香蕉皮多酚的工藝研究范文

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《甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報》2015年第六期

摘要：

以漳州天寶香蕉皮為原料，研究了料液比、超聲波溫度、超聲波時間、乙醇體積分?jǐn)?shù)對香蕉皮粗多酚提取率的影響．在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了正交試驗(yàn)，最終確定最優(yōu)的提取工藝條件為：以60％乙醇為萃取劑，料液比為1∶20、45℃的條件下超聲45min，香蕉皮多酚得率為1．0821％．結(jié)果表明：超聲波可以有效地強(qiáng)化香蕉皮粗多酚的提取，并且顯著縮短了提取時間，提高了香蕉皮多酚得率．

關(guān)鍵詞：

漳州天寶香蕉皮；多酚；提取工藝；超聲波

隨著香蕉深加工產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加快，副產(chǎn)物香蕉皮的累積量越來越大．香蕉果皮約占果質(zhì)量的30％～40％，其中富含多酚物質(zhì)、縮合鞣質(zhì)和有機(jī)酸等成分，但大部分香蕉皮尚未得到合理的利用，被視為廢物扔掉，既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境［1］．植物多酚已經(jīng)被人類稱為健康的“第7營養(yǎng)素”［2］，具有預(yù)防心血管疾病、抑制腫瘤等作用［3］，而且還有抗氧化的作用，可以去除活性氧的自由基．已有研究證實(shí)，水果皮當(dāng)中的總酚含量大約是去皮水果的2倍［4］，所以從香蕉皮中提取多酚物質(zhì)是切實(shí)可行的，既可以減輕環(huán)境污染，又可以提高經(jīng)濟(jì)效益．目前，多酚物質(zhì)的提取技術(shù)主要有溶劑浸提法［2］、螯合劑輔助提取法［1］、微波輔助提取法［5］、超聲波輔助提取［6］等．浸提法容易控制，工藝條件比較成熟且適用范圍廣，投資少，但是提取效果不理想，提取率比較低．微波萃取時提取液的溫度會急劇升高，甚至?xí)霈F(xiàn)沸騰的現(xiàn)象，使得酚類物質(zhì)分解，導(dǎo)致提取率低［7］．超聲波是頻率大于20kHz的機(jī)械波，在溶劑浸提的基礎(chǔ)上，進(jìn)行超聲波輔助處理，利用其機(jī)械效應(yīng)、空化效應(yīng)及熱效應(yīng)加強(qiáng)胞內(nèi)物質(zhì)的釋放、擴(kuò)散及溶解，提取時間短、溫度低、提取率高、氧化損耗小［8］．超聲波能使組織或細(xì)胞破裂得更充分，有效成份提取得更完全，從而使經(jīng)濟(jì)效益得到顯著的提高，其操作簡便易行，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的提取新技術(shù)［9］．本研究以漳州天寶香蕉皮為原料，利用超聲波輔助提取香蕉皮中的粗多酚．主要研究了料液比、超聲時間、超聲溫度和體積分?jǐn)?shù)對香蕉皮粗多酚提取率的影響，并通過正交試驗(yàn)對提取工藝進(jìn)行優(yōu)化．旨在提高香蕉皮粗多酚的提取率，加快香蕉皮粗多酚提取的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，拓寬多酚資源的開發(fā)利用空間，為香蕉皮的深加工利用提供理論基礎(chǔ)．

1材料與方法

1．1試驗(yàn)材料1．1．1原料新鮮、無黑斑的漳州天寶香蕉：購自洪瀨新華都超市．

1．1．2試劑95％乙醇、無水乙醇、無水碳酸鈉、鎢酸鈉、鉬酸鈉、磷酸、鹽酸、硫酸鋰、雙氧水等均為分析純．

1．1．3儀器B122－600A型超聲波清洗機(jī)；HC2003型電子天平；SHB－Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵；RV－10數(shù)顯型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀；JSP－100型高速多功能粉碎機(jī)；DHG－9070型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；WFZUV－2802SH型紫外可見分光光度計．

1．2試驗(yàn)方法

1．2．1香蕉皮粗多酚提取工藝新鮮漳州天寶香蕉皮在40℃下烘焙20h后粉碎，過40目試驗(yàn)篩，用一定體積分?jǐn)?shù)的乙醇溶液在4℃左右低溫（下同）浸提30min后，進(jìn)行超聲波處理，過濾除渣，濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮（40℃、80r／min、40min），適當(dāng)稀釋定容后測定粗多酚含量［10］．

1．2．2單因素試驗(yàn)設(shè)計分別考察料液比（1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30）、超聲波處理溫度（35、40、45、50、55℃）、超聲波處理時間（30、35、40、45、50min）和乙醇體積分?jǐn)?shù)（50％、60％、70％、80％、90％）對漳州天寶香蕉皮粗多酚提取率的影響．

1．2．3正交試驗(yàn)設(shè)計在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行四因素三水平的正交試驗(yàn)，選用L9（34）正交表進(jìn)行組合搭配，以香蕉皮粗多酚提取率為指標(biāo)，篩選出最優(yōu)的提取工藝參數(shù)．正交設(shè)計表如下．

1．2．4香蕉皮粗多酚含量的測定采用福林酚法［11］測定．多酚提取率計算公式如下。

2結(jié)果與分析

2．1標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制以沒食子酸為標(biāo)樣，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線如下．式中：Y為沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液在波長為765nm處所測定的吸光度；X為沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度（μg／mL）．

2．2不同料液比對漳州天寶香蕉皮粗多酚提取率的影響由圖2可知，當(dāng)料液比從1∶10變化到1∶15時，香蕉皮與溶劑的接觸面積逐漸增大，多酚類物質(zhì)更加容易溶解到溶劑之中，使得多酚的提取率隨之增加．在料液比為1∶15時，提取率為1．0604％，達(dá)到最大值．但是，由于多酚物質(zhì)在香蕉皮中的含量是一定的，如果繼續(xù)增加提取劑的量，那么多酚的提取率不會再增加，反而是下降．原因可能是溶劑量增大，使得溶劑和物料中的有效成分的濃度差增大，擴(kuò)散推動力大；而當(dāng)料液比繼續(xù)增大時，提取率反而下降，說明多酚的溶出量已飽和［12］．所以，增加提取劑的用量只會增加溶劑回收成本和造成溶劑的浪費(fèi)．因此，選擇較合適的料液比為1∶15．

2．3超聲波處理溫度對漳州天寶香蕉皮粗多酚提取率的影響由圖3可以看出，當(dāng)溫度較低時，超聲波所產(chǎn)生的作用較小．同時不利于粗多酚的提取，從而導(dǎo)致提取率也較低．超聲波溫度在35～45℃，隨著溫度的不斷升高，加速了粗多酚的擴(kuò)散溶出，增加了粗多酚在乙醇溶液中的溶解度，從而粗多酚提取率也不斷增加．其原因可能是隨著溫度的升高，加快了植物中可溶性物質(zhì)的運(yùn)動速度，香蕉皮中多酚物質(zhì)的滲透、溶解能力也增強(qiáng)了，從而使其更容易從原料中浸出．溫度升高使得氫鍵更容易斷裂，同時也加快了多酚的滲透、擴(kuò)散、溶解速度．此時酚類物質(zhì)也更容易從原料中溶出［1］．超聲波溫度在45℃時，粗多酚的提取率為0．8592％，達(dá)到最大值．當(dāng)超聲波溫度繼續(xù)上升時，多酚類物質(zhì)在較高溫度下不穩(wěn)定，容易被氧化，還可能破壞了多酚的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，故粗多酚的提取率也開始下降．當(dāng)溫度高時，果膠、色素等雜質(zhì)的析出也會比較多．所以，選擇較合適的超聲波處理溫度為45℃.

2．4超聲波處理時間對漳州天寶香蕉皮粗多酚提取率的影響由圖4可以看出，當(dāng)超聲波處理時間在30～40min，隨著超聲波處理時間的延長，粗多酚的提取率也不斷加大；當(dāng)超聲波處理時間為40min時，粗多酚的提取率為0．8994％，達(dá)到了最大值．然而，隨著超聲波處理時間的延長，所提取的粗多酚的含量不但沒有繼續(xù)增加，反而是下降了．原因可能是當(dāng)超聲處理時間達(dá)到40min時，香蕉皮中的粗多酚類物質(zhì)已基本溶出，若繼續(xù)延長提取的時間，可能使已經(jīng)溶出的粗多酚類化合物發(fā)生氧化或結(jié)構(gòu)被破壞，而且香蕉皮細(xì)胞中的其他物質(zhì)的溶出也會增加，使提取物中的粗多酚含量偏低，且不利于純化［13］．因此，較合適的超聲波處理時間為40min．

2．5乙醇體積分?jǐn)?shù)對漳州天寶香蕉皮粗多酚提取率的影響由圖5可以看出，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)在50％～70％，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，香蕉皮粗多酚的提取率也逐漸增加．當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到70％時，粗多酚提取率為0．9128％，此時達(dá)到最大值．隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的繼續(xù)增加，粗多酚的提取率反而下降，這可能是溶劑與多酚極性的相似程度降低所致［1］．當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)較低時，其溶液中溶解較多的水溶性蛋白和糖類；當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)較高時，香蕉皮中的色素等脂溶性的物質(zhì)也逐漸增加，也有可能引起了較多蛋白質(zhì)等物質(zhì)的沉淀，間接影響了多酚物質(zhì)的溶出，從而導(dǎo)致了提取率呈明顯的下降趨勢．水是多酚的良好溶劑，但其氫鍵卻不能被水破壞．若加入乙醇反而可以破壞其中的氫鍵，因此提高了多酚的提取率．所以，選取合適的乙醇體積分?jǐn)?shù)，便可提高多酚的提取率．由圖5可知，70％的乙醇比較適宜．

2．6正交試驗(yàn)結(jié)果分析在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行正交試驗(yàn)，結(jié)果表2所示．為進(jìn)一步確定各因素對漳州天寶香蕉皮中粗多酚提取效果的影響，對表2的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析以及顯著性檢驗(yàn)．由于超聲波處理時間（因素C）的R值最小，將其作為空白列進(jìn)行計算，結(jié)果見表3．從表3可以看出，料液比對漳州天寶香蕉粗多酚提取率影響極顯著，乙醇體積分?jǐn)?shù)和超聲波處理溫度對粗多酚提取率影響顯著．由表2中極差分析可知，影響漳州天寶香蕉皮粗多酚提取率的各因素主次順序?yàn)锳＞D＞B＞C，即對粗多酚的提取率影響最大的是料液比，乙醇體積分?jǐn)?shù)次之，然后是超聲波處理溫度，而超聲波處理時間的影響最小，最優(yōu)水平組合為A3B2C3D1．表2中9組試驗(yàn)結(jié)果可以看出，提取效果最佳的組合為試驗(yàn)5，即A2B2C3D1，其粗多酚的提取率為1．0782％．為驗(yàn)證結(jié)果，分別用A2B2C3D1和A3B2C3D1兩種組合提取香蕉皮粗多酚．得到香蕉皮中粗多酚的提取率分別為1．0782％和1．0821％．故最優(yōu)組合為A3B2C3D1，即料液比1∶20、超聲波溫度45℃、超聲波時間45min、乙醇體積分?jǐn)?shù)為60％．

3結(jié)論

漳州天寶香蕉皮粗多酚提取的最佳工藝條件為以60％乙醇為萃取劑，料液比為1∶20、45℃的超聲45min，香蕉皮粗多酚得率為1．0821％．

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作者：劉蒙佳 潘露冰 張寶善 單位：福建師范大學(xué)閩南科技學(xué)院 陜西師范大學(xué)