香蕉皮類胡蘿卜素提取工藝條件的研究

吳青瑩，宋瑩瑩，邢思熙，韓　旭，魏子璇，王歲樓

(中國藥科大學(xué)工學(xué)院，南京　211198)

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香蕉皮類胡蘿卜素提取工藝條件的研究

吳青瑩，宋瑩瑩，邢思熙，韓旭，魏子璇，王歲樓

(中國藥科大學(xué)工學(xué)院，南京211198)

摘要：為探究香蕉皮類胡蘿卜素提取及綜合利用的可能性，采用單因素試驗與正交試驗相結(jié)合的方法優(yōu)化香蕉皮類胡蘿卜素的提取工藝條件。結(jié)果表明：其最佳提取工藝條件為：以丙酮為提取溶劑、料液比1∶25、提取溫度45℃、提取時間75min，在此工藝條件下可獲得最佳提取效果，類胡蘿卜素提取量平均值為12.541 mg/g。另用超聲波輔助提取法，得到香蕉皮中類胡蘿卜素提取量平均值為13.740mg/g，在提取時間僅為20min的情況下，比普通浸提法的提取量增加了9.56%，提取效率大大提高。

關(guān)鍵詞：香蕉皮；類胡蘿卜素；提取工藝

類胡蘿卜素在自然界分布廣泛，具有多種生物活性與功能，能預(yù)防夜盲癥、抗氧化、防癌癥、促進骨健康、預(yù)防骨質(zhì)疏松癥、預(yù)防心血管疾病等[1，2]。香蕉是世界上銷量最大的水果，近年來全球每年產(chǎn)量超過 8 000 萬t[3]，我國的香蕉產(chǎn)量也居世界前列。香蕉皮占香蕉全果重量35%～41%，一般都被丟棄，既污染環(huán)境，又浪費資源[4]。但據(jù)介紹，香蕉皮因為含有許多生物活性物質(zhì)，目前已有從香蕉皮提取多糖、多酚、黃酮、單寧、果膠、有機酸、膳食纖維等的報道[5，6]，但還沒有提取類胡蘿卜素等功能性色素的報道。本文探索從香蕉皮提取類胡蘿卜素及蕉皮素等功能性色素的可能性，并優(yōu)化提取工藝，為香蕉皮綜合利用提供參考。

1材料與方法

1.1試劑和儀器

1.1.1主要試劑主要試劑：檸檬酸，AR(南京化學(xué)試劑有限公司)抗壞血酸；AR(國藥集團化學(xué)試劑有限公司)；無水乙醇，AR(上海泰坦科技股份有限公司)；丙酮，AR(南京化學(xué)試劑有限公司)；石油醚，AR(無錫市亞盛化工有限公司)；正己烷，AR(江蘇強盛功能化學(xué)股份有限公司)；乙酸乙酯，AR(江蘇強盛功能化學(xué)股份有限公司)。

1.1.2主要儀器 主要儀器：真空干燥箱，DZF-6050(上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠)；500g搖擺式高速中藥粉碎，DFY-500(溫嶺林大機械有限公司)；電子天平，DV215CD(OHAUS CORPORATION，USA)；全溫振蕩培養(yǎng)箱，HZQ-F160(江蘇太倉市實驗設(shè)備廠)；紫外可見分光光度計，TU-1810(北京普析通用儀器有限責任公司)；高速臺式離心機，TGL-16G(上海安亭科學(xué)儀器廠)；超聲波清洗器，KH-100B(昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司)。

1.2香蕉皮的預(yù)處理

試驗用香蕉產(chǎn)自海南，購于南京市場。剝下的香蕉皮參考賈寶珠[7]等人的方法，清洗香蕉皮，并置于護色液(0.4%檸檬酸、0.1%抗壞血酸)中浸泡5min，50℃真空干燥箱中烘干，粉碎并過40目篩，得香蕉皮粉末。

1.3類胡蘿卜素的提取

稱取1g香蕉皮粉末，以一定料液比加入浸提溶劑，在一定溫度下攪拌輔助提取一定時間后，4 000r/min條件下離心5min，取上清液即為粗提液。

1.4類胡蘿卜素含量測定

在475nm下測粗提液的吸光度，根據(jù)標準曲線計算類胡蘿卜素含量。

y=0.003 6x+0.001 2

(1)

(1)式中，y為吸光度A、x為濃度C(μg/mL)。

1.5單因素試驗設(shè)計

1.5.1提取溶劑對香蕉皮中類胡蘿卜素提取的影響 稱取香蕉皮粉末1g，提取溶劑分別選擇無水乙醇、石油醚、丙酮、乙酸乙酯、正己烷，溫度為20℃，料液比為1∶20g/mL，時間為60min條件下浸提。

1.5.2溫度對香蕉皮中類胡蘿卜素提取的影響稱取香蕉皮粉末1g，溫度分別選擇15、25、35、45、55℃五個水平，浸提溶劑為丙酮，料液比為1∶20g/mL，時間為60min條件下浸提。

1.5.3時間對香蕉皮中類胡蘿卜素提取的影響稱取香蕉皮粉末1g，時間分別選擇45、60、75、90、105、120min五個水平，浸提溶劑為丙酮，溫度為20℃，料液比為1∶20g/mL條件下浸提。

1.5.4料液比對香蕉皮中類胡蘿卜素提取的影響稱取香蕉皮粉末1g，料液比分別選擇1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30g/mL五個水平，浸提溶劑為丙酮，溫度為20℃，時間為60min條件下浸提。

1.6正交試驗設(shè)計

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，采用L9(34)正交試驗設(shè)計方法，對影響香蕉皮類胡蘿卜素提取的主要因素(提取溫度、提取時間、料液比)進行進一步優(yōu)化研究，各因素及水平見表1。

表1　正交試驗的因素及水平

1.7超聲波輔助提取法

超聲波輔助提取能在較短時間內(nèi)達到高效提取的目的[8]，常用于中藥材和各種動植物有效含量的提取。稱取1g香蕉皮粉末，以1∶20的料液比加入溶劑丙酮，在室溫下，超聲波功率100W時，提取20min。

2結(jié)果與分析

2.1不同提取溶劑對香蕉皮類胡蘿卜素提取的影響

由圖1可知，提取溶劑對提取效果影響明顯，其順序為丙酮>正己烷>無水乙醇>乙酸乙酯>石油醚，即選擇最佳提取溶劑為丙酮。類胡蘿卜素是一類極端親脂的化合物，幾乎不溶于水，故用有機溶劑浸提。根據(jù)相似相溶原理，溶劑極性大小會對類胡蘿卜素的提取產(chǎn)生影響。本研究表明香蕉皮中類胡蘿卜素在丙酮中溶解性最好，說明香蕉皮中類胡蘿卜素更易溶解于極性強的溶劑。

圖1　不同提取溶劑對香蕉皮類胡蘿卜素提取的影響

2.2不同提取溫度對香蕉皮類胡蘿卜素提取的影響

由圖2可知，高溫可加速浸提，但是過高的溫度也會導(dǎo)致類胡蘿卜素分解失活，綜合考慮選擇最佳提取溫度為45℃。溫度對提取效率影響較大，較高的溫度可加快色素擴散速率，從而提高提取效率。但是溫度過高，溶劑的選擇性變差，會有大量非色素雜質(zhì)溶解出來，同時高溫也會破壞色素成分，所以溫度條件的選擇應(yīng)在兩個影響因素間取得平衡。

圖2　不同提取溫度對香蕉皮類胡蘿卜素提取的影響

2.3不同提取時間對香蕉皮類胡蘿卜素提取的影響

由圖3可知，提取時間為40、60、75min時吸光值均較小且相差不大，超過90min吸光值呈下降趨勢，因為提取時間過長可能會導(dǎo)致雜質(zhì)的溶解和擴散速率增加，因此選擇最佳提取時間為90min。提取時間即溶液中產(chǎn)物濃度與原料中濃度達到平衡所需的時間，實際應(yīng)用中很難達到平衡終點，并且越接近平衡終點色素成分擴散越慢，雜質(zhì)的溶解與擴散反而增加，所以提取時間不能過長。

圖3　不同提取時間對香蕉皮類胡蘿卜素提取的影響

2.4不同料液比對香蕉皮類胡蘿卜素提取的影響

由圖4可知，增加提取溶劑用量，香蕉皮類胡蘿卜素含量呈先升后降再上升的變化趨勢，當料液比為1∶20時吸光值最高，因此選擇最佳料液比為1∶20。料液比越大，類胡蘿卜素的提取量相對越大，但是所得提取液濃度小，不僅浪費溶劑，也給粗提液的后續(xù)處理增加難度。

圖4　不同料液比對香蕉皮類胡蘿卜素提取的影響

2.5正交試驗結(jié)果

由表2可知，各因素的影響次序為：溫度>料液比>時間。當以丙酮為提取溶劑時，香蕉皮類胡蘿卜素的最佳提取工藝條件組合為A2B1C3，即提取溫度45℃、提取時間75min、料液比1∶25。按此最優(yōu)提取條件進行驗證實驗，得到香蕉皮中類胡蘿卜素的平均提取量為12.541mg/g，高于正交試驗任一組合的提取結(jié)果，因此選定該正交試驗優(yōu)化結(jié)果為最佳提取工藝條件。

表2　香蕉皮類胡蘿卜素提取工藝的正交試驗結(jié)果

2.6超聲波輔助提取

按1.7所述方法進行試驗，得到香蕉皮中類胡蘿卜素的平均提取量為13.740mg/g。提取時間僅為20min，可見采用超聲波輔助提取方法可以大大提高提取效率，值得進一步研究探索。

3結(jié)論

以丙酮為溶劑從香蕉皮提取類胡蘿卜素是可行的，其最優(yōu)提取工藝條件為：提取溫度45℃、提取時間75min、料液比1∶25，在此條件下，香蕉皮類胡蘿卜素提取量平均為12.541mg/g。同時初步嘗試了超聲波輔助提取法，獲得類胡蘿卜素提取量平均值為13.740mg/g，在提取時間僅為20min情況下，比普通浸提法的提取量增加了9.56%，提取效率顯著提高，值得進一步研究探索。◇

參考文獻

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[4]趙廣河，陳振林.香蕉皮活性成分及功能作用的研究進展[J].包裝與食品機械，2013，31(2)：42-45.

[5]賈寶珠，鮑金勇，楊公明.香蕉皮中功能性成分的研究進展[J].食品研究與開發(fā)，2014，35(14)：128-134.

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[7]賈寶珠，鮑金勇，鄭曉儀，等.香蕉皮原花色素提取工藝的研究[J].食品工業(yè)科技，2014，6：251-255.

[8]馬少君.柑橘皮類胡蘿卜素提取、活性分析和應(yīng)用研究[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

(責任編輯李燕妮)

基金項目：2015年國家大學(xué)生創(chuàng)新計劃項目(項目編號：G15005)。

作者簡介：吳青瑩(1995—)，女，本科生，研究方向：食品質(zhì)量與安全。

通訊作者：王歲樓(1961—)，男，博士，教授，從事食品科學(xué)與安全研究。

Research on Carotenoids Extraction Process from Banana Peel

WU Qing-ying，SONG Ying-ying，XING Si-xi，HAN Xu，WEI Zi-xuan，WANG Sui-lou

(Engineering college，China Pharmaceutical University，Nanjing 211198，China)

Abstract：To explore the possibility of extraction and comprehensive utilization of carotenoids from banana peel，the extraction conditions of banana peel carotenoids were optimized by single factor test and orthogonal test.The results showed that the optimum extraction conditions were the solvent acetone，the ratio of material to liquid 1∶25，the extraction temperature 45℃，and the extraction time 75min.The average extraction rate of carotenoids was 12.541mg/g under this condition，which was the best extraction method.In addition，the extraction rate was greatly improved by ultrasonic assisted extraction method，the average content of carotenoids from banana peel was 13.740 mg/g.

Keywords：banana peel；carotenoids；extraction process