超聲波法提取橡實(shí)殼多酚的工藝優(yōu)化

朱文婷，吳士筠，楊文婷，涂 晶

（武漢工商學(xué)院環(huán)境與生物工程學(xué)院，湖北省武漢市430065）

超聲波法提取橡實(shí)殼多酚的工藝優(yōu)化

朱文婷，吳士筠＊，楊文婷，涂 晶

（武漢工商學(xué)院環(huán)境與生物工程學(xué)院，湖北省武漢市430065）

為充分提高橡實(shí)殼的利用價(jià)值，試驗(yàn)以廢棄的橡實(shí)殼為原料，采用超聲波法提取橡實(shí)殼中的多酚，并優(yōu)化提取工藝。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以料液比、超聲波功率、提取時(shí)間、物料粒徑為因素，設(shè)計(jì)L9（34）的正交試驗(yàn)。結(jié)果表明：橡實(shí)殼多酚的最佳提取工藝為料液比1∶55、超聲波功率320W、提取時(shí)間12min、物料粒徑100目。在此條件下，橡實(shí)殼多酚的平均提取率為31．92%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0．03%。

橡實(shí)殼；多酚；超聲波

橡實(shí)不僅營(yíng)養(yǎng)豐富而且具有治療出血以及解毒的藥用功效［1］。我國(guó)橡實(shí)資源豐富，價(jià)格低廉［2］，橡實(shí)中橡實(shí)殼含有特有的生物活性物質(zhì)，是提取多酚類物質(zhì)的優(yōu)良原料［3］。但很多企業(yè)在橡實(shí)生產(chǎn)中將未經(jīng)利用而含有大量多酚類物質(zhì)的橡實(shí)殼丟棄，對(duì)橡實(shí)資源造成嚴(yán)重的浪費(fèi)［4－6］。目前，對(duì)多酚類物質(zhì)的研究很多，但對(duì)橡實(shí)殼多酚類物質(zhì)的研究卻很少。因此，該領(lǐng)域極具研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。超聲波法是提取天然產(chǎn)物活性成分的一種有效方法和手段，具有提取時(shí)間短、節(jié)約溶劑、節(jié)省能源、產(chǎn)品含量高、不影響物質(zhì)生物活性等優(yōu)點(diǎn)。為充分利用橡實(shí)殼，減輕環(huán)境污染，提高橡實(shí)殼的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，試驗(yàn)以廢棄的橡實(shí)殼為原料，利用超聲波法對(duì)橡實(shí)殼中多酚類物質(zhì)的提取工藝進(jìn)行研究，為橡實(shí)資源的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供技術(shù)參數(shù)。

1材料與方法

1．1材料

橡實(shí)殼：產(chǎn)自內(nèi)蒙的優(yōu)級(jí)橡實(shí)，經(jīng)剝殼、清洗、40℃干燥、粉碎過(guò)篩，避光干燥保存。

試劑：三氯化鐵、鐵氰化鉀、鹽酸、單寧酸（鞣酸）、丙酮均為分析純。

儀器：722型可見(jiàn)分光光度計(jì)（上海光譜儀器有限公司制造），JYP2－2D超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)（寧波新芝生物科技股份有限公司），SHB－Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵（鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司），RE52CS旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（上海亞榮生化儀器廠），DG120型四兩裝中藥材粉碎機(jī)（浙江省瑞安市春海藥材器械廠）。

1．2標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

稱取0．010 0g單寧酸，溶解定容至100mL，得0．1mg／mL單寧酸標(biāo)準(zhǔn)液。分別移取單寧酸標(biāo)準(zhǔn)液0．00mL、0．20mL、0．40mL、0．60mL、0．80mL 和1．00mL于25mL容量瓶中，加0．5mL 0．1mol／L三氯化鐵，0．5mL 0．008mol／L鐵氰化鉀和0．5mL 0．1mol／L鹽酸，定容。在695nm處測(cè)定吸光度，以單寧酸標(biāo)準(zhǔn)液濃度為橫坐標(biāo)，吸光度值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1．3橡實(shí)殼多酚粗提液的制備

準(zhǔn)確稱取橡實(shí)殼粉末1．00g，加60%丙酮超聲波提取，提取液5 000r／min離心5min，上清液真空減壓抽濾，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除丙酮，濃縮后定容至250mL。

1．4超聲提取橡實(shí)殼多酚的單因素考察

1．4．1料液比 分別精密稱取物料粒徑為100目的橡實(shí)殼粉末1．000 0g 5份，按照1∶15、1∶25、1∶35、1∶45、1∶55的料液比加入60%丙酮溶劑，在超聲波功率為320W，提取時(shí)間為18min的條件下，進(jìn)行超聲波提取試驗(yàn)。比較不同料液比對(duì)橡實(shí)殼多酚提取率的影響，選擇最佳料液比。

1．4．2超聲波功率 分別精密稱取物料粒徑為100目的橡實(shí)殼粉末1．000 0g 5份，按照經(jīng)試驗(yàn)確定的料液比1∶45加入60%丙酮溶劑，在超聲波功率分別為240W、280W、320W、360W、400W，提取時(shí)間為18min的條件下，進(jìn)行超聲波提取試驗(yàn)。比較不同超聲波功率對(duì)橡實(shí)殼多酚提取率的影響，選擇最佳超聲波功率。

1．4．3提取時(shí)間 分別精密稱取物料粒徑為100目的橡實(shí)殼粉末1．000 0g 5份，按照料液比1∶45加入60%丙酮溶劑，在經(jīng)試驗(yàn)確定的超聲波功率為320W的條件下分別超聲波處理6min、12min、18min、24min、30min，進(jìn)行超聲波提取試驗(yàn)。比較不同超聲波提取時(shí)間對(duì)橡實(shí)殼多酚提取率的影響，選擇最佳超聲波提取時(shí)間。

1．4．4物料粒徑 分別精密稱取物料粒徑為16目、50目、80目、100目、120目的橡實(shí)殼粉末1．000 0g 5份，按照料液比1∶45加入60%丙酮溶劑，在超聲波功率為320W的條件下，按照經(jīng)試驗(yàn)確定的超聲波提取時(shí)間處理24min，進(jìn)行超聲波提取試驗(yàn)。比較不同物料粒徑對(duì)橡實(shí)殼多酚提取率的影響，選擇最佳物料粒徑。

1．5超聲提取橡實(shí)殼多酚的最佳工藝正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)L9（34）的正交試驗(yàn)（表1），確定橡實(shí)殼多酚超聲波法提取的最佳工藝條件。通過(guò)正交試驗(yàn)得出各因素的最佳組合水平，若在單因素試驗(yàn)中未出現(xiàn)該最佳組合則需進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

表1 超聲提取橡實(shí)殼多酚正交試驗(yàn)的因素及水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test on acorn shell polyphenol extracted by ultrasonic method

1．6橡實(shí)殼多酚含量的測(cè)定

精確移取0．2mL定容至250mL的多酚粗提液于25mL容量瓶中，加0．5mL 0．1mol／L三氯化鐵，0．5mL 0．008mol／L鐵氰化鉀和0．5mL 0．1mol／L鹽酸，定容。以空白試劑調(diào)零，在695nm處測(cè)定吸光度，計(jì)算橡實(shí)殼多酚粗提液中總多酚的濃度。

1．7數(shù)據(jù)處理

橡實(shí)殼多酚提取率的計(jì)算公式：

式中：C為粗提液中總多酚濃度（mg／mL），m為橡實(shí)殼粉末質(zhì)量。

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值，并進(jìn)行方差分析和顯著性比較。

2結(jié)果與分析

2．1單寧酸標(biāo)準(zhǔn)曲線

由圖1可知，單寧酸標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度在0～0．002mg／mL其吸光度呈線性關(guān)系，在此范圍內(nèi)線性回歸方程為A＝315．21C－0．006，回歸系數(shù)R2＝0．998 9。

圖1 單寧酸標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig．1 The standard curve of tannic acid

2．2不同因素對(duì)橡實(shí)殼多酚提取率的影響

2．2．1料液比 由圖2可知，隨著浸提溶劑量的增大，橡實(shí)殼多酚提取率也隨著增加，至料液比為1∶45時(shí)，橡實(shí)殼多酚提取率達(dá)到最大，為30．53%，繼續(xù)增大料液比，橡實(shí)殼多酚提取率反而有所降低。這是因?yàn)楫?dāng)料液比達(dá)到一定值時(shí)，多酚的浸出達(dá)到最高，基本達(dá)到飽和狀態(tài)，料液比繼續(xù)增加反而降低了其提取率，故試驗(yàn)的最佳料液比宜在1∶45左右。

2．2．2超聲波功率 隨著超聲波功率的增大，橡實(shí)殼多酚提取率也逐漸增大，至超聲波功率為

320W時(shí)，橡實(shí)殼多酚提取率達(dá)到最大，為31．23%（圖2），繼續(xù)增大超聲波功率，橡實(shí)殼多酚提取率反而逐漸下降。這是因?yàn)槌暡üβ试龃?，超聲波所具有的機(jī)械效應(yīng)、空化效應(yīng)和熱效應(yīng)強(qiáng)化介質(zhì)的擴(kuò)散、傳播、增大藥物有效成分的溶解速度，加速了多酚類物質(zhì)的浸出，但超聲波功率超過(guò)一定值時(shí)，過(guò)大的超聲波強(qiáng)度對(duì)多酚類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)造成破壞，使其提取率逐漸降低，故試驗(yàn)最佳超聲波功率宜在320W左右。

2．2．3提取時(shí)間 隨著超聲波提取時(shí)間的延長(zhǎng)，橡實(shí)殼多酚提取率也緩慢增大，至超聲波提取時(shí)間為24min時(shí)，橡實(shí)殼多酚提取率達(dá)到最大，為29．84%，繼續(xù)延長(zhǎng)超聲波提取時(shí)間，橡實(shí)殼多酚提取率反而明顯有所下降（圖2）。這是由于提取時(shí)間受多酚物質(zhì)在物料與溶劑間傳質(zhì)速度的影響，時(shí)間太短，超聲波對(duì)細(xì)胞膜破碎的程度不完全，提取時(shí)間太長(zhǎng)，多酚被空氣或溶劑中的氧氣逐漸氧化或超聲波造成了多酚物質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞發(fā)生了降解，從而使多酚提取率降低，故試驗(yàn)最佳超聲提取時(shí)間宜在24min左右。

圖2 不同因素下橡實(shí)殼多酚的提取率Fig．2 Extraction rate of polyphenol from acorn shell under different material－liquid ratio，ultrasonic power，extraction time and particle size

2．2．4物料粒徑 隨著物料粒徑的減小，橡實(shí)殼多酚提取率明顯增大。粉碎至100目時(shí)，橡實(shí)殼多酚提取率為25．28%；粉碎至120目時(shí)，橡實(shí)殼多酚提取率為26．23%（圖2）。說(shuō)明，粉碎越充分，物料粒徑越小，與溶劑直接接觸面積越大，提取率越高；粉碎至120目時(shí)的提取率較粉碎至100目時(shí)略有增加，但增加效果不明顯。綜合考慮提取效果、實(shí)際操作的可控性以及經(jīng)濟(jì)成本等因素，試驗(yàn)最佳物料粒徑宜在為100目左右。

2．3超聲提取橡實(shí)殼多酚正交試驗(yàn)各處理的提取率

由表2可知超聲提取橡實(shí)殼多酚正交試驗(yàn)各處理的多酚提取率，對(duì)其進(jìn)行極差分析可知（表3）各因素對(duì)橡實(shí)殼多酚提取率的影響程度為物料粒徑＞提取時(shí)間＞料液比＞超聲波功率。對(duì)其進(jìn)行方差分析表明，各因素對(duì)橡實(shí)殼中多酚類物質(zhì)的提取均達(dá)到極顯著水平。各因素的最佳水平組合為A3B3C1D3，即料液比為1∶55，超聲波功率為360W，超聲波提取時(shí)間為12min，物料粒徑為100目。在單因素試驗(yàn)中未出現(xiàn)該最佳組合，故需驗(yàn)證試驗(yàn)。

表2 超聲提取橡實(shí)殼多酚正交試驗(yàn)各處理的多酚提取率Table 2 Polyphenol extraction rate of orthogonal test on acorn shell polyphenol extracted by ultrasonic method

表3 超聲提取橡實(shí)殼多酚正交試驗(yàn)各因素水平的均值與極差Table 3 Mean value and range of factors and levels of orthogonal test on acorn shell polyphenol extracted by ultrasonic method

按照正交試驗(yàn)中的最佳組合A3B2C1D3和正交試驗(yàn)各因素的最佳水平組合A3B3C1D3進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，得到橡實(shí)殼多酚平均提取率分別為31．92%和23．11%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD分別為0．03%和0．02%，均小于5%，表明結(jié)果的精密度較高。故橡實(shí)殼多酚超聲波提取的最佳工藝條件為料液比1∶ 55，超聲波功率320W，超聲波提取時(shí)間12min，物料粒徑100目，提取率為31．92%。

3結(jié)論

試驗(yàn)采用超聲波法從橡實(shí)殼中提取多酚類物質(zhì)，其最佳提取工藝條件為料液比1∶55，超聲波功率320W，提取時(shí)間12min，物料粒徑100目，該條件下的橡實(shí)殼多酚提取率為31．92%，各因素對(duì)提取率的影響程度為物料粒徑＞超聲波提取時(shí)間＞料液比＞超聲波功率。本研究將工業(yè)生產(chǎn)中棄而不用的橡實(shí)殼變廢為寶，使橡實(shí)資源得到充分的利用，為能更好地利用橡實(shí)資源提供理論依據(jù)。

［1］馬立然，黃 亮，李安平，等．超聲波輔助雙水相體系提取橡實(shí)仁多酚的研究［J］．食品工業(yè)科技，2012，33 （3）：191－194．

［2］黃建琴，徐弈鼎，王燁軍，等．安徽省橡實(shí)資源及其開(kāi)發(fā)利用［J］．安徽林業(yè)科技，2008（Z1）：27－28．

［3］Yu S，Zhang Y，Ge Y，et al．Effects of Ultrasound Processing on the Thermal and Retrogradation Properties of Nonwaxy Rice Starch［J］．Journal of Food Process Engineering，2013，36（36）：793－802．

［4］李安平，謝碧霞，沈 偉，等．橡實(shí)淀粉發(fā)酵生產(chǎn)酒精專用酵母菌株的篩選［J］．中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，12（8）：98－102．

［5］楊 靜，蔣劍春，張 寧，等．橡實(shí)與木薯、玉米淀粉理化性質(zhì)的對(duì)比研究［J］．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（33）：16362－16365．

［6］Muoz A，Bonal R，Espelta J M．Acorn–weevil interactions in a mixed－oak forest：Outcomes for larval growth and plant recruitment［J］．Forest Ecology ＆Management，2014，322（3）：98－105．

（責(zé)任編輯：孫小嵐）

Optimization of Extraction Technology of Acorn Shell Polyphenol by Ultrasonic Method

ZHU Wenting，WU Shijun＊，YANG Wenting，TU Jing
（College of Environmental and Biological Engineering，Wuhan Technology and Business University，Wuhan，Hubei 430065，China）

In order to fully enhance the use value of acorn shell，taking the waste of acorn shell as raw material，polyphenol in acorn shell polyphenol was extracted by ultrasonic method，and the extraction process was optimized．On the basis of single factor experiment，taking solid to liquid ratio，ultrasonic power，extraction time，particle size as factors，an L9（34）orthogonal experiment was conducted．Results：the optimized extraction conditions were as follows：material liquid ratio 1∶55，ultrasonic power 320W，extraction time 12min，and material particle size 100mesh．Under these conditions，the average extraction rate of acorn shell polyphenol reached 31．92%，and the relative standard deviation was 0．03%．

acorn shell；polyphenol；ultrasonic

Q503

A

1001－3601（2016）02－0088－0156－03

2015－08－06；2016－01－27修回

朱文婷（1983－），女，講師，碩士，從事生物化學(xué)研究。E－mail：251558801＠qq．com

＊通訊作者：吳士筠（1950－），女，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，從事天然產(chǎn)物提取及其活性研究。E－mail：779642941＠qq．com