山楂皮渣中總黃酮的超聲波輔助提取工藝研究

李佳秀，劉慧，張春嶺，陳大磊，焦中高

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所，河南鄭州450009）

山楂皮渣中總黃酮的超聲波輔助提取工藝研究

李佳秀，劉慧，張春嶺，陳大磊，焦中高*

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所，河南鄭州450009）

為充分利用山楂資源，以山楂酒生產(chǎn)剩余的皮渣為試驗(yàn)材料，乙醇溶液為提取溶劑，采用正交試驗(yàn)優(yōu)化山楂皮渣中總黃酮的超聲波輔助提取工藝條件。結(jié)果表明，山楂皮渣中含有大量的黃酮類化合物，應(yīng)用超聲波輔助提取技術(shù)可實(shí)現(xiàn)其中總黃酮的快速提取。在100 W超聲功率下山楂皮渣中總黃酮的最佳提取工藝條件為：乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%、料液比1/10、提取時(shí)間30 min、提取溫度80℃、提取次數(shù)4次，山楂皮渣中總黃酮的提取得率可達(dá)到4.41%。

山楂；皮渣；黃酮；提取

山楂也叫紅果、山里紅等，為薔薇科植物山楂（Crataegus pinnatifidaBge.）的干燥成熟果實(shí)，是我國(guó)傳統(tǒng)的藥食兩用中藥材之一，具有消食健胃，行氣散瘀，化濁降脂等功效[1]?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，山楂富含多種有機(jī)酸、黃酮類化合物等生物活性成分，具有抗氧化、降血脂、降血壓、降血糖、抗腫瘤、調(diào)節(jié)免疫等生物活性，對(duì)心腦血管疾病、癌癥等的預(yù)防和治療具有重要作用[2-4]。其中，黃酮類化合物由于含量高、藥理作用效果顯著而受到廣泛關(guān)注，山楂果實(shí)、葉中黃酮類化合物的提取、純化、活性評(píng)價(jià)與發(fā)掘成為研究的熱點(diǎn)[5-6]。目前關(guān)于山楂果實(shí)、葉、核（籽）中黃酮類化合物的提取與分離純化已有較多研究[7-15]，對(duì)山楂皮渣中黃酮類化合物的研究鮮見報(bào)道。

我國(guó)山楂資源十分豐富，大部分地區(qū)都有山楂栽培，尤其是在山區(qū)、丘陵地帶，種植更為普遍。近年來隨著人們生活水平的提高和健康意識(shí)的增強(qiáng)，具備一定保健功能的山楂果酒、果醋、果汁等山楂加工業(yè)得到了較快的發(fā)展，產(chǎn)生了大量的皮渣。目前這些皮渣大多被廢棄，造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。本研究以山楂酒生產(chǎn)剩余的皮渣為試驗(yàn)材料，采用超聲波輔助技術(shù)提取其中的黃酮類物質(zhì)，對(duì)提取工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，以期為山楂皮渣的綜合利用提供理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

山楂皮渣：為生產(chǎn)山楂酒剩余的干燥皮渣，由河南登封三楂紅酒業(yè)有限公司提供，分離除去山楂核（籽）后粉碎，過40目篩備用。

蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品：中國(guó)食品藥品檢定研究院；無水乙醇、亞硝酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉等均為國(guó)產(chǎn)分析純?cè)噭?/p>

1.2 儀器與設(shè)備

JK 500 DV雙頻恒溫超聲波清洗器：合肥金尼克機(jī)械制造有限公司；Specord 50紫外-可見分光光度計(jì)：德國(guó)Analytic Jena公司；BS214D電子天平：德國(guó)賽多利斯公司；H2050R臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)：湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司。

1.3方法

1.3.1 山楂皮渣總黃酮的提取

準(zhǔn)確稱取2 g山楂皮渣粉，按照不同料液比要求加入乙醇溶液，搖勻，放在超聲波清洗器中于100 W功率條件下進(jìn)行超聲波輔助提取，提取完成后離心分離，收集上清液，定容后測(cè)定提取液中的總黃酮含量，并按以下公式計(jì)算提取率。

1.3.2 提取液中總黃酮含量的測(cè)定

硝酸鋁比色法[16]，以蘆丁為標(biāo)準(zhǔn)品。

1.3.3 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響

按照1.3.1的方法，設(shè)定料液比1/15、提取溫度80℃、提取時(shí)間30 min、提取次數(shù)2次，分別用體積分?jǐn)?shù)為40%、50%、60%、70%、80%的乙醇溶液進(jìn)行超聲波輔助提取，考察乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響。

1.3.4 提取時(shí)間對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響

按照1.3.1的方法，設(shè)定乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、料液比1/15、提取溫度80℃、提取次數(shù)2次，分別提取10 min、20 min、30 min、40 min、50 min，考察提取時(shí)間對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響。

1.3.5 提取溫度對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響

按照1.3.1的方法，設(shè)定乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、料液比1/15、提取時(shí)間30 min、提取次數(shù)2次，分別在60℃、70℃、80℃、90℃條件下提取，考察提取溫度對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響。

1.3.6 料液比對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響

按照1.3.1的方法，設(shè)定提取溫度80℃、提取時(shí)間30min、提取次數(shù)2次，分別按照1/5、1/10、1/15、1/20的料液比加入體積分?jǐn)?shù)為60%的乙醇溶液進(jìn)行超聲輔助提取，考察料液比對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響。

1.3.7 提取次數(shù)對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響

按照1.3.1的方法，設(shè)定乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、料液比1/15、提取溫度80℃、提取時(shí)間30 min，分別提取1、2、3、4次，考察提取次數(shù)對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響。

1.3.8 山楂皮渣中總黃酮提取工藝正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，按照乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間、提取溫度、料液比、提取次數(shù)做5因素4水平正交試驗(yàn)。采用DPS軟件對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析和極差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響

山楂黃酮類化合物的提取通常用乙醇溶液作為溶劑[11，17-21]，不同體積分?jǐn)?shù)乙醇溶液對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響如圖1所示。由圖1可以看出，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，山楂皮渣中總黃酮的提取率也不斷增加，并在乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%時(shí)達(dá)到最高，進(jìn)一步提高乙醇體積分?jǐn)?shù)則造成提取率的下降。因此，乙醇體積分?jǐn)?shù)過高或過低均不利于山楂皮渣中總黃酮的提取，乙醇體積分?jǐn)?shù)以60%～70%為宜。

圖1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響Fig.1 Effect of ethanol concentration on the yield of total flavonoids from hawthorn pomace

2.2 提取時(shí)間對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響

提取時(shí)間對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響如圖2所示。由圖2可以看出，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，山楂皮渣中總黃酮的提取率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。當(dāng)提取時(shí)間為40 min時(shí)，山楂皮渣總黃酮的提取率達(dá)到最大值，但與提取時(shí)間為20min、30min時(shí)的提取率差異不顯著。因此，考慮到實(shí)際操作中的效率問題，適宜的提取時(shí)間應(yīng)為20～30 min。

圖2 提取時(shí)間對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響Fig.2 Effect of extraction time on the yield of total flavonoids from hawthorn pomace

2.3 提取溫度對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響

提取溫度對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響如圖3所示。由圖3可以看出，隨著提取溫度的升高，山楂皮渣中總黃酮的提取率也隨之逐漸增大，并在提取溫度為80℃時(shí)達(dá)到最大值，當(dāng)再進(jìn)一步升高提取溫度時(shí)，提取率則略有降低。這可能是溫度過高，會(huì)加速山楂皮渣黃酮類化合物的氧化，造成總黃酮損失較多。因此，山楂皮渣中總黃酮的提取溫度以80℃左右為宜。

圖3 提取溫度對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響Fig.3 Effect of extraction temperature on the yield of total flavonoids from hawthorn pomace

2.4 料液比對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響

不同料液比對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響如圖4所示。由圖4可以看出，料液比為1/5時(shí)，由于溶劑體積過小，總黃酮溶出量較小，隨著溶劑用量的增加，總黃酮提取率也快速增加，料液比達(dá)到1/15時(shí)提取率基本趨于恒定，說明此時(shí)的溶劑用量已基本滿足山楂皮渣中總黃酮提取的需要?？紤]到溶劑成本和后續(xù)的分離純化等因素，山楂皮渣中總黃酮提取的料液比以1/15左右比較適宜。

圖4 料液比對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響Fig.4 Effect of material/liquid ratio on the yield of total flavonoids from hawthorn pomace

2.5 提取次數(shù)對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響

圖5 提取次數(shù)對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響Fig.5 Effect of extraction times on the yield of total flavonoids from hawthorn pomace

在靜態(tài)提取過程中，提取次數(shù)對(duì)于最終產(chǎn)物得率具有重要影響。不同提取次數(shù)對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響如圖5所示。由圖5可以看出，隨著提取次數(shù)增加，山楂皮渣中總黃酮的提取率也逐漸增加。然而，在實(shí)際操作中，過度增加提取次數(shù)不僅會(huì)大大增加溶劑消耗，提高生產(chǎn)成本，而且會(huì)加大后續(xù)工序的處理量，降低生產(chǎn)效率。因此，在保證基本提取效果的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能減少提取次數(shù)。綜合考慮生產(chǎn)成本和提取效果，在此提取條件下，山楂皮渣中總黃酮的提取次數(shù)以2～3次為宜。

2.6 山楂皮渣中總黃酮提取工藝正交試驗(yàn)

為了探索影響山楂皮渣中總黃酮提取各因素的主次關(guān)系和交互作用，按照乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間、提取溫度、料液比、提取次數(shù)做5因素4水平正交試驗(yàn)。正交試驗(yàn)因素及水平設(shè)置如表1所示，試驗(yàn)結(jié)果與極差分析和方差分析見表2、表3。

表1 山楂皮渣中總黃酮提取工藝正交試驗(yàn)因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal tests for total flavanoids extraction process optimization from hawthorn pomace

表2 山楂皮渣中總黃酮提取工藝正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal tests for total flavanoids extraction process optimization from hawthorn pomace

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal tests result

由極差分析和方差分析結(jié)果（表2、表3）可以看出，在試驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，5個(gè)因素對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取的影響大小依次為乙醇體積分?jǐn)?shù)（A）＞提取次數(shù)（E）＞料液比（B）＞提取溫度（D）＞提取時(shí)間（C），乙醇體積分?jǐn)?shù)（A）、料液比（B）和提取次數(shù)（E）對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取有極顯著影響（P＜0.01），提取溫度（D）對(duì)山楂皮渣中總黃酮提取有顯著影響（P＜0.05）。在試驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，優(yōu)化得到超聲波輔助提取山楂皮渣中總黃酮的最佳提取工藝條件為A2B2C3D3E4，即乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%、料液比1/10、提取時(shí)間30 min、提取溫度80℃、提取次數(shù)4次。在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，山楂皮渣中總黃酮的提取得率可達(dá)到4.41%。

3 結(jié)論

山楂皮渣中含有大量的黃酮類化合物，應(yīng)用超聲波輔助提取技術(shù)可實(shí)現(xiàn)其中的總黃酮的快速提取。在100 W超聲功率下，山楂皮渣中總黃酮提取的最佳提取工藝條件為：乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、料液比1/10、提取時(shí)間30 min、提取溫度80℃、提取次數(shù)4次。在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，山楂皮渣中總黃酮的提取得率可達(dá)到4.41%。

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Optimization of ultrasonic extraction of total flavonoids from hawthorn pomace

LI Jiaxiu,LIU Hui,ZHANG Chunling,CHEN Dalei,JIAO Zhonggao*
(Zhengzhou Fruit Research Institute,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450009,China)

With the aim of making full use of hawthorn,using hawthorn pomace which was the by-product of hawthorn wine making industry as material,the optimal condition for ultrasonic extraction of total flavonoids from hawthorn pomace was investigated by orthogonal test with ethanol as extraction solvent.Results showed that there were large amounts of flavonoids in hawthorn pomace,and the flavonoids could be extracted easily from hawthorn pomace using ultrasonic-assisted technology.The optimum condition for total flavonoids extraction from hawthorn pomace at ultrasonic power 100 W was ethanol concentration 60%,solid-liquid ratio 1/10,extraction time 30 min,temperature 80℃and extraction times 4.Under the optimal extraction condition,the yield of total flavonoids from hawthorn pomace was 4.41%.

hawthorn;pomace;flavonoid;extraction

TS261.9

A

0254-5071（2014）11-0106-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2014.11.024

2014-09-13

鄭州市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目（131PZDGC113）

李佳秀（1989-），女，碩士研究生，研究方向?yàn)楣窢I(yíng)養(yǎng)與加工。

*通訊作者：焦中高（1972-），男，副研究員，博士，研究方向?yàn)楣窢I(yíng)養(yǎng)與保鮮加工。