膜技术分离纯化对花生壳多酚提取液品质的影响

王永刚，李卫

（1.蒙牛（乳业）股份有限公司，山东济南250014；2.湖北工业大学化学与环境工程学院，湖北武汉430068）

膜技术分离纯化对花生壳多酚提取液品质的影响

王永刚1，李卫2，*

（1.蒙牛（乳业）股份有限公司，山东济南250014；2.湖北工业大学化学与环境工程学院，湖北武汉430068）

研究膜分离技术在花生壳中多酚提取液纯化上的应用，研究表明：使用微滤膜除杂，纳滤膜浓缩后，提取液中多酚的纯度从9%提高到18.67%，体积减少95.6%，固含由5.4%提升到43.9%，且检验证明经膜处理后提取物仍具有较高的抗氧化能力和一定的抗菌效果。

花生壳多酚；膜浓缩；抗氧化；抑菌

Abstract：Study the membrane separation technology in the peanut shells on the purification of polyphenol extract the application of studies have shown that the use of micro-filtration membrane impurity removal,nanofiltration concentration,the purity of polyphenol extract from 9%to 18.67%,volume reduction of 95.6%,solid content from 5.4%to 43.9%,and the test to certify that membrane extracts after treatment still has a higher antioxidant capacity and some anti-bacterial effect.

Key words：Peanut Shell polyphenols；membrane concentration;antioxidant;inhibition

我国花生产量约占世界总产量的42%,年产副产物花生壳约450万t。目前我国花生壳大多作为燃料,有限的综合开发利用主要有生产酱油、酿造白酒、制取药物、加工饲料、栽培食用菌、榨取油脂、制造复合板材等,附加值低,甚至造成新的环境污染。花生壳的使用价值很高，花生壳中含蛋白质4%～7%、粗脂肪1%～2%、碳水化合物10.6%～21.2%(其中包括单糖、双糖和低聚糖)、淀粉0.7%、半纤维素10.1%、粗纤维素65.7%～79.3%、灰分1.9%～4.6%。成熟的花生壳中含有的多酚类物质为3.34%～7.13%[1]，多酚类物质是油脂的抗氧化剂，许多科学研究结果表明：多酚类化合物具有良好的抗氧化性和抗菌性，其主要功能性质是作为许多酶体系的抑制剂或激活剂、金属螯合剂以及自由基清除剂[2]。花生壳多酚为宜挥发性物质且易失活，如何高效地制取高纯度花生壳多酚提取液是一大难点。本课题旨研究膜分离技术对花生壳多酚提取液品质影响的工艺问题，并对产物的抗氧化性和抗菌性进行研究，为解决传统提取工艺成本、能耗高以及纯度低等问题，和多酚物质在保健食品当中的大量应用提供基础数据。

1 试剂与检测方法

1.1 器材试剂

1.1.1 试剂

花生壳多酚提取液：湖北工业大学膜技术研究所提供；乙醇：DPPH溶液；PBS溶液、硫酸亚铁、三氯醋酸、亚硝酸钠、硝酸铝：均为分析纯；枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌、普通变形杆菌：湖北工业大学生物工程学院。

1.1.2 器材

RO-NF-UF-4010型膜分离装置、微滤膜组件、纳滤膜组件：湖北工业大学膜技术研究所；AL204电子天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；UV-2102PC型紫外可见分光光度计：龙尼柯（上海）仪器有限公司；DZX-6000B真空干燥箱：上海福玛实验设备有限公司；DXNS-100-1循环低温蒸发浓缩器：济宁金百特工程机械有限公司；WYT-J型手持糖量计：东莞市兴万电子厂。

1.2 检测方法

1.2.1 花生壳多酚纯度计算

准确吸取浓度为100 μg/mL的花生壳多酚标准溶液 0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30 mL 于 5 mL 容量瓶中，分别加入蒸馏水 1.95、1.90、1.85、1.80、1.75、1.70 mL，再加入Folin-Ciocalten试剂1.0 mL。充分振荡后静置3 min～4 min，分别加入80%乙醇溶液1.0 mL。摇匀、置于25℃恒温水浴中反应2 h，同时做试剂空白，于765 mn下测定吸光度。以含量对吸光度进行直线回归。

花生壳多酚标准溶液以吸光值A和花生壳多酚C得到回归方程为：

y=－0.0012x4+0.0168x3－0.0813x2+0.2848x－0.0138，R2=0.9999。

式中：A为吸光度；C为花生壳多酚溶液浓度。

图1 标准曲线Fig.1 Standard curve

1.2.2 固形物含量计算

手持糖量计度数重复3次取平均值。

1.2.3 膜通量及浓缩倍数计算

膜通量通常用单位时间内通过膜面积透过液的量来表示，通过控制操作参数，如压力、温度等，待运行稳定后，取样、记录一定时间透过液的体积，由下式计算膜通量：

式中：J为通量，[L/（h/m2）]；T为取样时间，h；V为透过液体积，L。

浓缩倍数由下式计算：

式中：W0为起始液的体积，L；W为透过液的体积，L。

1.2.4 花生多酚的抗氧化能力研究

清除自由基的测定（DPPH法）[3]：DPPH是一种稳定的自由基,其乙醇溶液呈紫色,在517 nm处有最大吸收。当在DPPH溶液中加入自由基清除剂后,溶液颜色变浅,517 nm处的吸光度变小,且吸光度变小的程度与自由基被清除的程度呈线性关系,故可用于检测自由基被清除的程度,从而评价物质的抗氧化能力。其能力用清除率来表示,清除率越大,表明其自由基清除效果越好[4-5]。取样品液适量，在0.3 mL 5%亚硝酸钠溶液存在的碱性条件下，经硝酸铝显色后，以试剂为空白参比液在420～700 nm波长范围测定螯合物的吸光度，螯合物于510 nm波长处有最大吸收，故测定时选用此波长。

分别配制不同质量浓度的花生壳多酚类化合物样品溶液。精确吸取样品溶液2.0 mL于试管中,加入2×10-4mol/L的DPPH溶液2.0 mL,摇匀,静置30 min,以体积分数为80%的乙醇为空白,分别测定试样在517 nm处的吸光度Ai。同时测定2.0 mL样品溶液与2.0 mL 80%乙醇混合液在517 nm处的吸光度Aj。再测定2.0 mL DPPH溶液与2.0 mL 80%乙醇混合液在517 nm处的吸光度AC。每组平行测定3次,取平均值并按如下公式计算样品的清除率:

1.2.5 花生多酚抑菌性研究

取1 mL花生壳多酚提取液，12000 r/min离心20 min取上清，对药液进行二倍梯度稀释成1、1/2、1/4、1/8、1/16五个浓度梯度，滤纸片法检测对供试菌的抑菌效果，随药液浓度变化的趋势。

2 方法

2.1 原料处理

将花生多酚提取液用滤布过滤取其滤液，然后用N30微滤膜浓缩，工艺流程图如下所示:

花生多酚提取液→滤布→微滤膜处理→滤液→纳滤膜处理→浓缩液

2.2 检测

取经2.1处理后的溶液，按照1.2.1、1.2.3、1.2.4方法对经膜浓缩后的花生壳多酚溶液进行纯度、活性和抗菌性研究。

3 结果讨论

3.1 花生壳多酚纯度结果

经计算,纯度为18.67%。

3.2 固形物含量检测结果

花生壳多酚提取液的固形物含量为5.4%，经膜系统除杂浓缩后含量为43.9%。

3.3 膜通量及浓缩倍数计算结果

500 kg料液经处理5 h后的浓缩液为22.03 kg，浓缩22.7倍，J=416.7 kg/（h·m2），说明所选取的膜组件能够较好地对花生壳多酚提取液进行除杂和浓缩。

3.4 清除自由基的试验结果

分别测定不同质量浓度的花生壳多酚提取液对DPPH自由基的清除率,结果如表1所示。

表1 浓缩前花生壳多酚提取液对DPPH自由基的清除率Table 1 Pre-concentrated polyphenol extract of peanut shells polyphenols DPPH radical scavenging rate

表2 浓缩后花生壳多酚提取液对DPPH自由基的清除率Table 2 Concentrated polyphenol extracts of peanut shells polyphenols on the DPPH radical scavenging rate

由表1、2可知,花生壳多酚提取液样品溶液对DPPH自由基有较好的清除作用,随着样品溶液质量浓度的增加,清除作用加强,但样品溶液质量浓度增大到一定值时,清除率不再随样品溶液质量浓度的增加而增大。本试验中样品溶液质量浓度在1.00 mg/mL时清除率达到最大值,为92.0%。而质量浓度为1.00 mg/mL的TBHQ对DPPH自由基的清除率为91.3%,与样品溶液相同质量浓度时的清除率值接近,说明从花生壳中提取得到的多酚类化合物可代替TBHQ作自由基清除剂，且经过膜浓缩处理后的花生壳多酚提取液具有更好的效果。

3.5 抑菌性研究结果

抑菌性研究结果见表3、表4。

表3 浓缩前花生多酚提取液抑菌性结果Table 3 The results of pre-concentrated polyphenol extract of peanut shells antimicrobial

表4 浓缩后花生多酚提取液抑菌性结果Table 4 The results of concentrated peanut polyphenol extract of peanut shells antimicrobial

由表3、4可知，经膜处理后的花生壳多酚提取液的抗菌效果有明显增强。

4 结论

1）二级膜组件可有效地澄清花生多酚浸提液，固体杂质去除率高并截留了大部分大分子物质，而使绝大多数的花生多酚透过，且提取物具有浓郁的花生香味。

2）对花生壳多酚类化合物的抗氧化性研究表明:提取物对自由基有很强的清除作用,清除效果随提取物质量浓度的不同而变化。经膜处理后的花生壳多酚提取液的抗氧化性和抗菌性明显增强，固形物含量也有所提升，与提取液经膜除杂浓缩后浓度增加有关。

3）利用膜分离技术对花生多酚物质提取液进行除杂、分离与浓缩是可行的，但是要想得到花生多酚物质的产品，仅使用单一的分离膜是无法达到的。组合合适的膜工艺路线并结合其他分离、纯化技术手段来提高花生多酚产品的纯度及收率，并进一步结合其他工业生产手段批量生产。随着膜分离技术在工业化过程中的广泛应用，其在花生功能性充分的提取过程中起着越来越重要的作用。

[1]李明姝，姚开，贾冬英,等.花生功能充分及其综合应用[J].中天韩国油脂，2004，29(9)：14-15

[2]Yen G C,Duh P D.Antioxidant activity of methanolic extracts of peanuthullsfromvariouscultivars[J].AmericanOilChemist'sSociety,1995,72(9):1065-1067

[3]丰永红,于淑娟,李国基.DPPH法测甘蔗提取物抗氧化活性研究[J].营养学报,2004,26(1):188-191

[4]Cotelle N,Bernier J,Leatteau J P,et al.Antioxidantpropertiesof hydroxy flavones[J].Fre Rad Biol Med,1996,20(5):35-43

[5]Alexandre C,Kurl H,Wahjo D,et al.Antioxidant and lipophilic constitutesofTinosporaCrispa[J].PlantaMed,1998,64(8):363-393

Membrane Separation and Purification of the Peanut Shell Quality of Polyphenol Extract of Technology

WANG Yong-gang1,LI Wei2，*
（1.Mengniu Dairy Co.，Ltd.，Jinan 250014，Shandong,China；2.Shool of Chemical and Environmental Engineering，Hubei University of Technology,Wuhan 430068,Hubei,China）

2010-01-25

王永刚（1978—），男（汉），硕士，研究方向：食品加工工艺。

*通信作者：李卫（1968—），女（汉），博士后。