正交實驗優選板栗殼棕色素超聲提取工藝及其抗氧化性研究

高 潔，王 勇，王 燕

(1.陜西國際商貿學院醫藥學院，陜西 咸陽 712046；2.陜西農產品加工技術研究院，陜西 西安 710000)

正交實驗優選板栗殼棕色素超聲提取工藝及其抗氧化性研究

高 潔1，王 勇2，王 燕1

(1.陜西國際商貿學院醫藥學院，陜西 咸陽 712046；2.陜西農產品加工技術研究院，陜西 西安 710000)

以棕色素提取率為考核指標，采用正交實驗優化了板栗殼棕色素的超聲提取工藝，并通過體外亞油酸抗氧化性實驗及還原性實驗研究了板栗殼棕色素的抗氧化性。結果表明：當乙醇體積分數為40%、固液比為1∶30(g∶mL)、提取溫度為80 ℃、提取時間為70 min、提取次數為2次時，板栗殼棕色素提取率可達10.32%；當板栗殼棕色素濃度在1.8 mg·mL-1以上時，其還原能力與維生素C相當；所提取板栗殼棕色素具有較強的抗氧化性，且隨著濃度的增大，抗氧化性逐漸增強。超聲提取板栗殼棕色素具有省時、高效的優點。

板栗殼棕色素；超聲提取；抗氧化性；正交實驗

板栗(Castanea mollissima)，又稱瑰栗、栗子、毛栗等，屬山毛櫸科(Fagaceae)植物[1]，在我國已有3000多年的種植歷史。我國板栗栽培面積和產量均居世界前列。板栗殼為板栗的外果皮，又名栗毛殼、風栗殼，具有涼血熱、消痰火的功效。板栗殼還富含天然色素物質[2-3]，具有良好的抗氧化、抑菌、著色、防腐等多重功效。板栗是我國的特產，長期以來板栗仁受到廣泛關注，但板栗殼作為加工廢棄物未得到有效開發與利用，大部分被用作燃料或被丟棄，造成資源的極大浪費[4-7]。

板栗殼棕色素是從廢棄的板栗殼中提取的一種天然棕色素，其主要活性成分為黃酮類化合物，可用作著色劑、抗氧化劑等[8-10]。作者采用超聲法提取板栗殼棕色素，并對提取條件進行優化，同時對板栗殼棕色素的抗氧化性進行研究，擬為板栗殼的綜合利用提供參考。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

板栗，購于陜西省商洛市市場。

實驗所用化學試劑均為分析純。

粉碎機；可見分光光度計；電熱恒溫鼓風干燥箱；旋轉蒸發器；超聲乳化強化處理機，中國科學院聲學研究所。

1.2 板栗殼棕色素的提取

板栗殼棕色素的提取工藝如下：干燥板栗殼→粉碎→超聲波提取→抽濾→離心→萃取→濃縮→干燥→板栗殼棕色素粗提物。

取適量的板栗殼干粉置于容器并加入提取劑乙醇混勻，靜置一定時間，置于超聲乳化強化處理機中進行超聲提取，抽濾，將濾液離心后再進行萃取，置于旋轉蒸發器中濃縮至溶液呈黏稠狀，干燥至恒重，即得板栗殼棕色素。

1.3 板栗殼棕色素提取率的測定

稱取一定質量的板栗殼棕色素溶于40%乙醇溶液中，定容至50 mL，按一定倍比稀釋后，測定280 nm處吸光度，以吸光度(A)為縱坐標、濃度(c，mg·mL-1)為橫坐標繪制標準曲線，得線性回歸方程：A=0.0743c-0.0015,R2=0.9999。依據方程，按下式計算提取率(Y)：

式中：c為線性回歸方程計算出的色素濃度，mg·mL-1；V為提取液體積，mL；m為板栗殼干粉質量，g。

1.4 板栗殼棕色素的抗氧化性的測定

1.4.1 還原性實驗

稱取一定質量的板栗殼棕色素溶于水中，配制成濃度(mg·mL-1)分別為0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、1.8、2.1、2.4、2.7的板栗殼棕色素水溶液。

取不同濃度的板栗殼棕色素水溶液0.5mL，加入0.2mol·L-1pH值6.6的混合磷酸鹽緩沖液和1%K3Fe(CN)6溶液，混合均勻，反應20min；自然冷卻至室溫，加入10%三氯乙酸溶液，離心；取上清液，加入蒸餾水和0.1%FeCl3溶液，混合均勻；測定700nm處吸光度[11]。吸光度越大，表明樣品的還原能力越強，同時進行維生素C還原能力對照實驗。

1.4.2 體外亞油酸抗氧化性實驗

稱取一定質量的板栗殼棕色素溶于40%乙醇溶液中，配制成濃度分別為0.1mg·mL-1、0.3mg·mL-1的板栗殼棕色素醇溶液。

在5mL2.5%亞油酸中分別加入不同濃度的板栗殼棕色素醇溶液，加入磷酸鹽緩沖液和去離子水，混合均勻，40 ℃恒溫放置，每隔24h測定500nm處吸光度。吸光度越小，表明樣品的抗氧化性越強，同時進行2，6-二叔丁基對甲苯酚(BHT)抗氧化能力對照實驗。

2 結果與討論

2.1 乙醇體積分數的確定

取板栗殼干粉4.0g，分別溶于50.0mL體積分數為20%、30%、40%、50%、60%的乙醇溶液中，在70 ℃超聲處理一定時間后，冷卻，離心，取上清液，稀釋一定倍數，測定280nm處吸光度(吸光度越大，表明提取率越高)，結果如圖1所示。

圖1 乙醇體積分數對提取率的影響

由圖1可以看出，吸光度隨乙醇體積分數的增大而增大，當乙醇體積分數為40%時，吸光度最大，此時的提取率最高；繼續增大乙醇體積分數，吸光度反而略微減小。因此，選擇40%乙醇溶液為提取劑超聲提取板栗殼棕色素。

2.2 正交實驗優選超聲提取工藝參數

以提取次數(A)、提取溫度(B)、提取時間(C)和固液比(D)為考察因素，以板栗殼棕色素提取率為考核指標，通過L16(45)正交實驗優選板栗殼棕色素超聲提取工藝。正交實驗因素與水平見表1，結果與分析見表2，方差分析見表3。

表1L16(45)正交實驗因素與水平

Tab.1 Factors and levels ofL16(45) orthogonal experiment

水平因素A．提取次數次B．提取溫度℃C．提取時間minD．固液比g∶mL11 50301∶3022 60501∶4033 70701∶5044 80901∶60

表2L16(45)正交實驗結果與分析

Tab.2 Results and analysis ofL16(45) orthogonal experiment

實驗號ABCD空列提取率/%1111112．432122223．953133336．234144448．125212349．856221438．957224127．6882232110．569313425．4210324316．4511331247．8512342138．5613414236．4214423149．2315432418．2316441328．88k15．1836．0307．0277．0206．918k29．3057．1457．6477．1956．527k37．0707．5427．8607．8527．540k48．1909．0307．2137．6808．762R4．1223．0000．8330．8322．235

由表2、3可以看出，各因素對板栗殼棕色素提取率的影響大小依次為A>B>C>D，最優提取工藝為A2B4C3D3，即提取次數2次、提取溫度80 ℃、提取時間70 min、固液比1∶50(g∶mL，下同)。其中，提取次數和提取溫度對提取率的影響較大，隨著提取次數的增加、提取溫度的升高，提取率相應升高；提取時間對提取率影響不明顯；固液比對提取率的影響也不顯著，考慮到成本，選擇固液比為1∶30。

表3方差分析

Tab.3Variance analysis

在乙醇體積分數為40%、固液比為1∶30、提取溫度為80 ℃、提取時間為70 min、提取次數為2次的最優提取條件下進行多次驗證實驗，板栗殼棕色素平均提取率為10.32%。

2.3 抗氧化性評價

2.3.1 還原能力(圖2)

圖2 板栗殼棕色素還原能力的測定

由圖2可以看出，板栗殼棕色素的還原能力隨其濃度的增大逐漸增強；在濃度低于1.8 mg·mL-1時，板栗殼棕色素的還原能力低于維生素C；當濃度高于1.8 mg·mL-1后，板栗殼棕色素的還原能力顯著增強，與維生素C相當。

2.3.2 抗氧化能力(圖3)

由圖3可以看出，40 ℃下，亞油酸的氧化作用非常明顯，隨著時間延長吸光度不斷增大；當加入不同濃度的板栗殼棕色素溶液后，亞油酸的氧化作用明顯受到抑制，隨著濃度的增大，吸光度逐漸減小，抗氧化作用逐漸增強。

圖3 板栗殼棕色素抗氧化能力的測定

3 結論

通過正交實驗確定超聲提取板栗殼棕色素的最優工藝條件如下：乙醇體積分數40%、固液比1∶30(g∶mL)、提取溫度80 ℃、提取時間70 min、提取2次，此時提取率可高達10.32%。還原性實驗和體外亞油酸抗氧化性實驗表明，板栗殼棕色素的還原能力較強，在其濃度高于1.8 mg·mL-1時，還原能力與維生素C相當；板栗殼棕色素有較強的抗氧化性，且隨著濃度的 增大其抗氧化性逐漸增強。

[1] 陳連文,劉晶,張金良.板栗殼色素的提取及應用研究[J].江西食品工業,2005(3):12-14.

[2] 周國燕，桑迎迎，宮春波，等.板栗殼色素的提取工藝優化及其抑菌性能[J].食品科學,2010(22):101-105.

[3] 李穎.板栗殼棕色素的提取及其相關性質研究[J].食品與機械,2009,25(4):86-88.

[4] 王瑋,王琳.黃酮類化合物的研究進展[J].沈陽醫學院學報,2002,4(2):115-119.

[5] 李永祥,詹少華，蔡永萍，等.板栗殼色素的提取、純化及穩定性[J].農業工程學報,2008,24(9):298-302.

[6] 李春美，謝筆均.茶多酚及其氧化產物清除不同體系產生的活性氧自由基的分光光度法研究[J].精細化工，2000,17(4)：241-244.

[7] 王慧.板栗殼色素提取工藝研究[J].食品研究與開發,2014,35(2):47-50.

[8] 劉鐘棟.食品添加劑原理與應用技術[M].北京:中國輕工業出版社,2001：2-10.

[9] 郭城,沈楨,辜文琦.板栗殼棕色素提取工藝條件的優化[J].糧油食品科技,2014,22(5):13-16.

[10] 劉平,李云雁.板栗殼色素超聲波提取方法研究[J].江蘇農業科學,2007(4):196-198.

[11] 呂曉玲，曹東旭，張澤生，等.天然蘿卜紅素的抗脂質過氧化功能[J].食品科學，2001，22(5)：19-21.

Optimization on Ultrasonic Extraction Process of Brown Pigment from Chestnut Shells by Orthogonal Experiment and Its Antioxidant Activity

GAO Jie1,WANG Yong2,WANG Yan1

(1.CollegeofMedical,ShaanxiInstituteofInternationalTrade&Commerce,Xianyang712046,China; 2.ShaanxiResearchInstituteofAgriculturalProductsProcessingTechnology,Xi′an710000,China)

Usingextractionrateofbrownpigmentasanevaluationindex,theultrasonicextractionprocessofbrownpigmentfromchestnutshellswasoptimizedbyanorthogonalexperiment.Theantioxidantactivityofbrownpigmentfromchestnutshellswasstudiedbylinoleicacidantioxidantin vitroexperimentandreductionexperiment.Resultsindicatedthat,whenthevolumefractionofethanolwas40%,solid-liquidratiowas1∶30(g∶mL),extractiontemperaturewas80 ℃,extractiontimewas70min,extractiontimeswastwice,theextractionrateofbrownpigmentfromchestnutshellscouldreach10.32%.Whentheconcentrationofbrownpigmentfromchestnutshellswasabove1.8mg·mL-1,itsreductionabilitywasthesameasthatofvitaminC.Theextractedbrownpigmentfromchestnutshellshadastrongantioxidantactivity,anditsantioxidantactivityincreasedwiththeincreasingofconcentrationofbrownpigment.Ultrasonicextractionprocessofbrownpigmentfromchestnutshellsistimesavingandefficient.

brownpigmentfromchestnutshells;ultrasonicextraction;antioxidantactivity;orthogonalexperiment

陜西省教育廳科研計劃項目(12JK1044)，陜西省咸陽市科技局科學技術研究項目(2015K04-20)

2016-09-28

高潔(1984-)，女，陜西咸陽人，講師，研究方向：食用天然活性成分，E-mail：251536749@qq.com。

10.3969/j.issn.1672-5425.2017.02.012

TQ 028 TS 202.3

A

1672-5425(2017)02-0050-04

高潔，王勇，王燕.正交實驗優選板栗殼棕色素超聲提取工藝及其抗氧化性研究[J].化學與生物工程，2017，34(2)：50-53.