 10∶1 17.5
5 800 75 60 5∶1 25.2
6 800 90 40 7.5∶1 14.1
7 900 60 60 7.5∶1 16.2
8 900 75 40 10∶1 14.1
9 900 90 50 5∶1 17.5
k1 17.0 14.9 13.1 17.9
k2 18.9 18.7 17.2 15.7
k3 15.9 18.2 21.5 18.2
R 3.0 3.8 8.4 2.5
由极差可知 4个因素对提取率的影响程度的顺序为 C>B>A>D。最佳试验条件组合 A2B2C3D3 ,
为超声波功率 800W,提取时间 75min,温度 60℃,液料比 10∶1。又根据提取次数的单因素试验结果 ,
定为提取 2次。以这些条件进行验证实验 , 2次平行试验提取率的平均值为 28.2%。
2.3　超声波辅助提取与常规提取方法的比较
常规提取方法是一种低成本的常用方法 ,不需要专用设备 。作者此前曾采用常规提取方法进行毛
杨梅树皮原花色素的提取工艺条件的优选实验 。表 2是常规提取实验结果和本研究超声波辅助提取实
验结果的比较。
表 2　常规提取与超声波辅助提取试验条件和结果比较
Table2　Comparisonoftestconditionsandresultsbysingle-batchextractionwith
ultrasound-assistedmethod
提取方法　　　
methods　　　
温度 /℃
temp.
提取时间 /min
extractiontime
提取次数
extractiontimes
提取液总量 /mL
totalliquid
提取率 /%
extractionyield
常规提取方法
commonextraction 80 60×4=240 4 1000×4=4000 29.3
超声波辅助提取方法
ultrasound-assistedextraction 60 75×2=150 2 1000×2=2000 28.2
从表 2可见 ,与常规提取方法相比 ,在产物提取率同一水平的情况下 ,超声波辅助提取方法具有温
度低 、时间短 、次数少 、提取液处理量少等优点 ,这对保护原花色素产物的生物活性非常有利。
2.4　产物的检测
采用花色素反应方法进行产物有效成分定性分析 ,生成深红色的花色素 ,表明产物为原花色素。
产物的红外谱图与作为参照物的棓儿茶素-3-O-棓酸酯标准样品的红外谱图相比 ,可看出二者有相
同的特征吸收峰 ,具有相同分子结构特征 ,并且在 C环 C-3为局部棓酰化。结果表明产物为原翠雀素[ 12] 。
产物有效成分定量测定结果 ,质量分数 >60%。
2.5　存在的问题与改进设想
提取液通过絮凝沉降去除树胶等黏性杂质 ,有利于后续的纯化处理 ,但本研究使用的静置分层法会
增刊 吴冬梅 , 等:超声波辅助提取毛杨梅树皮原花色素工艺研究 109　
损失一些有效成分。如果改用高速离心分离方法 ,可弥补这一缺陷 ,从而提高提取率 。
3　结 论
3.1　采用超声波辅助提取方法对毛杨梅树皮原花色素进行水提取 ,在超声波频率 20kHz条件下 ,最佳
工艺条件是:超声波功率 800W,超声波作用时间 75min,液料比 10∶1(mL∶g),提取温度 60℃,重复提
取 2次 。提取率为 28.2%。
3.2　产物的定性和定量检验结果表明提取产物属于原花色素类型的原翠雀素 ,产物中有效成分质量分
数 60%以上。产物已去除树胶等黏性杂质 ,可以满足后续纯化的要求。
3.3　超声波辅助提取方法和常规提取方法相比 ,具有提取温度低 、时间短 、提取液处理量少的优点 ,有
利于保护原花色素产物的生物活性。
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