香蕉皮原花色素提取工藝的研究

賈寶珠，鮑金勇，鄭曉儀，杜 冰，陳慶發，楊公明

（華南農業大學，廣東廣州510642）

香蕉皮原花色素提取工藝的研究

賈寶珠，鮑金勇，鄭曉儀，杜 冰，陳慶發，楊公明*

（華南農業大學，廣東廣州510642）

以香蕉皮為原料，采用溶劑提取法和超聲波輔助提取法對原花色素的提取工藝進行研究。結果表明，溶劑提取法取原花色素的最佳工藝條件為：丙酮體積分數75%，料液比1∶12g/mL，提取溫度50℃，提取時間90min，原花色素提取得率為0.459%，純度為6.01%；超聲波輔助提取法原花色素的最佳工藝條件為：丙酮體積分數75%，料液比1∶10g/mL，超聲溫度50℃，超聲時間35min，原花色素提取得率為0.685%，純度為9.57%。與單純的溶劑提取法相比，超聲輔助提取法提取得率更高、產品純度更好，是一種高效、節能的提取方法。

原花色素，香蕉皮，超聲輔助提取，工藝優化

香蕉是世界“四大水果”之一，在熱帶和亞熱帶地區廣泛種植[1]。近年來，隨著低溫加工技術的應用和香蕉抗性淀粉等新產品的開發上市，香蕉深加工產業迅速發展。香蕉皮作為香蕉深加工的廢棄物，大量堆積，造成了嚴重的環境污染。但目前國內外對于香蕉的研究和加工都著眼于香蕉果肉上，有關香蕉皮的研究還涉及較少，僅有少量香蕉皮糖類物質和總酚的研究報道[2-5]。

香蕉皮約占香蕉總重的40%，含有多種功能性成分[6]，且富含原花色素。原花色素是一種多酚類化合物，具有很強的抗氧化和清除自由基能力，已被廣泛應用于醫藥、食品及化妝品等諸多領域[7]。目前，香蕉皮原花色素的研究和利用尚無報道。本文研究了從香蕉皮中提取原花色素的工藝，并對溶劑提取法和超聲波輔助提取法進行比較，旨在提供一種優化的香蕉皮提取原花色素的方法和參數。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

香蕉皮 市售香牙蕉，剝離果肉；原花色素標準品 天津市尖峰天然產物研究開發有限公司，UV＞95%；甲醇、乙醇、丙酮、鹽酸、香草醛 分析純，天津市富宇精細化工有限公司。

PL203電子天平 上海梅特勒-托利多儀器有限公司；DXF-04D手提式粉碎機 廣州市大祥電子機械設備有限公司；SHZ-88臺式水浴恒溫振蕩器 江蘇太倉市實驗設備廠；TDL-5-A飛鴿離心機 上海安亭科學儀器廠；RE-32A旋轉蒸發器 上海亞榮生化儀器廠；SHZ-D（Ⅲ）循環水式真空泵 鞏義市予華儀器有限責任公司；KH-100SP雙頻數控超聲波清洗器 昆山禾創超聲儀器有限公司；DGG-9070B電熱恒溫鼓風干燥箱 上海森信實驗儀器有限公司；752N紫外-可見分光光度計 上海儀電分析儀器有限公司。

1.2 原花色素的制備

香蕉皮→護色→低溫烘干→粉碎→過篩→提取→離心→減壓干燥→低溫烘干。

將香蕉皮置于護色液（0.4%檸檬酸，0.1%抗壞血酸）中浸泡3～5min，50℃烘干至含水量低于10%，粉碎，過40目篩，得香蕉皮粉。

準確稱取1.000g香蕉皮粉，以一定料液比加入一定體積分數的提取劑，恒溫反應一定時間后，在4000r/min條件下離心20min，上清液減壓干燥，50℃烘干至含水量低于6%，得香蕉皮原花色素粗提品。

1.3 原花色素的測定

采用香草醛-鹽酸法[8]。香蕉皮原花色素提取得率和純度的計算公式如下：

式中：m0—提取所用香蕉皮粉的質量，g；m1—粗提品中原花色素的質量，g；m2—粗體品的質量，g。

1.4 標準曲線的繪制

準確稱取0.005g原花色素標準品，用70%甲醇溶解，定容至25mL，獲得0.2mg/mL原花色素標準液。分別移取0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00mL原花色素標準液于10mL容量瓶中，用70%甲醇定容。分別取1mL上述原花色素甲醇溶液，加入6.00mL質量分數為4%的香草醛溶液和3.00mL 36%～38%濃鹽酸，搖勻后避光反應30min。以70%甲醇作空白，在500nm處測吸光度。

標準曲線方程：y=1.4536x+0.0012，R2=0.9991。

1.5 溶劑提取法工藝優化

1.5.1 單因素實驗設計

1.5.1.1 溶劑體積分數體積分數對原花色素提取得率的影響 分別以水，30%、45%、60%、75%、90%的乙醇和丙酮為提取劑，在料液比1∶12，提取溫度為60℃的條件下提取2h。測定原花色素的提取得率。

1.5.1.2 料液比對原花色素提取得率的影響 以75%的丙酮為提取劑，分別以料液比1∶10、1∶12、1∶14、1∶16、1∶18g/mL，提取溫度為60℃的條件下提取2h。測定原花色素的提取得率。

1.5.1.4 提取時間對原花色素提取得率的影響 以75%丙酮為提取劑，在料液比1∶12，提取溫度為60℃，提取時間分別為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0h。測定原花色素的提取得率。

1.5.2 正交實驗設計 在溶劑提取法單因素實驗的基礎上，選擇丙酮體積分數、料液比、提取溫度、提取時間4個因素，每個因素選取3個水平，以原花色素的提取得率為考查指標，采用L9（34）正交實驗。溶劑提取法各因素水平的選取如表1所示。

表1 溶劑提取法正交實驗的因素水平Table.1 Factor level of orthogonal experiment of solvent extraction method

1.6 超聲波輔助提取法工藝優化

1.6.1 單因素實驗設計

1.6.1.1 超聲波輔助下溶劑體積分數對原花色素提取得率的影響 分別以30%、45%、60%、75%、90%的乙醇和丙酮為提取劑，以料液比1∶10，在50℃，25Hz超聲波輔助條件下提取30min。測定原花色素的提取得率。

1.6.1.2 超聲波輔助下料液比對原花色素提取得率的影響 以75%丙酮為提取劑，分別以料液比1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14g/mL，在50℃，25Hz超聲波輔助條件下提取30min。測定原花色素的提取得率。

1.6.1.3 超聲時間對原花色素提取得率的影響 以75%丙酮為提取劑，以料液比1∶10g/mL，在50℃，25Hz超聲波輔助條件下，分別提取10、20、30、40、50min。測定原花色素的提取得率。

在制定稅收節約戰略的過程中，應考慮相應的稅收和非稅收因素，全面分析和評價稅法所允許的各種避稅方法的利弊。

1.6.1.4 超聲溫度對原花色素提取得率的影響 以75%丙酮為提取劑，以料液比1∶10g/mL，分別在35、45、55、65、75℃，25Hz超聲波輔助條件下，提取30min。

1.6.2 正交實驗設計 在超聲波輔助提取法單因素實驗的基礎上，選擇丙酮體積分數、料液比、超聲溫度、超聲時間4個因素，每個因素選取3個水平，以原花色素的提取得率為考查指標，采用L9（34）正交實驗。超聲波輔助提取法各因素水平的選取如表2所示。

表2 超聲波輔助提取法正交實驗的因素水平Table.2 Factor level of orthogonal experiment of ultrasound-assisted extraction method

圖1 提取溶劑對原花色素提取得率的影響Fig.1 Effect of different solvents on extraction result

2 結果與分析

2.1 溶劑提取法提取工藝的優化

2.1.1 溶劑體積分數對原花色素提取得率的影響以水為提取劑原花色素提取得率較低，僅為0.120%，不予考慮。由圖1可知，原花色素的提取得率隨溶劑體積分數的增加先增大后減小。溶劑體積分數較低時，乙醇的提取效果較好；當溶劑體積分數大于60%時，丙酮的提取效果優于乙醇，75%丙酮的提取效果最好。這可能是由于原花色素具有較大的極性，易溶于水；但植物中的原花色素通常與蛋白質、多糖等形成氫鍵，有機溶劑具有斷裂氫鍵的作用，因此有機溶劑-水的復合溶劑體系更有利于原花色素的提取。隨著溶劑體積分數的增加，氫鍵破壞能力逐漸增大；然而，水具有穿透植物細胞的作用，溶劑體積分數升高會導致原花色素的滲出量減少[9]。因此，選擇丙酮作為提取劑，其最佳體積分數為75%。

2.1.2 料液比對原花色素提取得率的影響 由圖2可知，原花色素的提取得率隨料液比的增大先增大后減小。當料液比為1∶12g/mL時，原花色素的提取得率最高。此時，香蕉皮中的原花色素幾乎全部被提取出來，增大料液比對提取效果無顯著影響，并且考慮到溶劑成本，選擇1∶12g/mL為最佳料液比。

圖2 料液比對原花色素提取得率的影響Fig.2 Effect of the rate of solution to solid on extraction result

2.1.3 提取溫度對原花色素提取得率的影響 由圖3可知，原花色素的提取得率隨著提取溫度的升高先增大后減小。當提取溫度為55℃時，原花色素的提取得率最高。這可能是由于升高溫度有助于原花色素的提取；但原花色素的熱穩定性較差，溫度過高，原花色素的分子結構易被破壞，發生氧化或降解反應[10]，使得原花色素提取得率降低。由于因此，選擇55℃為最佳提取溫度。

圖3 提取溫度對原花色素提取得率的影響Fig.3 Effect of temperature on extraction result

2.1.4 提取時間對原花色素提取得率的影響 由圖4可知，原花色素的提取得率隨著提取時間的延長先增大后減小。當提取時間為1.5h時，提取得率最高。這可能是由于隨著提取時間的增加，細胞中的原花色素逐漸被提取出來。當提取時間小于1.5h，原花色素提取不充分；當提取溫度達到1.5h時，原花色素幾乎完全被提取出來；但提取時間繼續延長，會引起原花色素結構變化[11]，雜質的浸出量也會增加。因此，選擇1.5h為最佳提取時間。

圖4 提取時間對原花色素提取得率的影響Fig.4 Effect of time on extraction result

2.1.5 溶劑提取法的正交實驗設計 溶劑提取法L9（34）正交實驗結果如表3所示。分析極差R可知，影響原花色素提取效果的因素大小順序為：提取溫度（A）＞料液比（C）＞丙酮體積分數（B）＞提取時間（D）。根據均值大小可知，香蕉皮中原花色素提取的最優條件為：A1B2C2D2，即最佳提取條件為：75%丙酮，料液比1∶12g/mL，50℃提取90min，為正交實驗中的第二組實驗。以優化出的最佳條件，實驗3次，所得原花色素提取得率平均為0.459%，純度為6.01%。

表3 溶劑提取法的正交實驗設計與結果Table.3 Design and result of orthogonal test

2.2 超聲波輔助提取法提取工藝的優化

2.2.1 超聲波輔助下溶劑體積分數對原花色素提取得率的影響 由圖5可知，原花色素的提取得率隨著溶劑體積分數的增大原花色素的提取得率先增大后減小，且丙酮的提取效果明顯優于乙醇。當溶劑體積分數為75%時，原花色素的提取得率達到最高。因此，選擇丙酮作為提取劑，其最佳體積分數為75%。

2.2.2 超聲波輔助下料液比對原花色素提取得率的影響 由圖6可知，原花色素的提取得率隨著料液比的增大先增大后減小。當料液比為1∶10g/mL時，原花色素的提取得率達到最高。這可能是由于在一定范圍內，隨著溶劑體積的增大，原花色素的提取得率逐漸增大；當料液比達到1∶10g/mL時，原花色素幾乎被提取完全；若料液比繼續增大，提取溶劑過剩，多余的提取溶液將會吸收超聲波的能量，影響超聲效果[12]。因此，選擇1∶10g/mL為最佳料液比。

圖5 提取溶劑對原花色素提取得率的影響Fig.5 Effect of different solvents on extraction result

圖6 料液比對原花色素提取得率的影響Fig.6 Effect of the rate of solution to solid on extraction result

2.2.3 超聲時間對原花色素提取得率的影響 由圖7可知，原花色素的提取得率隨著超聲時間的延長先增大后減小。30min時，提取得率達到最大。由于原花色素的結構中含有大量羥基，長時間浸泡，可能會引起原花色素結構的變化；而且超聲時間過長，會造成能源的浪費。因此，考慮到實驗結果和實驗成本，選擇30min為最佳超聲時間。

圖7 超聲時間對原花色素提取得率的影響Fig.7 Effect of ultrasonic time on extraction result

2.2.4 超聲溫度對原花色素提取得率的影響 由圖8可知，原花色素的提取得率隨著溫度的升高先增大后減小。當超聲溫度為55℃時，原花色素提取得率最高。這可能是由于溫度的升高，分子運動速度逐漸加快，有利于細胞內原花色素的滲透、擴散和溶解；但溫度過高會破壞原花色素的結構，原花色素損失嚴重，從而降低原花色素的提取得率。因此，選擇55℃為最佳超聲時間。

圖8 超聲溫度對原花色素提取得率的影響Fig.8 Effect of ultrasonic temperature on extraction result

2.2.5 超聲波輔助提取法的正交實驗設計 超聲波輔助提取法L9（34）正交實驗結果如表4所示。由極差R可知，影響原花色素提取效果的因素大小順序為：丙酮體積分數（A）＞超聲溫度（D）＞料液比（B）＞超聲時間（C）。根據k值大小可知，在超聲波輔助下，香蕉皮中原花色素提取的最優條件為：A2B2C3D1，即75%丙酮，料液比1∶10g/mL，超聲提取35min，超聲溫度為50℃，恰為正交實驗9組中的最大組。以優化出的最佳條件，實驗3次，所得原花色素提取得率平均為0.685%，純度為9.57%。

表4 超聲波輔助提取法的正交實驗設計與結果Table.4 Design and result of orthogonal test

2.3 超聲波輔助提取法與溶劑提取法的對比

取相同質量的香蕉皮粉，分別采用溶劑提取和超聲波輔助提取的最佳工藝條件實驗3次。由圖9可知，超聲波輔助提取法提取原花色素的得率和純度都明顯高于單純溶劑提取法。且超聲波輔助提取法大大縮短了提取時間，同時還減少了提取溶劑的用量。超聲輔助提取法提取時間短、溶劑用量少、提取得率高、產品純度高，是一種高效、節能、環保的提取方法。

圖9 溶劑提取與超聲波輔助提取對原花色素提取得率和純度的影響Fig.9 Comparison method of solvent extraction with ultrasoundassisted extraction on proanthocyanidins yield and purity

3 結論

3.1分別采用溶劑提取法和超聲波輔助提取法對香蕉皮中的原花色素進行提取，并對通過單因素、正交實驗對兩種提取方法的工藝進行了優化。

3.2溶劑提取法的最佳工藝為：丙酮體積分數75%，料液比1∶12，提取溫度50℃，提取時間90min，原花色素的提取得率為0.459%，純度為6.01%。

3.3超聲波輔助提取法的最佳工藝為：丙酮體積分數75%，料液比1∶10，超聲溫度50℃，超聲時間35min，原花色素的提取得率為0.685%，純度為9.57%。

3.4超聲波輔助提取法原花色素的提取得率和純度都明顯高于溶劑提取法，且該法大大縮短了提取時間，同時還減少了提取溶劑的用量，是一種高效、節能、環保的提取方法。

[1]Aurore G，Parfait B，Fahrasmane L.Bananas，raw materials for making processed food products[J].Trends Food Sci Technol，2009（20）：78-91.

[2]Thomas H E，Sébastien N R，Christelle R，et al.Characterisation of pectins eztracted from banana peels（MusaAAA）under different conditions using an experimental design[J].Food Chemistry，2008，108（2）：463-471.

[3]鄭曉燕，章程輝，李積華，等.香蕉皮不溶性纖維酶法水解特性研究[J].食品科技，2010，35（6）：107-111.

[4]Sun J，Li L，You X R.Phenolics and polysaccharides in major tropical fruits：chemical compositions，analytical methods and bioactivities[J].Analytical Methods，2011，3（10）：2212-2220.

[5]Sulaiman S F，Yusoff N，Eldeen I M，et al.Correlation between total phenolic and mineral contents with antioxidant activity of eight Malaysian bananas（Musa sp.）[J].Journal of Food Composition and Analysis，2011，24（1）：1-10.

[6]Albarelli J Q，Rabelo R B，Santos D T，et al.Effects of supercritical carbon dioxide on waste banana peels for heavy metal removal[J].Journal of Super Critical Fluids，2011，58（3）：343-351.

[7]孫傳范.原花色素的研究進展[J].食品與機械，2010，26（4）：146-148.

[8]童愈元，何東平.花生紅衣中紅色素、原花色素的提取工藝研究[J].農業機械，2011（5）：116-119.

[9]唐洪波，馬冰潔，李艷平.葡萄籽中提取原花色素工藝研究[J].糧油加工，2008（10）：73-76.

[10]趙國建.石榴籽原花色素提取純化及其功能性研究[D].楊凌：西北農林科技大學，2009.

[11]羅冠中.原花色素的提取、分離及抗氧化性、穩定性研究[D].天津：天津科技大學，2006.

[12]李超，王衛東，鄭義，等.原花色素的超聲提取工藝研究[J].中國食品添加劑，2010（2）：68-71.

Study on extraction technology of proanthocyanidins from banana peel

JIA Bao-zhu，BAO Jin-yong，ZHENG Xiao-yi，DU Bing，CHEN Qing-fa，YANG Gong-ming*
（South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China）

The condition of extracting proanthocyanidins from banana peel were studied.For solvent extraction method，optimized conditions were 75%acetone，material/liquid ratio 1∶12g/mL，temperature 50℃and extraction time 90min.The yield of proanthocynidins was 0.459%，with a purity about 6.01%.For ultrasound-assisted extraction method，the following conditions were established：75%acetone，the ratio of material to liquid 1∶10g/mL，extracting at 50℃with 35min ultrasonic treatment.The yield was 0.685%，with a purity up to 9.57%. In comparision with solvent extraction method，ultrasound-assisted extraction method achieved higher yield and purity.It was an efficient and energy-saving method on extracting proanthocyanidins from banana peel.

proanthocyanidins；banana peel；ultrasound-assisted extraction；process optimization

TS209

B

1002-0306（2014）06-0251-05

2013－08－01 *通訊聯系人

賈寶珠（1989-），女，在讀碩士研究生，研究方向：食品高新技術。

東莞市科技計劃項目（200910810100600）；廣州市科技計劃項目（12C12101661）。