超聲波輔助提取柑橘皮橙皮苷研究

李雪誼，鄒寧，李建鳳，，*

（1.四川省高等學(xué)校“果類廢棄物資源化”重點實驗室，四川內(nèi)江641100；2.內(nèi)江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，四川內(nèi)江641100）

超聲波輔助提取柑橘皮橙皮苷研究

李雪誼1，鄒寧2，李建鳳1，2，*

（1.四川省高等學(xué)校“果類廢棄物資源化”重點實驗室，四川內(nèi)江641100；2.內(nèi)江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，四川內(nèi)江641100）

以柑橘皮為原料，堿性復(fù)合磷酸鹽水溶液為提取溶劑，采用超聲波輔助提取柑橘皮中的橙皮苷。以橙皮苷提取率為考察指標(biāo)，考察了液料比、提取溫度、超聲功率和提取時間對橙皮苷提取率的影響。通過正交試驗得到了超聲波輔助提取柑橘皮中橙皮苷的合理工藝：液料比為30 mL/g、提取溫度為60℃、超聲功率為240 W、超聲處理時間為30 min。在此工藝下，橙皮苷提取率高、試驗重現(xiàn)性好。

柑橘皮；超聲波輔助提取；橙皮苷；正交設(shè)計

四川內(nèi)江地區(qū)現(xiàn)有柑橘、檸檬等種植面積13萬畝，其附近的安岳現(xiàn)有柑橘、檸檬等種植面積23萬畝，總產(chǎn)值近18億元。內(nèi)江飲料制造企業(yè)每年產(chǎn)生柑橘類果皮渣數(shù)十萬噸，而絕大部分橘類果皮渣直接被丟棄、填埋或小部分加工成飼料，既浪費資源又污染環(huán)境。作為廢棄物的柑橘果皮的深加工，主要以提取香精油［1-2］、果膠［3-5］、多糖［6］、色素［7］、膳食纖維［8］等成分為主，在藥用成分開發(fā)上尚有不足。橙皮苷［9］在柑橘果肉和果皮中的含量較高，橙皮苷具有維持血管正常滲透性，降低毛細(xì)管脆性及通透性的作用，可在臨床上用于防治動脈硬化和心肌梗塞等心血管系統(tǒng)疾病，是開發(fā)利用價值極高的天然植物提取物。如果提取柑橘類果皮渣中橙皮苷，根據(jù)需要而加入到相關(guān)食品、藥品、保健品、化妝品或?qū)⑵溟_發(fā)成其他的化工產(chǎn)品，不僅可使廢渣中的有效成分得到合理利用，實現(xiàn)其應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)價值，還可以緩解其給當(dāng)?shù)丨h(huán)境帶來的巨大壓力。

植物功能性成分種類繁多，常用的提取方法有水提醇沉法［10］、酸浸提法［11］、堿浸提法［12-14］等。但上述方法常常由于能耗大、所需浸提次數(shù)多、收率和純度低等而得不到真正廣泛應(yīng)用。超聲波輔助提取［15］具有操作時間短、受熱均勻、目標(biāo)組分得率高、安全可靠等優(yōu)點。復(fù)合磷酸鹽廣泛應(yīng)用于食品生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，復(fù)合磷酸鹽溶液作為溶劑，不引入其他雜質(zhì)，所得提取物可以直接應(yīng)用于食品生產(chǎn)。復(fù)合磷酸鹽堿性溶液對植物有很好的破壁作用，本文采用復(fù)合磷酸鹽堿性溶液為溶劑，利用超聲波輔助提取柑橘皮中的橙皮苷，采用正交設(shè)計安排試驗，確定其最佳提取工藝，以期為柑橘類果皮渣的橙皮苷的提取利用提供科學(xué)參考。

1試驗部分

1.1儀器與材料

儀器：DFT-100 100 g手提式高速粉碎機(jī)：溫嶺市林大機(jī)械有限公司；CP2202S電子分析天平：賽特利斯（北京）有限公司；離心沉淀器：江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠；KQ-400KDB高功率數(shù)控超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；UV-mini-1240紫外可見分光光度計：島津制作所；DHG-9070A電爐恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海申賢恒溫設(shè)備廠；恒溫水浴鍋：江蘇省金壇市環(huán)宇科學(xué)儀器廠。

試劑與原料：橙皮苷標(biāo)準(zhǔn)品，中國藥品生物制品檢定所；無水乙醇，成都金山化學(xué)試劑有限公司；去離子水，優(yōu)普超純水機(jī)；復(fù)合磷酸鹽溶液（2%Na3PO4、0.9%Na2HPO4、0.3%焦磷酸鈉和0.6%六偏磷酸鈉組成）；橘子皮，產(chǎn)自四川內(nèi)江。

1.2試驗方法

1.2.1柑橘皮橙皮苷的提取

柑橘皮原料清洗后于60℃下烘干、粉碎、過篩，稱取5 g 40目～60目粉末，按一定液料比加入復(fù)合磷酸鹽溶液浸泡24 h，一定溫度下、一定功率的超聲波輔助提取一定的時間，趁熱4層紗布過濾、濃縮，用2倍體積的無水乙醇沉淀除去多糖等雜質(zhì)，離心、過濾，去離子水定容至100 mL得橙皮苷提取液。

1.2.2柑橘皮橙皮苷含量的測定

精密稱取0.100 0 g橙皮苷標(biāo)準(zhǔn)品，用95%乙醇溶解并定容于100 mL容量瓶，取少量溶液在紫外分光光度計掃描，發(fā)現(xiàn)285 nm處出現(xiàn)吸收峰，因此選定在此波長下進(jìn)行測定。分別移取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL標(biāo)準(zhǔn)品溶液于10 mL比色管并定容至刻度，在285 nm處測定吸光度。以橙皮苷濃度為縱坐標(biāo)，吸光度為橫坐標(biāo)，得標(biāo)準(zhǔn)曲線（圖1）：C（mg/mL）=0.160 08A+0.000 24，R2=0.999 2。

取提取液1 mL于10 mL比色管并定容至刻度，在285 nm處測定吸光度，以標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計算得橙皮苷含量。提取率=（橙皮苷測得量/柑橘皮粉質(zhì)量）×100%。

圖1　橙皮苷標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1The standard curve of hesperidin

2結(jié)果與討論

2.1試驗數(shù)據(jù)分析

在閱讀相關(guān)文獻(xiàn)和前期的初步試驗的基礎(chǔ)上，為節(jié)約試驗時間，采用正交表安排試驗。主要考察液料比、提取溫度、超聲功率、處理時間4個因素對橙皮苷提取率的影響，每個因素考察4個水平，選用L16（45）正交表安排試驗，試驗因素水平見表1，試驗結(jié)果見表2。

表1　因素及水平Table 1Factors and levels

表2　正交試驗安排及結(jié)果Table 2Orthogonal experimental design and results

將表2中數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析，結(jié)果見表3。

表3　極差分析結(jié)果Table 3Results of range analysis

從表3可以發(fā)現(xiàn)，橙皮苷的提取率受到各因素交叉影響。各因素影響強(qiáng)弱順序依次為A＞D＞B＞C，優(yōu)組合為A4B2C4D3。液料比對橙皮苷提取率影響最為顯著，其次是超聲處理時間和提取溫度，超聲功率影響較小。液料比太小，橙皮苷擴(kuò)散達(dá)到平衡時在植物細(xì)胞殘留濃度大太，難以提取完全。液料比太大，則浪費溶劑，認(rèn)為液料比選取30 mL/g是較合適的。超聲處理時間太短，橙皮苷未完全擴(kuò)散至溶劑。而時間太長，難以避免部分橙皮苷遭到破壞或吸附于殘渣表面，造成實際得率反而有所減少，同時時間太長也會造成能源浪費，因此認(rèn)為提取時間選取30 min是較合適的。溫度越高，橙皮苷擴(kuò)散速率越快，但是溫度過高就會破壞橙皮苷、浪費能源，因此認(rèn)為提取溫度選取60℃是較合適的。超聲波功率對橙皮苷提取率的影響最小，可能是橙皮苷對超聲波比較敏感，在選取的功率范圍內(nèi)浸出速度都很快，因此功率對橙皮苷提取率影響不顯著。從極差分析表中可以發(fā)現(xiàn)，超聲波功率為400 W時的提取率均值僅比功率為240 W時的提取率均值高0.015%，綜合提取率和能量耗損方面考慮，超聲波功率選取240 W更為合理。

2.2數(shù)據(jù)模型分析

將各影響因素作為自變量，橙皮苷提取率作為因變量，用標(biāo)準(zhǔn)多項式回歸方法，對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，可得到如下二次多項式模型：

其中：y是橙皮苷提取率，β0，βi，βii，βij是系數(shù)，xi，xj是自變量。該方程即為描述因變量（橙皮苷提取率）y與自變量（各影響因素）x的經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀Υ朔匠踢M(jìn)行分析，可以預(yù)測在不同提取條件下的橘皮橙皮苷提取率。可望為最佳提取條件的確定提供理論參考。

根據(jù)上述模型，利用統(tǒng)計學(xué)軟件SPSS 13.0對試驗結(jié)果進(jìn)行回歸分析，得橘皮橙皮苷提取率的二次擬合模型回歸方程為：

其中：y為橙皮苷提取率，x1，x2，x3，x4分別為液料比、提取溫度、超聲功率和超聲處理時間。該模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)R為0.953，標(biāo)準(zhǔn)誤差SD為0.325，說明該模型擬合程度良好。為減少變量個數(shù)，尋找更好的模型，采用SPSS 13.0軟件中的逐步回歸對變量進(jìn)行了篩選，尋找最佳變量組合回歸建模。綜合考慮模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)R、標(biāo)準(zhǔn)誤差SD，發(fā)現(xiàn)當(dāng)9個變量入選模型時，模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)R接近最大值，標(biāo)準(zhǔn)誤差SD達(dá)到最小值，9變量模型如下：

該模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)R為0.951，略低于M1。但標(biāo)準(zhǔn)誤差SD為0.136，明顯優(yōu)于M1。說明該模型的擬合程度良好，擬合誤差小，并且模型的變量數(shù)由原來的14個減少到9個，大大降低的模型的復(fù)雜程度，可以利用此模型對橘皮橙皮苷提取率進(jìn)行分析和預(yù)測。模型M2對各提取條件下橘皮橙皮苷的估計值（Cal）見表2。為便于觀察，將模型值（Cal）與試驗值（Exp）相關(guān)圖繪于圖2，誤差（Err）分布繪于圖3。

圖2　模型值與試驗值相關(guān)圖Fig.2Plot of estimated values vs.experimental values

圖2顯示，所有的樣本點基本處于45度的對角線附近，同樣圖3顯示所有樣本的誤差都分布在零附近，并且都處于2倍SD以內(nèi)。說明橙皮苷提取率的模型預(yù)測值與試驗值十分接近，誤差較小，此模型對橙皮苷提取率估計的準(zhǔn)確性較高，可以利用該模型對橘皮橙皮苷提取進(jìn)行分析并為試驗提供參考。利用上述模型對2.1中初步確定的提取條件下的橙皮苷提取率進(jìn)行了預(yù)測，結(jié)果為2.152%，接近表1中提取率最大值，說明正交試驗分析得出的最佳提取條件是基本正確的。

圖3　模型值殘差分布圖Fig.3Residuals scattered between the Exp.and Cal.of model

2.3最優(yōu)條件的確定

通過試驗數(shù)據(jù)的分析及模型的旁證，可以得出堿性復(fù)合磷酸鹽預(yù)處理，超聲波輔助提取橘皮中的橙皮苷的最合理提取工藝：液料比為30 mL/g、提取溫度為60℃、超聲功率為240 W、超聲處理時間為30 min。為驗證提取工藝是否正確，在此條件下平行試驗3次，得到的橙皮苷提取率分別為2.32%、2.12%、2.18%，平均值為2.21%，試驗值與模型預(yù)測值較為接近。試驗重現(xiàn)性好，而且橙皮苷的收率高，說明正交試驗得出的橙皮苷提取工藝是可取的。

3結(jié)論

本文對柑橘皮中橙皮苷進(jìn)行了提取，通過正交試驗得到了超聲波輔助提取柑橘皮橙皮苷的合理工藝為液料比30 mL/g、提取溫度60℃、超聲功率240 W、超聲處理時間30 min。在此工藝下，橙皮苷提取率高、試驗重現(xiàn)性好。本文對于柑橘類果皮渣的資源化研究具有一定的參考價值。

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Ultrasound-assisted Extraction Hesperidin of Citrus Peel

LI Xue-yi1，ZOU Ning2，LI Jian-feng1，2，*
（1.Key Laboratory of Fruit Waste Treatment and Resource Recycling，Neijiang 641100，Sichuan，China；2.College of Chemistry and Chemical Engineering，Neijiang Normal University，Neijiang 641100，Sichuan，China）

With citrus peel as the raw material and alkaline compounds of phosphate solution as the extraction solvent，water-soluble pigment of citrus peel was extracted by using of ultrasound.Hesperidin relative yield was as the index，and the four factors of liquid-solid ratio，extraction temperature，ultrasonic power and extraction time were investigated.The optimum ultrasonic extraction conditions were obtained through orthogonal experiments：liquid-solid ratio was 30 mL/g，extraction temperature was 60℃，ultrasonic power was 240 W and extraction time was 30 min.With this process，the higher relative yields of citrus peel hesperidin could be obtained and the experiments with good reproducibility.

citrus peel；ultrasonic extraction；hesperidin；orthogonal design

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.15.014

2014-06-24

2013年內(nèi)江師范學(xué)院重點項目（13ZA031）

李雪誼（1992—），女（漢），本科，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)。

李建鳳（1982—），女（漢），實驗師，主要從事天然產(chǎn)物分離分析等方面的研究。