超聲提取陳皮功效成分的工藝研究

周興鵬，張敬鋮，樊龍星，趙華

(天津科技大學 生物工程學院，天津 300457)

陳皮為蕓香科柑橘屬植物橘及其栽培變種的成熟果皮，果皮以陳者良，故名陳皮[1]。是我國傳統中草藥之一，味辛、微苦、性溫、歸肺、脾經，具有行氣健脾、和胃止嘔和燥濕化痰等功效[2]。研究表明，陳皮中含有多種活性成分，主要有黃酮類化合物、揮發油、多糖、生物堿和多種人體必需的微量元素等[3]。陳皮中的黃酮類化合物主要有新橙皮苷、橙皮苷、桔皮素和川陳皮素等，可以抗過敏、抗氧化、預防腫瘤發生和動脈粥樣硬化等[4]。蔣林等實驗發現，陳皮中的黃酮類化合物可以改善脂質代謝異常，且具有糖耐受的作用[5]。陳皮水煎液體外實驗表明，陳皮能增強人唾液淀粉酶的活性,有一定健脾胃的作用[6]。陳皮的醇提物可對抗組織胺所導致的豚鼠離體氣管痙攣性收縮[7]。除此之外，陳皮既是傳統的調味佳品，也有很高的藥用價值，藥食同源，在國內外有很高的認可度[8]。

以陳皮為原料，采用超聲提取工藝制備陳皮浸提液，通過單因素試驗和響應面試驗對浸提條件進行優化，并測定了最優條件下生產的陳皮浸提液的揮發性成分。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

陳皮：市售新會陳皮；95%食用酒精：天津市寧河縣酒廠；亞硝酸鈉、硝酸鋁(均為分析純)：天津市化學試劑一廠；無水乙醇(分析純)：天津市科密歐化學試劑有限公司；蘆丁、二氯甲烷(均為分析純)：阿拉丁試劑有限公司；無水硫酸鈉、無水碳酸鈉(均為分析純)：天津市風船化學試劑科技有限公司。

1.2 儀器與設備

KH-500E型超聲波清洗器 昆山禾創超聲儀器有限公司；高速中藥粉碎機 天津華鑫儀器廠；DH-101型電熱恒溫鼓風干燥箱 天津市中環實驗電爐有限公司；SH2-D(Ⅲ)循環水式真空泵 河南省予華儀器有限公司；UV-5200型紫外可見分光光度計 上海元析儀器有限公司；7890A/5975C型GC-MS聯用儀 美國Agilent公司。

1.3 陳皮浸提液的制備流程及操作要點

陳皮→烘干→粉碎→浸提→抽濾→成品。

將陳皮置于50 ℃干燥箱中烘干，烘干后粉碎過40目篩，過大的未粉碎顆粒可重復此操作，直至原料全部粉碎完全為止。取粉碎后的陳皮于250 mL的燒杯中，分別按一定比例加入食用酒精。在超聲裝置中加入約一半的水，將燒杯放入其中，設置超聲裝置功率為30 Hz進行浸提，提取結束后，將溶液分離，得到浸提原液。

1.4 實驗方法

1.4.1 陳皮浸提液黃酮含量的測定方法

配制不同濃度的蘆丁對照品溶液，參照文獻[9]，采用硝酸鋁顯色法測定。以不加蘆丁的溶液為空白對照，在波長510 nm下測定吸光度值A。以蘆丁含量C為橫坐標，吸光度值A為縱坐標，繪制標準曲線。標準曲線回歸方程為：A=0.4051C+0.0062，相關系數R2=0.9977。

根據不同條件下測定的吸光度，按回歸方程計算出待測液的質量濃度，按下式計算總黃酮提取率：

式中：Y為陳皮浸提液中的黃酮得率，%；C為標準曲線上對應的蘆丁含量，mg；V為所制備的陳皮浸提液的體積，mL；W為陳皮粉末的質量，mg。

1.4.2 陳皮浸提液的揮發性成分分析

測定方法：浸提液的揮發性成分采用GC/MS法進行分析檢測[10-13]。浸提液揮發性成分的提取方法參照文獻[14]。

2 結果與討論

2.1 浸提條件對黃酮提取率和口感的影響

黃酮類化合物是陳皮的主要化學成分[15]，故以黃酮提取率為實驗指標研究，來獲得最佳的陳皮浸提液。

2.1.1 料液比對黃酮提取率的影響

稱取一定量的陳皮，按料液比1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，1∶35分別加入50%(V/V)的食用酒精溶液，超聲提取40 min。考察料液比對黃酮提取率的影響，結果見圖1。

圖1 料液比對黃酮提取率的影響

由圖1可知，隨著料液比的增加，黃酮提取率和口感評分都迅速增加。當料液比為1∶25時，黃酮提取率達到最高，繼續增加料液比，提取率變化不明顯。當料液比為1∶30時，口感評分最好，繼續增加料液比，口感評價反而降低。因此，綜合提取率和口感評分2個指標，得到陳皮浸提液的最佳料液比為1∶30。

2.1.2 酒精濃度對黃酮提取率的影響

稱取一定量的陳皮，按料液比1∶30分別加入40%，50%，60%，70%，80%(V/V)的食用酒精溶液，超聲提取40 min。考察酒精濃度對黃酮提取率的影響，結果見圖2。

圖2 酒精濃度對黃酮提取率的影響

由圖2可知，黃酮提取率和口感評分隨著酒精濃度的升高而升高，當酒精濃度為70%(V/V)時，黃酮提取率和口感評分均達到最高。繼續提高酒精濃度，黃酮提取率和口感評分不再增加。因此，得到陳皮浸提液的最佳酒精濃度為70%(V/V)。

2.1.3 超聲時間對黃酮提取率的影響

稱取一定量的陳皮，按料液比1∶30分別加入70%(V/V)的食用酒精溶液，超聲提取30，40，50，60，70，80 min?？疾斐晻r間對黃酮提取率的影響，結果見圖3。

圖3 超聲時間對黃酮提取率的影響

由圖3可知，隨著超聲時間的延長，黃酮提取率逐漸升高，但增加不明顯，50 min后黃酮提取率將不再增加。陳皮浸提液口感在50～60 min時最佳。綜合考慮，得到陳皮浸提液的最佳超聲時間為50 min。

2.2 運用響應面試驗優化陳皮的浸提條件

采用Box-Behnken響應面試驗設計確定顯著因素的最優水平，由單因素試驗結果可知，選擇以料液比、酒精濃度、超聲時間為因素設計響應面試驗。

表1 響應面試驗設計及結果

表2 回歸模型顯著性與方差分析

續 表

根據表1數據，以口感評分Y為效應值，利用Design-Expert 8.0軟件進行多元回歸擬合，得口感評分(Y)與各因素的回歸方程如下：

Y=90.8+5.25A-0.12B+5.13C+0.5AB+0.5AC-1.75BC-7.03A2-5.28B2-4.77C2。

由擬合方程可知，方程自變量平方項的符號皆為負值，及拋物線的開口向下，因此存在對應的極大值點。由方差分析(見表2)可知，模型極顯著(P=0.0014<0.001)，失擬誤差的P值是0.1206>0.05，表明相對于純誤差失擬是不顯著的，表明回歸方程模型的顯著性及可靠性良好，不同處理間的差異很顯著。擬合模型的R2=0.9427，表明94.27%的變異來源于自變量。預測模型R2=0.8690，表明試驗值與對應的模型預測值之間高度一致，即回歸模型具有高度的相關性，由此可知模型擬合良好，可用該回歸模型代替試驗真實點對口感的評分結果進行分析和預測。

分析表2可知，各因素對口感評分均有影響。其中一次項中，對口感評分影響顯著的是A(料液比)、C(超聲時間)，而B(酒精濃度)的影響則不顯著。二次項中A2、B2、C2對口感評分影響均顯著。交互項中，AB、AC、BC之間的交互作用不顯著。

聯合響應面回歸分析和回歸方程繪制的響應面圖形和等高線分析圖見圖4～圖6。從響應面的最高點和等高點可以看出，在所選的范圍內存在最大值。隨著每個因素的增大，響應值增大；當響應值增大到極值后，隨著因素的增大，響應值逐漸減小，即響應面的最高點同是底面上等值最小橢圓的中心點。

圖4 超聲時間與酒精濃度交互作用影響口感評分的預測響應面圖

圖5 超聲時間與料液比交互作用影響口感評分的預測響應面圖

圖6 酒精濃度與料液比交互作用影響口感評分的預測響應面圖

在料液比為1∶30時，超聲時間與酒精濃度之間的交互作用對口感評分的影響見圖4，3D曲線較為平滑，等高線趨于圓形，說明交互作用不顯著。在酒精濃度為70%時，超聲時間與料液比之間的交互作用對口感評分的影響見圖5，3D曲線較為平滑，等高線趨于圓形，說明交互作用不顯著。在超聲時間為50 min時，酒精濃度與料液比之間的交互作用對口感評分的影響見圖6，3D曲線較為平滑，等高線趨于圓形，說明交互作用不顯著。

通過Design-Expert 8.0軟件分析，最佳提取條件為料液比1∶31.74，酒精濃度69%(V/V)，超聲時間56.89 min，此時理論預測值口感評分為93.22?？紤]實際操作實驗條件，確定料液比、酒精濃度和超聲時間分別為：1∶32，69%(V/V)，57 min。重復3次試驗，平均口感得分為93，與預測值為93.22基本一致，說明回歸方程與實際情況擬合很好，充分驗證了所建模型的正確性。

2.3 陳皮浸提液的揮發性成分分析

陳皮浸提液揮發性成分總離子流圖見圖7。

用NIST標準譜庫檢索并與標準圖譜進行比對，檢出化合物成分共56種，包括酯類(9種)、醇類(5種)、酸類(5種)、烯類(14種)、烷類(12種)、醛酮類(5種)，其他物質(6種)，揮發性成分種類較多。含量最多的組成成分是D-檸檬烯(59.81%)，是陳皮浸提液的典型揮發性成分；含量較高的還有亞油酸(5.72%)、亞油酸甲酯(4.49%)、亞麻酸甲酯(4.27%)、棕櫚酸(2.87%)、棕櫚酸甲酯(2.34%)、巴倫西亞橘烯(1.62%)、磷酸三丁酯(1.13%)、正十四烷(0.96%)、正十五烷(0.95%)、芳樟醇(0.93%)等。

圖7 陳皮浸提液GC-MS分析總離子流色譜圖

3 結論

實驗證明，用超聲提取法對陳皮進行浸提是可行的。在提取條件為料液比1∶32、酒精濃度69%(V/V)、提取時間57 min時，可獲得最佳的黃酮提取率。該工藝操作簡單，成本低廉。生產的陳皮浸提液經氣相色譜-質譜聯用儀分析，共鑒定出56種揮發性成分，組成種類較多，其中D-檸檬烯是主要的揮發性成分。D-檸檬烯在香料產業中可直接用于調香[16]，黃酮類化合物在食品加工行業可作為天然色素使用[17]。本實驗可為提取中草藥得到食品添加劑提供參考。