王慧
(天津市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)技術(shù)研究院,天津300384)
板栗(Castanea mollissima Blume)屬山殼斗科植物,為落葉喬木。我國(guó)南北各地廣泛栽培,產(chǎn)量居世界第一。板栗果肉的開發(fā)利用一直受到廣泛的關(guān)注,但隨之產(chǎn)生的板栗殼則基本上未得到有效的開發(fā)就被丟棄浪費(fèi)掉。
目前從板栗殼中提取粗色素后只是進(jìn)行一般的純化處理,其活性成分沒(méi)有進(jìn)一步的精制和分離,這樣就無(wú)法確認(rèn)它們的分子結(jié)構(gòu)。同時(shí)也沒(méi)有對(duì)板栗殼色素活性成分的功能機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步的研究。存在的這兩個(gè)問(wèn)題對(duì)充分利用和推廣板栗殼色素造成了障礙。因此,對(duì)板栗殼色素活性成分進(jìn)行提純及抗氧化的研究意義重大,它最終會(huì)直接影響到板栗殼色素產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。本課題研究的主要內(nèi)容為影響板栗殼色素提取效果的單因素實(shí)驗(yàn)。板栗殼色素提取的最佳提取方案的確定。
板栗來(lái)自于天津薊縣。
HH數(shù)顯恒溫水浴鍋:金壇市金城國(guó)勝實(shí)驗(yàn)儀器廠;RE-2000型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀:上海亞榮生化儀器廠;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;WFJ7200型可見分光光度計(jì):尤尼柯(上海)儀器有限公司;LD5-2B型低速離心機(jī):北京雷勃爾離心機(jī)有限公司;DGX-9243BC-1型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱:上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;FD-1A-50冷凍干燥機(jī):北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。
無(wú)水乙醇、1 mmol/L硫酸亞鐵、3 mmol/L過(guò)氧化氫、1%鐵氰化鉀、0.1%氯化鐵、10%三氯乙酸、3 mmol/L水楊酸、抗壞血酸(以上均為分析純)。
0.2 mol/L磷酸緩沖液(pH6.6):精密稱取磷酸氫二鈉7.1 g,用蒸餾水溶解后定容至100 mL配制成0.2 mol/L磷酸氫二鈉溶液。精密稱取磷酸二氫鈉3.1g,用蒸餾水溶解后定容至100 mL配制成0.2 mol/L磷酸二氫鈉溶液。取32.5 mL 0.2 mol/L磷酸氫二鈉溶液和67.5 mL磷酸二氫鈉溶液至100 mL的容量瓶中,搖勻,備用。
1.4.1 板栗殼色素提取的工藝流程
1.4.1.1 色素的提取
取一定量經(jīng)干燥、粉碎的板栗殼,加入一定溶劑,在適當(dāng)?shù)臏囟认?,回流浸提色素,離心過(guò)濾,得到色素液,在380 nm[11]下用紫外分光光度計(jì)測(cè)其吸光度。
1.4.1.2 色素的提取率
稱取5 g粉碎的板栗殼,在確定條件下浸提、濃縮、干燥得粉末狀色素,計(jì)算得率Y
式中:m1為色素質(zhì)量,g;m2為板栗殼質(zhì)量,g。
1.4.2 單因素實(shí)驗(yàn)
1.4.2.1 乙醇濃度對(duì)板栗殼色素提取效果的影響
準(zhǔn)確稱取1.0 g已烘干粉碎的板栗殼,在乙醇濃度為20%、30%、40%、50%、60%、70%,料液比1∶30,提取溫度為70℃,提取時(shí)間為2.5 h下浸提,離心過(guò)濾后,各取1 mL,稀釋到20 mL,用分光光度計(jì)于380 nm下,測(cè)吸光度值,得出最佳結(jié)果
1.4.2.2 提取溫度對(duì)板栗殼色素提取效果的影響
準(zhǔn)確稱取1.0 g已烘干粉碎的板栗殼,在溫度為40、50、60、70、80、90 ℃,料液比 1∶30,乙醇濃度為 40%,提取時(shí)間為2.5 h下浸提,離心過(guò)濾后,各取1 mL,稀釋到10 mL,用分光光度計(jì)于380 nm下,測(cè)吸光度值,得出最佳結(jié)果。
1.4.2.3 料液比對(duì)板栗殼色素提取效果的影響
準(zhǔn)確稱取1.0 g已烘干粉碎的板栗殼,在料液比為1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40(g/mL),乙醇濃度為40%,提取溫度為80℃,提取時(shí)間為2 h下浸提,離心過(guò)濾后,各取1 mL,稀釋到20 mL,用分光光度計(jì)于380 nm下,測(cè)吸光度值,得出最佳結(jié)果。
1.4.2.4 提取時(shí)間對(duì)板栗殼色素提取效果的影響
準(zhǔn)確稱取1.0 g已烘干粉碎的板栗殼,在提取時(shí)間為 1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 h,乙醇濃度為 40%,提取溫度為80℃,料液比為1∶10下浸提,離心過(guò)濾后,各取1 mL,稀釋到20 mL,用分光光度計(jì)于380 nm下,測(cè)吸光度值,得出最佳結(jié)果。
1.4.2.5 提取次數(shù)對(duì)板栗殼色素提取效果的影響
準(zhǔn)確稱取1.0 g已烘干粉碎的板栗殼,在乙醇濃度為40%,提取溫度為80℃,料液比為1∶10,提取時(shí)間為 2.5 h 條件下進(jìn)行浸提,提取次數(shù)為 1、2、3、4,離心過(guò)濾后,取浸提液1 mL,稀釋到20 mL,用分光光度計(jì)于380 nm下,測(cè)吸光度值,得出最佳結(jié)果。
1.4.3 正交試驗(yàn)
對(duì)影響板栗殼色素提取效果的4個(gè)主要影響因素(乙醇濃度A、提取溫度B、提取時(shí)間C、料液比D)進(jìn)行研究。按表1所示的因素水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。
表1 正交因素水平表Table 1 The orthogonal levels table of factors
2.1.1 乙醇濃度對(duì)板栗殼色素提取效果的影響
乙醇濃度對(duì)板栗殼色素提取效果的影響如圖1所示。
圖1 乙醇濃度對(duì)板栗殼色素提取效果的影響Fig.1 Impact of ethanol concentration on the extraction effect of chestnut shell pigment
隨著乙醇濃度的增大,板栗殼色素的提取量增加;當(dāng)乙醇濃度達(dá)到40%左右時(shí),板栗殼色素的提取量最大。但是乙醇濃度高于40%時(shí),隨著乙醇濃度的增大,色素物質(zhì)的提取量顯著減少。
2.1.2 提取溫度對(duì)板栗殼色素提取效果的影響
提取溫度對(duì)板栗殼色素含量提取效果的影響如圖2所示。提取溫度從40℃至80℃,隨著提取溫度的增加,色素的提取量亦增加;當(dāng)提取時(shí)間達(dá)到80℃左右時(shí),色素的提取量最大。但是提取溫度超過(guò)80℃以后,隨著提取溫度升高,板栗殼色素的提取量反而下降。
2.1.3 料液比對(duì)板栗殼色素提取效果的影響
圖2 提取溫度對(duì)板栗殼色素提取效果的影響Fig.2 Impact of extraction temperature on the extraction effect of chestnut shell pigment
料液比對(duì)板栗殼色素含量提取效果的影響如圖3所示。料液比在1∶10至1∶15時(shí),隨料液比的增加,黃酮的提取量顯著增加;當(dāng)料液比達(dá)到1∶15時(shí),板栗殼色素的提取量最大。但是料液比超過(guò)1∶15時(shí),隨著提取液含量的增大,板栗殼色素的提取量有大幅度下降。
圖3 料液比對(duì)黃酮提取效果的影響Fig.3 Impact of feed liquid ratio on the extraction effect of flavonoids
2.1.4 提取時(shí)間對(duì)板栗殼色素提取效果的影響
提取時(shí)間對(duì)板栗殼色素含量提取效果的影響如圖4所示。
圖4 提取時(shí)間對(duì)黃酮提取效果的影響Fig.4 Impact of extraction time on the extraction effect of flavonoids
提取時(shí)間從1 h~2.5 h,隨著提取時(shí)間的增加,提取量亦持續(xù)增加;當(dāng)提取時(shí)間達(dá)到2.5 h時(shí),板栗殼色素的提取量最大。但是提取時(shí)間超過(guò)2.5 h后,隨著提取時(shí)間增加,色素的提取量反而下降。在3.5 h時(shí)有所增加,但為考慮到提取效率,采用2.5 h。
2.1.5 提取次數(shù)對(duì)板栗殼色素提取效果的影響
提取次數(shù)對(duì)板栗殼色素含量提取效果的影響如圖5所示。隨著提取次數(shù)的增多,板栗殼色素的提取率迅速降低,綜合考慮到提取效率和成本,提取次數(shù)以不超過(guò)3次較合算。
圖5 提取次數(shù)對(duì)板栗殼色素提取的影響Fig.5 Figure Impact of the extraction times on the extraction effect of chestnut shell pigment
正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。
表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results in orthogonal test
由表2分析可知:這4個(gè)因素對(duì)板栗殼色素的提取率影響的主次順序?yàn)镃>B>A>D,即料液比>溫度>乙醇濃度>提取時(shí)間.最優(yōu)水平為C1B3A2D2,即料液比1∶10(g/mL),提取溫度 90℃,乙醇濃度 40%,提取時(shí)間為2.5h。因?yàn)樽罴烟崛》桨冈谡槐矸秶鷥?nèi),所以沒(méi)必要做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。
根據(jù)正交試驗(yàn)所得的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn),準(zhǔn)確稱量10.0 g粉碎干燥的板栗殼,在乙醇濃度為40%,料液比1∶10,提取溫度90℃,提取時(shí)間2.5 h,提取次數(shù)3次,回流浸提,將浸提液離心過(guò)濾后濃縮,再真空冷凍干燥。重復(fù)四次實(shí)驗(yàn),計(jì)算提取率。結(jié)果見表3。
表3 重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results in repeated test
由表3可得,3次重復(fù)試驗(yàn)的提取率大體相同。
通過(guò)本實(shí)驗(yàn)研究,可以得到如下結(jié)論:
板栗殼色素的最佳提取工藝為料液比1∶10,提取溫度90℃,乙醇濃度40%,提取時(shí)間為2.5 h。料液比對(duì)板栗殼色素的提取率的影響最大,其次是溫度和濃度,提取時(shí)間對(duì)板栗殼色素的提取率的影響最小。
板栗殼棕色素是一種天然色素,具有抗氧化、抗衰老的功效,可廣泛用作食品、日用化學(xué)品和藥品等的著色劑,有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。近年來(lái),板栗殼色素的提取工藝逐漸成為研究熱點(diǎn),特別是超臨界流體萃取、超聲波提取、微波提取等新技術(shù)更多地用于提取板栗殼色素的研究。但是,對(duì)板栗殼色素成分的研究,以及色素的純化有待于進(jìn)一步研究,相信隨著新技術(shù)、新工藝的不斷發(fā)展,這些研究將會(huì)成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。
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