摘 要：以花生殼為原料，采用超聲波輔助提取花生殼中的黃酮成分，并基于蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)黃酮得率進(jìn)行測(cè)定，通過單因素和正交試驗(yàn)得出花生殼黃酮最優(yōu)提取工藝。結(jié)果表明，花生殼黃酮超聲波輔助提取的最佳工藝條件為料液比1∶30（g∶mL），超聲波功率100 W，提取溫度50 ℃，提取時(shí)間40 min，在此條件下，花生殼黃酮得率為3.75%。

關(guān)鍵詞：花生殼；黃酮；超聲波輔助；提取

Optimization of Ultrasonic Assisted Extraction Process for Flavonoids from Peanut Shells

SHAO Zhiyang

（Jiangsu Vocational and Technical College of Agriculture and Forestry， Zhenjiang 212499， China）

Abstract： Using peanut shells as raw materials， ultrasonic assisted extraction was used to extract flavonoids from peanut shells， and the flavonoid yield was determined based on the rutin standard curve. The optimal extraction process for flavonoids from peanut shells was obtained through single factor and orthogonal experiments. The results showed that the optimal process conditions for ultrasound assisted extraction of flavonoids from peanut shells were a solid-liquid ratio of 1∶30（g∶mL）， ultrasound power of 100 W， extraction temperature of 50 ℃， and extraction time of 40 min. Under these conditions， the yield of flavonoids from peanut shells was 3.75%.

Keywords： peanut shell; flavone; ultrasound-assisted; extraction

花生作為全球五大主要油料作物之一，是我國(guó)油脂和蛋白質(zhì)供應(yīng)的關(guān)鍵來源。我國(guó)在花生種植和生產(chǎn)方面位居世界首位，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2023年我國(guó)花生產(chǎn)量約為1 923.07萬t，占全球花生總產(chǎn)量的37%?；ㄉ鷼ぷ鳛榛ㄉ庸さ闹饕碑a(chǎn)物，僅2023年就產(chǎn)生了約800萬t。農(nóng)林加工副產(chǎn)物的開發(fā)利用是我國(guó)科技發(fā)展規(guī)劃中優(yōu)先鼓勵(lì)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域，也是當(dāng)前研究的前沿?zé)狳c(diǎn)。近年來，利用農(nóng)林加工副產(chǎn)物開發(fā)新型生物材料或提取生物活性成分的研究日益受到重視[1]。研究表明，花生殼中含有豐富的生物活性成分，包括黃酮類化合物、粗纖維、可溶性碳水化合物、礦物質(zhì)及部分氨基酸等[2-4]，這些生物活性成分均具有多種生理功能。鑒于當(dāng)前花生殼整體開發(fā)利用不足，導(dǎo)致其附加值較低，探索并優(yōu)化花生殼黃酮提取工藝對(duì)提高副產(chǎn)物的有效利用率和實(shí)現(xiàn)資源再利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

根據(jù)已有研究成果，目前植物黃酮常用的提取方法有堿液提取法、有機(jī)試劑提取法、超聲波輔助提取法、超臨界流體萃取法、微波輔助提取法、球磨法及協(xié)同提取法等[5-9]。其中，超聲波輔助提取法通過利用超聲波的空化作用，在一定程度上可以破壞植物細(xì)胞的細(xì)胞膜，釋放內(nèi)部的有效成分[10]，具有原料利用率高、提取效率高且操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。陳文娟等[11]研究發(fā)現(xiàn)，采用超聲波輔助提取美人蕉葉總黃酮，獲得最優(yōu)提取工藝為超聲時(shí)間48 min、超聲溫度66 ℃、液料比61（mL∶g）和乙醇體積分?jǐn)?shù)75%，在此條件下提取的美人蕉葉總黃酮對(duì)O2-、OH、DPPH自由基均表現(xiàn)出較強(qiáng)的清除能力。羅慧馨等[12]通過Box-Behnken設(shè)計(jì)-響應(yīng)面法確定了超聲波輔助提取我國(guó)沙棘葉總黃酮的最優(yōu)工藝參數(shù)，即料液比1∶14（g∶mL）、乙醇濃度69%、超聲時(shí)間19 min。在此條件下黃酮提取量最高，為

3.876 mg RE/g。徐丹鴻等[13]采用超聲波輔助乙醇溶劑法提取錦燈籠宿萼總黃酮，得到最優(yōu)提取工藝為超聲波功率180 W、提取溫度60 ℃，用60%乙醇溶液按料液比1∶20（g∶mL）浸泡錦燈籠宿萼粉末24 h后，超聲提取50 min。在此條件下錦燈籠宿萼總黃酮得率為2.982%。

基于上述研究背景，本試驗(yàn)以花生殼為原料，采用超聲波輔助提取花生殼黃酮，旨在優(yōu)化提取工藝，確定最佳提取條件，為花生殼的多元化利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

花生殼（手工剝殼，本地市售）；蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品（純度≥98%，Sigma-Aldrich公司）；無水乙醇、硝酸鋁[Al（NO3）3]、氫氧化鈉（NaOH）和亞硝酸鈉（NaNO2），均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

752-PC紫外-可見分光光度計(jì)（上海德泉興業(yè)儀器廠）；SK-827HP超聲波清洗器（昆山市國(guó)華儀器有限公司）；RHP-400A高速萬能粉碎機(jī)（廣州旭日機(jī)械設(shè)備有限公司）；TCL-16高速離心機(jī)（上海遠(yuǎn)大科技有限公司）；JJ200電子天平（瑞士梅特勒儀器有限公司）；DP-9140A電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

準(zhǔn)確稱取20 mg蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品，溶于70%乙醇溶劑中，在容量瓶中定容至200 mL，即配制成濃度為100 μg·mL-1的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)液。用移液管分別吸取0、1.0、2.0、3.0、4.0 mL和5.0 mL蘆丁標(biāo)準(zhǔn)液于10 mL的加塞試管中，編號(hào)1～6號(hào)。加入0.5 mL NaNO2水溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%），搖勻，靜置5 min；然后再加入0.5 mL Al（NO3）3水溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%），搖勻，靜置5 min；最后再加入NaOH溶液4 mL（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%），搖勻，再用70%乙醇溶液定容至10 mL，搖勻，靜置15 min后，設(shè)定紫外分光光度計(jì)的波長(zhǎng)為510 nm，吸取1號(hào)試管中的溶液做空白調(diào)零，然后依次吸取2～6號(hào)試管中的溶液，測(cè)定其吸光度。以溶液的吸光值為縱坐標(biāo)（y），蘆丁質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)（x）繪制蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線[14-15]，得到的回歸方程為y=0.012x-0.007 6，R2=0.997 5。標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。

1.3.2 花生殼黃酮提取工藝流程

將花生殼除雜并清洗干凈，置于電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，于60 ℃恒溫干燥至恒重。用高速粉碎機(jī)粉碎后過80目篩，密封后冷藏保存?zhèn)溆谩?zhǔn)確稱取一定量的花生殼粉，加入乙醇作為提取溶劑，控制合適料液比，設(shè)定超聲波功率、溫度、時(shí)間等條件，進(jìn)行超聲波輔助提取。冷卻后，離心得上清液，即為花生殼黃酮提取液。

1.3.3 花生殼黃酮得率計(jì)算

待得到花生殼黃酮提取液后，用移液管準(zhǔn)確吸取1.0 mL花生殼黃酮提取液于試管中，然后按照1.3.1蘆丁標(biāo)準(zhǔn)液測(cè)定步驟測(cè)定其吸光度，并據(jù)此計(jì)算樣液濃度，計(jì)算公式為

式中：c表示樣液中黃酮的濃度，μg·mL-1；V表示提取液體積，mL；n表示稀釋倍數(shù)；m表示花生殼質(zhì)量，g。

1.3.4 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）不同乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)花生殼黃酮得率的影響。準(zhǔn)確稱取1.0 g花生殼粉末于5個(gè)錐形瓶中，分別加入不同體積分?jǐn)?shù)（50%、60%、70%、80%和90%）的乙醇溶液30 mL，設(shè)定超聲提取功率為90 W，在50 ℃下提取40 min，測(cè)定提取液吸光度?？疾觳煌掖俭w積分?jǐn)?shù)對(duì)花生殼黃酮得率的影響。

（2）不同料液比對(duì)花生殼黃酮得率的影響。準(zhǔn)確稱取1.0 g花生殼粉末于5個(gè)錐形瓶中，分別加入10、20、30、40 mL和50 mL 70%（體積分?jǐn)?shù)，下同）的乙醇，設(shè)定料液比分別為1∶10、1∶20、1∶30、1∶40和1∶50（g∶mL），在超聲提取功率為90 W，提取溫度為50 ℃條件下提取40 min，測(cè)定提取液吸光度?？疾觳煌弦罕葘?duì)花生殼黃酮得率的影響。

（3）不同超聲波功率對(duì)花生殼黃酮得率的影響。準(zhǔn)確稱取1.0 g花生殼粉末于5個(gè)錐形瓶中，分別加入70%的乙醇30 mL，設(shè)定提取溫度為50 ℃，提取時(shí)間為40 min，分別設(shè)定超聲波功率為60、70、80、90 W和100 W進(jìn)行提取，測(cè)定提取液吸光度。考察不同超聲波功率對(duì)花生殼黃酮得率的影響。

（4）不同提取溫度對(duì)花生殼黃酮得率的影響。準(zhǔn)確稱取1.0 g花生殼粉末于5個(gè)錐形瓶中，設(shè)定提取溫度分別為20、30、40、50 ℃和60 ℃，向其中加入30 mL70%的乙醇，在超聲波功率90 W下提取40 min，測(cè)定提取液吸光度。考察不同提取溫度對(duì)花生殼黃酮得率的影響。

（5）不同提取時(shí)間對(duì)花生殼黃酮得率的影響。準(zhǔn)確稱取1.0 g花生殼粉末于5個(gè)錐形瓶中，向其中加入30 mL70%的乙醇，設(shè)定超聲波功率90 W和提取溫度50 ℃，分別設(shè)定提取時(shí)間為20、30、40、50 min和60 min，測(cè)定提取液吸光度?？疾觳煌崛r(shí)間對(duì)花生殼黃酮得率的影響。

1.3.5 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

基于單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇對(duì)花生殼黃酮得率影響較大的4個(gè)因素，以花生殼黃酮得率為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)L9（34）正交試驗(yàn)，因素與水平見表1。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)平行測(cè)定3次，采用Excel 2024進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 不同乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)花生殼黃酮得率的影響

由圖2可知，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)在50%～70%時(shí)，花生殼黃酮得率緩慢增長(zhǎng)，原因在于隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，提取溶劑極性發(fā)生改變，更有利于黃酮的溶出。當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%時(shí)，花生殼黃酮提取率最高，這可能與此濃度下的乙醇極性與黃酮極性最為相似有關(guān)。然而，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)繼續(xù)增大，花生殼黃酮得率呈下降趨勢(shì)，過高的乙醇體積分?jǐn)?shù)反而抑制了黃酮的溶出，導(dǎo)致黃酮得率有所降低。因此，確定最優(yōu)乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%。

2.1.2 不同料液比對(duì)花生殼黃酮得率的影響

由圖3可知，當(dāng)料液比（g∶mL）在（1∶10）～（1∶30）時(shí)，花生殼黃酮得率呈上升趨勢(shì)。這是因?yàn)殡S著料液比減小，分子在溶液中的擴(kuò)散速度增加，使得黃酮更容易被浸提出來，因此黃酮的得率相對(duì)增加。但在料液比低于1∶30（g∶mL）時(shí)，過量的乙醇可能對(duì)黃酮類化合物的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用，導(dǎo)致黃酮得率明顯下降。因此，確定最優(yōu)料液比為1∶30（g∶mL）。

2.1.3 不同超聲波功率對(duì)花生殼黃酮得率的影響

由圖4可知，隨著超聲波功率的增加，花生殼黃酮得率逐漸增大。這是因?yàn)槌暡ㄒ鸬臋C(jī)械振動(dòng)可以使溶劑受熱均勻，有助于溶質(zhì)的分解。然而，當(dāng)超聲波功率增加到90 W和100 W時(shí)，黃酮得率趨于平緩。因此，綜合考慮黃酮得率和節(jié)能減耗，確定最優(yōu)超聲波功率為90 W。

2.1.4 不同提取溫度對(duì)花生殼黃酮得率的影響

由圖5可知，花生殼黃酮得率隨提取溫度的升高呈先上升后下降趨勢(shì)。在50 ℃時(shí)，黃酮得率最大。這是由于溫度升高會(huì)加速分子運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)黃酮浸出。但過高的溫度可能會(huì)使黃酮受熱分解，降低得率。因此，確定最優(yōu)提取溫度為50 ℃。

2.1.5 不同提取時(shí)間對(duì)花生殼黃酮得率的影響

由圖6可知，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，花生殼黃酮得率呈現(xiàn)先增大后減少的趨勢(shì)，在40 min時(shí)黃酮得率最大。繼續(xù)延長(zhǎng)提取時(shí)間，黃酮得率會(huì)出現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)。這是因?yàn)殡S著時(shí)間的延長(zhǎng)，花生殼粉末與乙醇的接觸時(shí)間增加，有利于黃酮的溶出，但是時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)使溶劑嚴(yán)重?fù)]發(fā)，間接導(dǎo)致料液比發(fā)生改變，進(jìn)而使得黃酮的有效溶出減少。因此，確定最優(yōu)提取時(shí)間為40 min。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

極差R的大小可以反映出各因素對(duì)黃酮得率的影響程度。由表2可知，超聲波功率（B）對(duì)花生殼黃酮得率的影響最大，其次是料液比（A），提取溫度（C）對(duì)花生殼黃酮得率的影響最小。根據(jù)K值可知，花生殼黃酮超聲波輔助提取的最優(yōu)提取條件為A2B3C2D2，即料液比為1∶30（g∶mL），超聲波功率為100 W，提取溫度為50 ℃，提取時(shí)間為40 min。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

由于最優(yōu)組合A2B3C2D2并不在正交試驗(yàn)表中，為了增加試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，按照該組合所設(shè)定的條件進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，得出花生殼黃酮的得率平均值為3.75%，高于正交表中A2B3C1D2組合的最高黃酮得率。因此，A2B3C2D2為最優(yōu)提取組合，對(duì)應(yīng)的提取條件為料液比1∶30（g∶mL），超聲波功率100 W，提取溫度50 ℃，提取時(shí)間40 min。

3 結(jié)論

本研究以花生殼黃酮得率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過單因素和正交試驗(yàn)，確定了花生殼黃酮超聲波輔助提取的最佳工藝參數(shù)為料液比1∶30（g∶mL），超聲功率100 W，提取溫度50 ℃，提取時(shí)間40 min。在此工藝條件下，花生殼黃酮得率為3.75%。該研究為花生殼的深入開發(fā)和綜合利用提供了重要的科學(xué)依據(jù)。

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