全 文 ：工 艺 技 术　　　　　　　　　　　　　　　　Vol.28, No.08, 2007　　 食品工业科技
2007年第 08期　　　　135　
花生壳总黄酮乙醇提取工艺研究
许　晖 ,孙兰萍 ,张　斌 ,石亚中 ,伍亚华
(蚌埠学院食品与生物工程系 ,安徽蚌埠 233030)
　摘　要:为了充分利用花生壳资源 ,该文测定了花生壳中总黄酮的
含量 ,并采用乙醇浸提法从花生壳中提取了花生壳总黄
酮 ,在单因素实验的基础上 ,选取提取温度、料液比和乙醇
浓度 3个因素进行 Box-Benhnken法设计 ,利用响应面分
析法对其提取工艺参数进行了优化。结果表明:花生壳总
黄酮的含量约为 3.15%;花生壳总黄酮提取率大于 90%的
提取条件为提取温度 47.75～ 60℃, 料液比 23.89～ 30, 乙
醇浓度 76.98% ～ 90%,优化出 11组花生壳总黄酮提取工
艺参数 ,并且对工艺参数进行了验证。
收稿日期:2007-01-10
作者简介:许晖(1969—),男 ,副教授 ,研究方向:食品科学及食品生物
技术。
基金项目:安徽省高等学校省级自然科学研究项目(KJ2007B051)。
　关键词:花生壳 ,总黄酮 ,提取工艺 , Box-Benhnken设计 ,优化　　Abstract:Inordertoutilizeeficientlypeanuthulresource, the
contentoftotalflavonoids in peanuthul was
determined, andtheethanolextractiontechnologyof
totalflavonoidsfromthepeanuthulwascariedout.
Theefectofeachfactorsuchasthetemperatureof
extraction, theratioofmaterialtosolventandthe
ethanolconcentrationontheextractionofthetotal
flavonoidswereinvestigatedbasedonathree-level
three-factorBox-Behnkendesign, whichwas
basedonsingle-factorexperiment.Theextraction
techniqueparameterswereoptimizedwithResponse
SurfaceMethodology.Resultsshowthatthecontentof
totalflavonoidsis3.15%.Theoptimumconditionsare
obtained asfolows:the ethanolconcentrationis
76.98% ～ 90%, thetemperatureofextractionis47.75
～ 60℃, theratioofmaterialtosolventis1∶23.89 ～ 1∶30
andthetimeofextractionis 2.5h, and process
parameterof11 groupswereoptimized, whichwas
alsoverifiedexperimentaly.
　Keywords:peanuthul;totalflavonoids;extractiontechnology;
Box-Benhnkendesign;optimization　　中图分类号:TS255.1　文献标识码:A
　文 章编 号:1002-0306(2007)08-0135-05
花生属豆科一年生草本植物 ,目前 ,对其开发利
用的主要是花生仁 、花生红衣和花生根 [ 1 ～ 3] ,而花生
壳大部分用做燃料或当作废渣弃去 ,仅有少量被加
工成饲料或用于化工原料 ,造成自然资源的极大浪
费 ,直接影响了花生的综合利用价值 [ 4 ] 。据临床实践
和药理研究证明 ,花生壳具有较好的抗氧化 、降胆固
醇 、降 β -脂蛋白 、降血压 、增加冠状动脉流量等作
用 [5 , 6 ] ,以花生壳为原料生产的 “脉舒胶囊 ”是治疗高
血脂症的纯中药制剂 ,已收载入 《中华人民共和国卫
生部部颁标准 》[ 7] ,发挥这些药理活性的物质主要是
花生壳中所含有的黄酮类化合物。研究表明 ,花生
壳中除含有大量的碳水化合物和粗纤维外 ,还含有
多酚类和黄酮类物质 ,以及 β -谷甾醇等甾体化合
物。花生壳中以木犀草素为代表的黄酮类化合物不
仅具有降血压 、降血脂 、扩张冠状动脉等作用 ,还具
有抗氧化 、镇咳 、平喘 、抗菌抗炎 、增强免疫和抗肿瘤
等药理活性 [ 8 ～ 11 ] 。因此 ,从花生壳中提取黄酮类化合
物作为保健食品或药品的原料具有较好的前景。目
前关于花生壳中黄酮类化合物提取的研究报道并不
多见 ,研究表明花生壳中总黄酮含量在 1.55% ～
3.42%[ 6] ,我国年种植花生面积达 290万公顷 ,总产
量近 640万 t,按含壳 33%计算 ,可得壳约 200万 t。
若能从中提取黄酮类化合物 ,则可以使其增值 ,提高
经济效益 。因此 ,本实验以乙醇作为提取溶剂 ,从花
生壳中提取黄酮类化合物 ,研究花生壳中提取黄酮
类化合物的影响因素 ,并采用正交实验进行工艺条
件优化 , 以期为花生壳资源的充分开发利用提供
指导 。
1　材料与方法
1.1　材料与仪器
花生壳　花生果产于安徽省 ,手工剥壳 ,粉碎后
备用;芦丁 、甲醇 、乙醇 、丙酮 、 Al(NO3 )3、 NaOH、
NaNO2 　均为分析纯。
FW100高速粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公
司;WFZUV-2000型紫外可见分光光度计 上海尤尼
柯仪器有限公司;RE-52AA型旋转蒸发器 上海亚
荣生化仪器厂;DZF-6030A型真空干燥箱 上海一
恒科技有限公司;SARTORIUS-BS21S电子天平 德
国赛多利斯集团。
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1.2　实验方法
1.2.1　芦丁标准曲线制作 [12] 　将芦丁于 120℃烘箱
中烘至恒重 ,于干燥器中冷却后称取 0.0615g,用 70%
乙醇溶解 ,定容至 250mL,得到浓度为 0.246mg/mL芦
丁标准液。准确吸取芦丁标准液 0、3.0、6.0、9.0、
12.0、15.0mL于 50mL容量瓶中 ,加入 5%NaNO2溶液
1.5mL,摇匀放置 6min后加入 10%Al(NO3 )3 溶液
1.5mL,摇匀放置 6min后加入 4%NaOH溶液 20mL,用
70%乙醇定容 ,摇匀 , 10min后用 1cm比色皿于 510nm
测定吸光度 A,得芦丁浓度 Y(mg/mL)与吸光度 A的
回归方程:Y=0.0918A-0.0014(R=0.9952)
1.2.2　花生壳总黄酮平均含量的测定　准确称取
3.0g花生壳 ,用滤纸包住并捆好 ,置于索氏提取器中 ,
用 100mL甲醇提取 , 50℃水浴加热回流 ,当索氏提取
器中的溶液由黄色接近无色时 ,取出滤纸包 ,提取液用
70%乙醇定容至 100mL,作为待测液 ,取 1mL待测液
至 50mL容量瓶中 ,按照测定芦丁标准液吸光度的步
骤测定吸光度 A,计算花生壳总黄酮的含量 ,重复 3
次 ,取平均值。花生壳总黄酮平均含量按下列公式
计算:
花生壳总黄酮平均含量(%)= C×V1 ×V2V3 ×W×1000×100%
式中 C—根据回归方程计算得到的芦丁浓度 , mg/mL;
V1 —提取液体积 , mL;V2 —稀释后提取液体积 , mL;
V3 —待测液体积 , mL;W—花生壳质量 , g。
1.2.3　花生壳总黄酮的提取和测定　准确称取 3.0g
花生壳置于磨口三颈烧瓶中 ,按照要求加入一定量的
提取剂 ,在一定温度下回流提取一定时间 ,抽滤 ,滤液
用 70%乙醇定容至 100mL,作为待测液 ,取 1.5mL待
测液于 50mL容量瓶中 ,按照测定芦丁标准液吸光度
的步骤测定吸光度 A。花生壳总黄酮提取率按下列公
式计算:
花生壳总黄酮提取率(%)= C′×V′1 ×V′2V′3 ×W′×T×1000×100%
式中 C′—根据回归方程计算得到的芦丁浓度 ,
mg/mL;V′1—提取液体积 , mL;V′2 —稀释后提取液体
积 , mL;V′3 —待测液体积 , mL;W′—花生壳质量 , g;
T—花生壳总黄酮平均含量 , %。
1.2.4　单因素实验　分别研究不同料液比 、提取时
间 、提取温度 、乙醇浓度对花生壳总黄酮提取率的
影响。
1.2.5　提取花生壳总黄酮的 Box-Behnken设计实
验　从单因素实验结果可知 ,提取温度 、料液比和乙
醇浓度是影响从花生壳中提取总黄酮的关键条件 ,
因此选择上述 3个因子为研究对象 ,自变量按 xi=
(Xi-X0)/■Xi进行编码变换 ,式中 xi为自变量 Xi
的编码值 , X0 为自变量 Xi在中心点的值 , ■Xi为自
变量变化步长 。并以花生壳总黄酮提取率为响应
值 ,设计 Box-Behnken实验 。用标准多项式回归方
法 ,对实验数据进行拟合 ,得到一个二次多项式:
Y=β 0 +΢βixi+΢βiix2i+΢βijxixj
式中 , Y为预测响应值 , β 0为截距 , βi为线性系数 , βi
为平方系数 , βij为交互作用系数。
本阶段实验辅助软件为 DesignExpert软件
(Version7.0.2, Stat-EaseInc., Minneapolis, USA)。
实际考察的变量及其实验水平编码见表 1 ,采用多元
回归技术 ,拟合二次多项模型的 Box-Behnken设计
表略 。
表 1　Box-Behnken设计实验因素水平及编码
自变量 代码 编码水平未编码 已编码 -1 0 1
温度(℃) X1 x1 40 50 60
料液比 X2 x2 1∶20 1∶25 1∶30
乙醇浓度(%) X3 x3 70 80 90
　注:x1 =(X1 -50)/10;x2 =(X2 -25)/5;x3 =
(X3 -80)/10。
2　结果与分析
2.1　花生壳总黄酮平均含量的测定结果
按照 1.2.2的测定方法测得花生壳总黄酮平均
含量为 3.15%。本结果以花生壳总黄酮的实际真实
含量作为以下计算提取率的依据 。
2.2　提取单因素对花生壳总黄酮提取率的影响
2.2.1　提取剂的确定　分别用蒸馏水 、碱性水溶液 、
80%丙酮 、乙酸乙酯 、70%甲醇 、70%乙醇作为提取剂 ,
按照 1.2.2的方法在 50℃回流提取 2h,料液比 1∶25,
花生壳总黄酮提取率分别为 13.42%、 67.38%、
43.67%、23.51%、84.37%、87.28%。蒸馏水 、丙酮和
乙酸乙酯提取率较低 ,乙醇和甲醇提取率较高 ,相比之
下乙醇的安全性较高 ,选用乙醇为溶剂较适宜。
图 1　乙醇浓度对花生壳总黄酮提取率的影响
2.2.2　乙醇浓度对提取率的影响　在提取温度 50℃、
料液比 1∶25、提取时间 2h条件下 ,乙醇浓度对花生壳
总黄酮提取率的影响见图 1。由图 1可知 ,随乙醇浓
度的增加 ,花生壳总黄酮提取率呈上升趋势 ,说明乙醇
浓度对提取率影响较显著 ,乙醇浓度太小 ,则原料提取
不完全 ,不能将所有的黄酮类化合物转移到提取液中;
乙醇浓度太大 ,则产生很大的渗透压 ,影响黄酮类化合
物的提取浓度。实验过程中发现 ,当乙醇浓度较低时 ,
提取液在存放时易腐败变质 ,其原因是由于乙醇浓度
较低时 ,水作为了提取剂 ,易把蛋白质 、糖类等易溶于
水的物质提取出来 ,从而导致了霉变。当乙醇浓度超
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过 80%时 ,提取液颜色加深 ,说明各种杂质的溶出液
增多 ,也给后续的精制处理带来较大的困难 ,因此确定
乙醇浓度在 80%左右为宜。
2.2.3　提取温度对提取率的影响　在乙醇浓度 80%、
料液比 1∶25、提取时间 2h条件下 ,提取温度对花生壳
总黄酮提取率的影响见图 2。由图 2可知 ,随着温度
的升高 ,有利于花生壳总黄酮提取效率的提高 。黄酮
类化合物在乙醇溶液中的溶解度随温度的升高而增
加 ,当温度达到一定值时 ,黄酮类化合物的提取除了溶
剂效应外 ,还伴随着热效应的影响;当温度超过乙醇的
沸点时 ,乙醇会挥发 ,此时黄酮类化合物的提取主要是
热浸提 ,而乙醇提取处于次要地位。当提取温度在 40
～ 70℃时 ,花生壳总黄酮提取率变化不大 ,当温度超过
70℃时 ,热提取和乙醇提取的共同作用提取黄酮类化
合物 ,温度超过了乙醇的沸点 ,导致已不再属于有机溶
剂提取的范围。
图 2　提取温度对花生壳总黄酮提取率的影响
2.2.4　料液比对提取率的影响　在乙醇浓度 80%、提
取时间 2h、提取温度 50℃条件下 ,料液比对花生壳总
黄酮提取率的影响见图 3。由图 3可知 ,随着乙醇溶
剂量的增加 ,花生壳总黄酮提取率逐渐增加 ,这是因为
溶剂量的增加提高了花生壳与溶剂间黄酮类化合物的
浓度差 ,从而减少了花生壳中黄酮类物质的残留量 ,因
此可提高提取率 ,但是随着溶剂量的增加 ,回收试剂的
时间较长 ,能耗较高 ,造成资源浪费。当料液比为 1∶25
时 ,提取率达到 92.78%,已达到较好的提取效果 ,考
虑到本实验中只提取一次 ,应适当增加溶剂量 ,故料液
比以 1∶25为宜。
图 3　料液比对花生壳总黄酮提取率的影响
2.2.5　提取时间对提取率的影响　在乙醇浓度 80%、
料液比 1∶25、提取温度 50℃条件下 ,提取时间对花生
壳总黄酮提取率的影响见图 4。由图 4可知 ,花生壳
总黄酮提取率随提取时间的增加而提高 ,但是超过 2h
以后 ,提取率维持在一个相对稳定的状态下 ,增加的幅
度基本不变 ,再继续增加提取时间对提取效果影响不
大 ,因此可将提取时间确定在 2 ～ 2.5h之间 。
图 4　提取时间对花生壳总黄酮提取率的影响
2.3　响应面分析法优化花生壳总黄酮提取工艺条件
2.3.1　模型方程的建立与显著性检验 　Box-
Benhnken设计实验方案及实验结果表略。以花生壳
总黄酮提取率为响应值(Y),通过对实验数据进行响
应面分析 ,经二次回归拟合后求得响应函数 ,即回归方
程为 Y=92.06+7.65x1 +0.27x2 +4.08x3 +4.94x1x2 +
0.43x1x3 -1.64x2x3 -0.67x21 -7.41x22 -6.07x23
由以上方程得出 α-淀粉酶活性预测值(略)。
由该方程的方差分析(表略)可见 ,该模型较显著
(P=0.0198),模型的校正确定系数 R2Adj=0.8058,表
明模型能解释花生壳总黄酮提取率响应值的变化 ,因
而该模型与实际情况拟合较好。
由回归方程系数显著性检验表明(表略),提取温
度和乙醇浓度对花生壳总黄酮提取率的线性效应皆显
著;料液比和乙醇浓度对花生壳总黄酮提取率的曲面
效应也显著;提取温度和料液比的交互作用显著 ,而提
取温度和乙醇浓度 、料液比和乙醇浓度的交互影响不
显著。
2.3.2　花生壳总黄酮提取率的响应面分析　由回归
方程所作的响应曲面图及其等高线图如图 5、图 6和
图 7所示。各因素及其交互作用对响应值的影响结果
可通过该组图直观反映出来。
　　从图 5等高线图可以直观地看出 ,在乙醇浓度为
80%时 ,提取温度与料液比对花生壳总黄酮提取产量
的交互作用显著。因为等高线的形状反映交互效应的
强弱大小 ,椭圆形表示两因素交互作用显著。提取温
度较低时 ,要得到较高的提取产量必须加大料液比 ,而
提取温度高时 ,较低的料液比就能达到较高的提取产
量。由此可见 ,适当提高温度 ,降低提取液的用量 ,可
提高总黄酮的产量。
料液比为 1∶25时 ,提取温度和乙醇浓度对总黄酮
提取率的交互作用如图 6所示。提取温度较低时 ,要
得到较高的总黄酮提取率必须增加乙醇浓度 ,而提取
温度较高时 ,较低的乙醇浓度就能达到较高的提取率 。
由此可见 ,提高提取温度和降低提取液的浓度 ,可提高
总黄酮提取率。
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　　提取温度为 50℃时 ,乙醇浓度和料液比对总黄酮
提取率的交互作用如图 7所示 。适当加大料液比就能
在低浓度的提取液作用下提高总黄酮的提取量。由曲
面图可知 ,在一定的料液比范围内 ,随着料液比的增
大 ,花生壳总黄酮的提取量增加;料液比超过一定范围
后 ,总黄酮的提取量反而下降。
2.3.3　花生壳总黄酮最佳提取工艺参数的优化　由
回归模型来预测花生壳总黄酮提取率大于 90%的最
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表 3　回归模型所优化的提取工艺参数的验证结果
实验号 因素 总黄酮提取率(%)提取温度(℃) 料液比 乙醇浓度(%) 预测值 实验值 相对误差(%)
1 60 1∶25 90 97.4850 92.37 -5.25
2 50 1∶25 80 92.0600 90.58 -1.61
3 60 1∶30 80 96.8463 90.16 -6.90
4 52 1∶23 77 89.8824 91.67 1.99
5 48 1∶24 78 89.2433 92.87 4.06
6 48 1∶24 84 91.1087 91.84 0.80
7 57 1∶26 86 97.7842 90.57 -7.38
8 59 1∶29 84 97.7261 91.82 -6.04
9 57 1∶26 78 96.4862 93.26 -3.34
10 53 1∶27 84 94.2598 92.51 -1.86
11 57 1∶25 84 97.8700 90.53 -7.50
优条件 ,利用统计软件 Design-Expert分析 ,得到结
果见表 2。
表 2　回归模型所优化的提取工艺参数
结果
因素
提取温度
(℃) 料液比
乙醇浓度
(%)
预测值(%)合意性
1 60 1∶25 90 97.4850 1
2 50 1∶25 80 92.0600 1
3 60 1∶30 80 96.8463 1
4 52.33 1∶23.37 76.98 90.5703 1
5 48.59 1∶24.27 78.82 90.2894 1
6 47.75 1∶23.89 84.21 90.8805 1
7 57.04 1∶24.94 86.50 97.3663 1
8 59.29 1∶28.92 84.50 98.0575 1
9 56.90 1∶26.37 78.06 96.4886 1
10 53.25 1∶27.57 84.20 93.8300 1
11 56.69 1∶25.47 84.94 97.7479 1
　　从表 2可知 ,花生壳总黄酮提取率大于 90%的
提取条件:提取温度 X1 =47.75 ～ 60℃,料液比 X2 =
1∶23.89 ～ 1∶30,乙醇浓度 X3 =76.98% ～ 90%,优化
出 11组花生壳总黄酮提取工艺参数 。
2.3.4　模型的验证　经上述分析 ,按表 2中提取温
度 、料液比和乙醇浓度提取工艺参数进行验证 ,表 3
统计了按回归模型所预测的提取工艺参数的验证
结果。
从表 3可以看出 ,按照所优化的提取工艺参数
进行从花生壳中提取黄酮实验 ,结果表明 ,花生壳总
黄酮提取率均大于 90%,相对误差均小于 10%,证明
应用响应曲面法优化的花生壳总黄酮提取工艺是可
行的。
3　结论
首次将响应面分析法用于花生壳总黄酮化合物
提取工艺参数的优化 ,获得良好的结果。经响应曲
面法优化的花生壳总黄酮提取率大于 90%的优化工
艺参数为:提取温度 47.75 ～ 60℃,料液比 1∶23.89 ～
1∶30和乙醇浓度 76.98% ～ 90%,优化出 11组花生
壳总黄酮提取工艺参数 ,经检验证明该 11组提取工
艺参数是合理可靠的。
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