高 潔，王 勇，王 燕

(1.陜西國(guó)際商貿(mào)學(xué)院醫(yī)藥學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712046；2.陜西農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)研究院，陜西 西安 710000)

正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)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(guó)際商貿(mào)學(xué)院醫(yī)藥學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712046；2.陜西農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)研究院，陜西 西安 710000)

以棕色素提取率為考核指標(biāo)，采用正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了板栗殼棕色素的超聲提取工藝，并通過(guò)體外亞油酸抗氧化性實(shí)驗(yàn)及還原性實(shí)驗(yàn)研究了板栗殼棕色素的抗氧化性。結(jié)果表明：當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為40%、固液比為1∶30(g∶mL)、提取溫度為80 ℃、提取時(shí)間為70 min、提取次數(shù)為2次時(shí)，板栗殼棕色素提取率可達(dá)10.32%；當(dāng)板栗殼棕色素濃度在1.8 mg·mL-1以上時(shí)，其還原能力與維生素C相當(dāng)；所提取板栗殼棕色素具有較強(qiáng)的抗氧化性，且隨著濃度的增大，抗氧化性逐漸增強(qiáng)。超聲提取板栗殼棕色素具有省時(shí)、高效的優(yōu)點(diǎn)。

板栗殼棕色素；超聲提取；抗氧化性；正交實(shí)驗(yàn)

板栗(Castanea mollissima)，又稱(chēng)瑰栗、栗子、毛栗等，屬山毛櫸科(Fagaceae)植物[1]，在我國(guó)已有3000多年的種植歷史。我國(guó)板栗栽培面積和產(chǎn)量均居世界前列。板栗殼為板栗的外果皮，又名栗毛殼、風(fēng)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(zhì)[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(guó)的特產(chǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)板栗仁受到廣泛關(guān)注，但板栗殼作為加工廢棄物未得到有效開(kāi)發(fā)與利用，大部分被用作燃料或被丟棄，造成資源的極大浪費(fèi)[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(lèi)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(duì)提取條件進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)對(duì)板栗殼棕色素的抗氧化性進(jìn)行研究，擬為板栗殼的綜合利用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑與儀器

板栗，購(gòu)于陜西省商洛市市場(chǎng)。

實(shí)驗(yàn)所用化學(xué)試劑均為分析純。

粉碎機(jī)；可見(jiàn)分光光度計(jì)；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器；超聲乳化強(qiáng)化處理機(jī)，中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)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(shí)間，置于超聲乳化強(qiáng)化處理機(jī)中進(jìn)行超聲提取，抽濾，將濾液離心后再進(jìn)行萃取，置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)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(cè)定

稱(chēng)取一定質(zhì)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(cè)定280 nm處吸光度，以吸光度(A)為縱坐標(biāo)、濃度(c，mg·mL-1)為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得線性回歸方程：A=0.0743c-0.0015,R2=0.9999。依據(jù)方程，按下式計(jì)算提取率(Y)：

式中：c為線性回歸方程計(jì)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(zhì)量，g。

1.4 板栗殼棕色素的抗氧化性的測(cè)定

1.4.1 還原性實(shí)驗(yàn)

稱(chēng)取一定質(zhì)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(yīng)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(cè)定700nm處吸光度[11]。吸光度越大，表明樣品的還原能力越強(qiáng)，同時(shí)進(jìn)行維生素C還原能力對(duì)照實(shí)驗(yàn)。

1.4.2 體外亞油酸抗氧化性實(shí)驗(yàn)

稱(chēng)取一定質(zhì)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(cè)定500nm處吸光度。吸光度越小，表明樣品的抗氧化性越強(qiáng)，同時(shí)進(jìn)行2，6-二叔丁基對(duì)甲苯酚(BHT)抗氧化能力對(duì)照實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)的確定

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

圖1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)提取率的影響

由圖1可以看出，吸光度隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大而增大，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為40%時(shí)，吸光度最大，此時(shí)的提取率最高；繼續(xù)增大乙醇體積分?jǐn)?shù)，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(shí)驗(yàn)優(yōu)選超聲提取工藝參數(shù)

以提取次數(shù)(A)、提取溫度(B)、提取時(shí)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(biāo)，通過(guò)L16(45)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)選板栗殼棕色素超聲提取工藝。正交實(shí)驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表1，結(jié)果與分析見(jiàn)表2，方差分析見(jiàn)表3。

表1L16(45)正交實(shí)驗(yàn)因素與水平

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

水平因素A．提取次數(shù)次B．提取溫度℃C．提取時(shí)間minD．固液比g∶mL11 50301∶3022 60501∶4033 70701∶5044 80901∶60

表2L16(45)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

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

實(shí)驗(yàn)號(hào)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(duì)板栗殼棕色素提取率的影響大小依次為A>B>C>D，最優(yōu)提取工藝為A2B4C3D3，即提取次數(shù)2次、提取溫度80 ℃、提取時(shí)間70 min、固液比1∶50(g∶mL，下同)。其中，提取次數(shù)和提取溫度對(duì)提取率的影響較大，隨著提取次數(shù)的增加、提取溫度的升高，提取率相應(yīng)升高；提取時(shí)間對(duì)提取率影響不明顯；固液比對(duì)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?jǐn)?shù)為40%、固液比為1∶30、提取溫度為80 ℃、提取時(shí)間為70 min、提取次數(shù)為2次的最優(yōu)提取條件下進(jìn)行多次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，板栗殼棕色素平均提取率為10.32%。

2.3 抗氧化性評(píng)價(jià)

2.3.1 還原能力(圖2)

圖2 板栗殼棕色素還原能力的測(cè)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(qiáng)；在濃度低于1.8 mg·mL-1時(shí)，板栗殼棕色素的還原能力低于維生素C；當(dāng)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(qiáng)，與維生素C相當(dāng)。

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(shí)間延長(zhǎng)吸光度不斷增大；當(dāng)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(qiáng)。

圖3 板栗殼棕色素抗氧化能力的測(cè)定

3 結(jié)論

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

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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(jì)劃項(xiàng)目(12JK1044)，陜西省咸陽(yáng)市科技局科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(2015K04-20)

2016-09-28

高潔(1984-)，女，陜西咸陽(yáng)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(shí)驗(yàn)優(yōu)選板栗殼棕色素超聲提取工藝及其抗氧化性研究[J].化學(xué)與生物工程，2017，34(2)：50-53.