花生殼中黃酮類(lèi)成分提取純化工藝研究進(jìn)展

趙二勞 楊 潔 趙三虎

(忻州師范學(xué)院化學(xué)系，忻州 034000)

花生是主要油料作物，我國(guó)種植廣泛，產(chǎn)量長(zhǎng)期居世界第二位[1]。當(dāng)前，花生主要開(kāi)發(fā)利用的是花生仁、花生紅衣，而約占花生果質(zhì)量三分之一的花生殼大部用作燃料或廢棄，僅有少量用作飼料或化工原料，既污染環(huán)境，又造成資源極大浪費(fèi)，直接影響了花生綜合利用價(jià)值和花生產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。研究表明，花生殼中含有黃酮類(lèi)成分[2-3]，黃酮類(lèi)化合物不僅具有降血壓、降血脂、擴(kuò)張動(dòng)脈血管等作用，還具有抗氧化、抗腫瘤、抗菌抗炎和增強(qiáng)免疫力等藥理活性，在食品、保健品、醫(yī)藥和化妝品等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景[4-6]。因此，研究花生殼中黃酮提取純化工藝，合理開(kāi)發(fā)利用花生殼中黃酮，對(duì)于有效延長(zhǎng)花生產(chǎn)業(yè)鏈，提高花生資源綜合利用效益，具有極為重要的意義。目前，我國(guó)有關(guān)花生殼黃酮的提取純化研究不少，也取得了一定的成果，但鮮見(jiàn)有關(guān)花生殼黃酮提取純化工藝的總結(jié)報(bào)道。本文對(duì)近十年國(guó)內(nèi)花生殼中黃酮提取純化工藝的研究進(jìn)行綜述，并展望其研究方向，以期為花生殼黃酮深入研究及其在功能食品和藥品等方面的應(yīng)用提供參考。

1 花生殼中黃酮的提取工藝

1.1 溶劑提取工藝

溶劑提取工藝是一種傳統(tǒng)的黃酮提取方法，它是根據(jù)“相似相溶”的原理，利用黃酮類(lèi)化合物在不同溶劑中的溶解性不同，從而把黃酮類(lèi)成分提取分離出來(lái)。影響花生殼中黃酮溶劑提取的因素主要包括提取溫度、提取時(shí)間、溶劑種類(lèi)和料液比等。不同研究者因設(shè)定的工藝參數(shù)不同，得到的最佳工藝參數(shù)也不盡相同。相對(duì)其他提取工藝而言，近十年來(lái)國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)花生殼中黃酮的溶劑提取工藝研究較多，詳細(xì)總結(jié)見(jiàn)表1。由表1可知，花生殼中黃酮的溶劑提取工藝所用溶劑均為乙醇溶液，工藝優(yōu)化方法基本是正交實(shí)驗(yàn)法和響應(yīng)面法，提取方法主要包括：水浴法、浸提法和回流法。就目前情況看，雖然溶劑提取法具有設(shè)備簡(jiǎn)單，易于操作，適合于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，但也存在提取時(shí)間長(zhǎng)，提取效率低等問(wèn)題。因此，雖然溶劑提取仍是花生殼中黃酮提取的最基本方法，但要想取得較理想的提取效率，必須嘗試或研究與其他提取分離技術(shù)協(xié)同進(jìn)行。

1.2 微波輔助提取技術(shù)

微波輔助提取是利用結(jié)構(gòu)不同的物質(zhì)吸收微波能的能力不同，使細(xì)胞被微波選擇性加熱，細(xì)胞吸收了微波能，細(xì)胞內(nèi)溫度迅速升高，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)壓力瞬間變大，細(xì)胞壁膨脹破裂，黃酮類(lèi)成分自由從細(xì)胞內(nèi)部溶出進(jìn)入提取介質(zhì)中[16]。相對(duì)其他提取工藝而言，近十年來(lái)國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)花生殼中黃酮的微波輔助提取工藝研究也較多。有關(guān)花生殼中黃酮的微波輔助提取工藝研究總結(jié)見(jiàn)表2。

由表2可知，微波輔助提取花生殼中黃酮所用溶劑基本都是乙醇溶液(文獻(xiàn)[5]為0.1 mol/L氫氧化鈉溶液)，工藝條件優(yōu)化方法主要是正交試驗(yàn)法和響應(yīng)面法，提取時(shí)間較溶劑法大大縮短。一般認(rèn)為，微波輔助提取花生殼黃酮具有提取率高、選擇性好、提取時(shí)間短、節(jié)能高效，操作簡(jiǎn)便、污染低等優(yōu)點(diǎn)，是一種較為理想的黃酮提取新技術(shù)。但由于適于工業(yè)化生產(chǎn)的微波設(shè)備研發(fā)相對(duì)滯后，目前也僅限于實(shí)驗(yàn)室研究。

表1 花生殼中黃酮溶劑提取工藝

表2 花生殼中黃酮微波輔助提取工藝

注：表示提取黃酮占花生殼中總黃酮的百分率。

1.3 超聲波輔助提取工藝

超聲波輔助提取工藝是利用超聲波具有的空化效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)等，破壞植物細(xì)胞壁，提高細(xì)胞膜及細(xì)胞壁的通透性，增加溶劑穿透力，提高物質(zhì)中有效成分提取的工藝技術(shù)。畢潔等[25]以堿液為提取劑，研究了花生殼黃酮的超聲輔助提取工藝，確定的最佳工藝條件為：NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.15%，料液比1∶50(m/V)，超聲波頻率40 kHz，超聲預(yù)處理時(shí)間15 min，提取溫度90 ℃，提取時(shí)間1.5 h，提取次數(shù)2次。該條件下，黃酮提取量可達(dá)8 mg/g。徐國(guó)梅等[26]以60%的乙酸乙酯為提取劑，超聲波輔助提取花生殼黃酮的最佳工藝條件是：料液比1∶20(m/V)，超聲波頻率80 Hz，提取溫度40 ℃，提取時(shí)間45 min。該條件下，每100 g花生殼中，黃酮最高提取率為3.851%。裘紀(jì)瑩等[27]確定的最佳工藝條件：以體積分?jǐn)?shù)70%乙醇為提取劑，超聲功率120 W，超聲波頻率40 kHz，料液比1∶30(m/V)，提取溫度55 ℃，提取時(shí)間40 min，花生殼黃酮提取率為1.98%。周巾英等[28]在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了花生殼黃酮的超聲輔助提取工藝。結(jié)果表明，超聲輔助提取花生殼黃酮最佳工藝條件：超聲功率100 W，料液比1∶30(m/V)，提取溫度35 ℃，提取時(shí)間40 min。此工藝條件下，花生殼黃酮提取得率為3.458%。郝斯佳等[29]通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)化的花生殼總黃酮超聲輔助提取最佳工藝條件：料液比1∶00(m/V)，乙醇體積分?jǐn)?shù)75%，超聲溫度40 ℃，提取時(shí)間15 min。該提取工藝下，總黃酮的提取率達(dá)到1.586%。因此，超聲輔助提取法具有提取時(shí)間短，提取率高、成本低廉、可有效避免長(zhǎng)時(shí)間高溫對(duì)黃酮的降解，是一種具有實(shí)際應(yīng)用和良好發(fā)展前景的新技術(shù)。但工業(yè)化生產(chǎn)需有效解決超聲的噪音問(wèn)題。

1.4 酶法提取工藝

酶解法是利用酶反應(yīng)高度專(zhuān)業(yè)性的特點(diǎn)，水解花生殼細(xì)胞壁及細(xì)胞間質(zhì)中的纖維素，破壞細(xì)胞壁的致密構(gòu)造，從而減少細(xì)胞壁、細(xì)胞間質(zhì)等對(duì)黃酮的傳質(zhì)阻力，達(dá)到提高提取率。曾超珍等[30]采用單因素試驗(yàn)與響應(yīng)面分析相結(jié)合的方法，研究了花生殼中黃酮類(lèi)化合物的纖維素酶提取工藝，優(yōu)化工藝條件：溶液pH 5.7，纖維素酶用量7.3 mg/g，酶解溫度58 ℃，酶解時(shí)間2.7 h。此工藝條件下，黃酮提取量為2.3 mg/g。李林等[31]研究了纖維素酶輔助提取花生殼總黃酮的工藝，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)確定的纖維素酶輔助提取花生殼總黃酮的工藝：料液比1∶10(m/V)，加酶量0.8%，酶解溫度50 ℃，酶解時(shí)間120 min。在此工藝條件下，花生殼總黃酮提取率為3.08%，比乙醇浸提法提高了43.26%。相對(duì)而言，酶輔助提取工藝不需要特殊設(shè)備，操作簡(jiǎn)便，副反應(yīng)少，提取溫度較低，能夠在很大程度上保證所提黃酮的活性，但也存在不同的酶需有適宜的pH使用范圍，酶解時(shí)間較長(zhǎng)、成本較高等問(wèn)題。目前，有關(guān)花生殼黃酮酶法提取國(guó)內(nèi)相關(guān)研究較少，需深入研究。

1.5 協(xié)同提取工藝

采用兩種方法或多種方法協(xié)同輔助提取花生殼黃酮，可實(shí)現(xiàn)方法的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高黃酮的提取率。王偉[32]研究了超聲-微波輔助提取花生殼總黃酮的提取工藝，通過(guò)響應(yīng)面優(yōu)化的提取工藝：乙醇體積分?jǐn)?shù)60%，換能器功率50 W，料液比1∶20(m/V)，提取時(shí)間120 s。在該工藝條件下，黃酮提取率為6.11%。劉漢文等[33]采用單因素結(jié)合正交實(shí)驗(yàn)的方法研究了超聲微波協(xié)同提取花生殼黃酮的工藝條件，確定的最佳提取工藝條件：以體積分?jǐn)?shù)70%乙醇為提取劑，料液比1∶20(m/V)，超聲功率300 W，微波功率360 W，提取時(shí)間170 s。此工藝條件下，花生殼黃酮提取率為4.65%。楊歡等[6]研究了表面活性劑協(xié)同超聲提取花生殼中黃酮的工藝，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)得到的最佳提取工藝條件：乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，料液比1∶30(m/V)，超聲功率120 W，提取溫度70 ℃，十二烷基硫酸鈉(SDS)加入量4 g/L，提取時(shí)間40 min。此條件下，黃酮提取率達(dá)2.15%，比單純超聲提取(1.42%)提高了51.4%。胡楠等[34]則研究了表面活性劑強(qiáng)化微波提取花生殼黃酮的工藝，確定的最佳提取條件：花生殼粒度80目，乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，料液比1∶5(m/V)，體系pH 3.0，微波功率280 W，非離子表面活性劑B體積濃度0.5%，微波時(shí)間8 min。該工藝條件下，黃酮提取率為4.10%，比傳統(tǒng)水浴加熱法提高了52.4%，比單純微波法提高了30.8%。顯見(jiàn)，采用幾種方法協(xié)同提取花生殼黃酮雖然操作較為繁瑣，但可提高黃酮的提取率，具有開(kāi)發(fā)研究前景。目前國(guó)內(nèi)有關(guān)這方面的研究不多，極有必要加大研究力度，創(chuàng)新花生殼黃酮提取工藝。

2 花生殼黃酮分離純化工藝

由上述工藝提取的花生殼黃酮一般只是一種粗提物，其成分相對(duì)復(fù)雜，純度不高，需進(jìn)一步利用其他方法分離純化，以滿(mǎn)足實(shí)際需要。目前，天然產(chǎn)物黃酮的分離純化方法主要有溶劑萃取法、溶劑浮選法、金屬絡(luò)合法、柱層析法、膜分離法、大孔樹(shù)脂吸附法、高速逆流色譜法和分子印跡法等，但目前國(guó)內(nèi)有關(guān)花生殼中黃酮分離純化研究?jī)H有大孔樹(shù)脂吸附法、高速逆流色譜法、金屬絡(luò)合法及分子印跡法幾種，且多集中于大孔樹(shù)脂吸附法的研究[35-37]。

2.1 花生殼黃酮大孔樹(shù)脂吸附分離純化工藝

大孔吸附樹(shù)脂是不含交換基團(tuán)的高聚物吸附劑，具有吸附和分子篩的雙重作用，可根據(jù)有機(jī)化合物吸附力及其相對(duì)分子大小，選擇吸附其再經(jīng)一定溶劑洗脫而實(shí)現(xiàn)分離。大孔樹(shù)脂的性質(zhì)影響化合物的分離純化效果。畢潔等[38]研究了大孔樹(shù)脂純化堿提花生殼黃酮的工藝條件，選定DM301樹(shù)脂為花生殼黃酮純化較理想樹(shù)脂，確定最佳純化工藝：花生殼黃酮初始濃度0.138 mg/mL，吸附溫度20 ℃，pH 8.5，吸附時(shí)間3.0 h；解吸條件為解吸液乙醇濃度80%，解吸液pH 9.5，解吸液用量7.5 mL/g(濕樹(shù)脂)，解吸時(shí)間5 h。張斌等[39]研究認(rèn)為，AB-8型大孔樹(shù)脂對(duì)花生殼黃酮有較好的吸附分離性能，得到的較優(yōu)吸附分離參數(shù)為樣液pH 6.0，上樣流速1 mL/min，上樣液質(zhì)量濃度0.5 mg/mL，花生黃酮吸附量為9 mg/mL,以70%乙醇洗脫時(shí)，解析率達(dá)94.23%，3BV洗脫液基本能將花生總黃酮洗脫下來(lái)。王秋紅等[40]也認(rèn)為AB-8型大孔樹(shù)脂是花生殼黃酮較好的純化樹(shù)脂，通過(guò)對(duì)花生殼黃酮的間歇和連續(xù)吸附，可將花生殼黃酮粗提取物的純度從38.08%提高到52.57%。邵圣娟[41]研究了D-101樹(shù)脂對(duì)花生殼黃酮的純化工藝，由靜態(tài)吸附曲線(xiàn)得出5 h內(nèi)可達(dá)吸附平衡，動(dòng)態(tài)解吸時(shí)，解吸液乙醇體積分?jǐn)?shù)80%，過(guò)柱濃度0.5 mL/min，洗脫劑用量為4倍床層體積時(shí)，可將黃酮純度由14.2%提高到58.8%。李芳清等[42]研究表明D-101型樹(shù)脂為花生殼黃酮提取液最佳精制純化樹(shù)脂，經(jīng)D-101樹(shù)脂富集純化后，總黃酮含量從粗提物中的11.7%提高到56.8%，木犀草素含量從2.59%提高到9.65%。楊慶利等[43]研究了花生殼黃酮的大孔樹(shù)脂純化工藝，發(fā)現(xiàn)NKA-9樹(shù)脂對(duì)花生殼黃酮的吸附解吸效果較為穩(wěn)定，得出最佳吸附條件溫度35 ℃，樣液pH 7.5，樣液中花生殼黃酮初始濃度0.112 mg/mL，吸附時(shí)間5 h；最佳解吸條件體積分?jǐn)?shù)90%乙醇為解吸液，解吸液用量15 mL/g(濕樹(shù)脂)，解吸液pH 8.5，解吸時(shí)間2 h,該法具有操作簡(jiǎn)便，吸附劑理化性質(zhì)穩(wěn)定，吸附選擇性獨(dú)特，再生簡(jiǎn)便，高效節(jié)能，是一種適合大規(guī)模工藝生產(chǎn)的純化工藝。目前，國(guó)內(nèi)有關(guān)大孔樹(shù)脂分離純化花生殼黃酮的研究相對(duì)其他純化方法較多，但也很少用于生產(chǎn)實(shí)際。

2.2 花生殼黃酮的金屬絡(luò)合純化工藝

金屬絡(luò)合法是利用黃酮類(lèi)化合物與金屬鹽先形成穩(wěn)定絡(luò)合物，過(guò)濾除去萃取液中不能絡(luò)合的雜質(zhì)，再通過(guò)適當(dāng)?shù)慕怆x劑將絡(luò)合態(tài)的黃酮類(lèi)化合物從金屬絡(luò)合物中游離出來(lái)，從而提高黃酮純度的一種方法。田大永等[44]研究Ca2+螯合法純化花生殼黃酮的最優(yōu)工藝條件為黃酮粗提物溶液pH 9.0，CaCI2∶黃酮粗提物質(zhì)量比1∶10，黃酮粗提物初始質(zhì)量濃度10.0 mg/mL，該條件下，黃酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)從11.0%提高到27.84%，黃酮粗提物中木犀草素質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.87%提高到1.97%。黃酮的金屬絡(luò)合純化工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，操作周期短，原料廉價(jià)易得，耗能少，溶劑回收簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，是一種有發(fā)展前景的黃酮純化工藝。目前，有關(guān)花生殼黃酮金屬絡(luò)合純化的研究文獻(xiàn)較少，需深入研究。

2.3 花生殼黃酮的高速逆流色譜分離純化工藝

高速逆流色譜是一種連續(xù)高效無(wú)需任何固態(tài)載體或支撐的液-液分配色譜分離技術(shù)。牛丹丹等[45]采用高速逆流色譜法首次從花生殼黃酮粗提物中一步分離制備了木犀草素、香葉木素和5,7-二羥基色原酮三種黃酮類(lèi)化合物，達(dá)到了較好的分離純化效果。研究確定的分離制備條件以正己烷-乙酸乙酯-甲醇-水-冰醋酸(5∶3∶3.5∶5∶0.25)為兩相溶劑系統(tǒng)，在主機(jī)轉(zhuǎn)速800 r/min，流速2 mL/min，檢測(cè)波長(zhǎng)275 nm條件下，100 min內(nèi)從70 mg花生粗黃酮中分離制備了11.0 mg木犀草素，2.2 mg香葉木素和5.2 mg 5,7-二羥基色原酮。高速逆流色譜操作簡(jiǎn)單快捷，進(jìn)樣量大，回收率高，分離效果高。但儀器相對(duì)昂貴，需專(zhuān)業(yè)人員操作，難以普及。

2.4 花生殼黃酮的分子印跡分離純化工藝

分子印跡技術(shù)是一種新型的分離技術(shù)，通過(guò)制備和目標(biāo)分子具有高度識(shí)別的分子印跡聚合物作為固定相，進(jìn)而對(duì)目標(biāo)分子進(jìn)行識(shí)別和分離的色譜技術(shù)。潘浪勝等[46]研究了利用木犀草素分子印跡聚合物柱層析分離花生殼中黃酮，對(duì)花生殼黃酮粗提物浸膏0.8 g，用甲醇-水(55∶45)溶解，經(jīng)木犀草素分子印跡聚合物柱層析，用甲醇-水(55∶45)洗脫，收集洗脫液，用聚酰胺薄層層析，合并，濃縮，得淺黃色化合物6 mg，經(jīng)鑒定為木犀草素。該技術(shù)的研究未完全成熟，所制聚合物容量小，模板分子在印跡聚合物中的殘留也是一個(gè)亟待解決的技術(shù)難題。有關(guān)分子印跡技術(shù)在花生殼中黃酮的分離應(yīng)用研究較少，距大批量工業(yè)化生產(chǎn)還有很長(zhǎng)的距離。

3 展望

隨著人們生活水平的日益提高和保健意識(shí)的不斷增強(qiáng)，天然功能性產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)已成為食品、醫(yī)藥、保健品及化妝品領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。黃酮類(lèi)化合物因具有抗氧化、抗腫瘤、抗衰老、降血糖、降血脂、提高機(jī)體免疫力等諸多的生理活性，在保健營(yíng)養(yǎng)品、食品添加劑、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)盛產(chǎn)花生，有極為豐富的花生殼資源，提取花生殼中黃酮有得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢(shì)。但目前基本還囿于實(shí)驗(yàn)室研究的初級(jí)階段；而對(duì)花生殼黃酮純化的研究總體不多，還處于起步階段。因此，一方面需對(duì)花生殼黃酮的提取進(jìn)行深入、系統(tǒng)的研究，借鑒國(guó)內(nèi)外其他天然產(chǎn)物功能成分提取分離技術(shù)和成熟經(jīng)驗(yàn)，將一些現(xiàn)代化的提取分離技術(shù)引入到花生殼黃酮的提取純化中，或研究花生殼黃酮的提取分離純化一體化工藝，努力提高產(chǎn)量和效率，實(shí)現(xiàn)研究從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)實(shí)際；另一方面，需深入開(kāi)展花生殼黃酮與生物活性構(gòu)效關(guān)系、作用機(jī)制的研究，解決花生殼黃酮的量效問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)理論指導(dǎo)實(shí)踐。從而實(shí)現(xiàn)花生殼黃酮的規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。使花生殼在發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)人類(lèi)健康中發(fā)揮積極的作用。

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