山楂皮渣中总黄酮的超声波辅助提取工艺研究

李佳秀，刘慧，张春岭，陈大磊，焦中高

（中国农业科学院郑州果树研究所，河南郑州450009）

山楂皮渣中总黄酮的超声波辅助提取工艺研究

李佳秀，刘慧，张春岭，陈大磊，焦中高*

（中国农业科学院郑州果树研究所，河南郑州450009）

为充分利用山楂资源，以山楂酒生产剩余的皮渣为试验材料，乙醇溶液为提取溶剂，采用正交试验优化山楂皮渣中总黄酮的超声波辅助提取工艺条件。结果表明，山楂皮渣中含有大量的黄酮类化合物，应用超声波辅助提取技术可实现其中总黄酮的快速提取。在100 W超声功率下山楂皮渣中总黄酮的最佳提取工艺条件为：乙醇体积分数为60%、料液比1/10、提取时间30 min、提取温度80℃、提取次数4次，山楂皮渣中总黄酮的提取得率可达到4.41%。

山楂；皮渣；黄酮；提取

山楂也叫红果、山里红等，为蔷薇科植物山楂（Crataegus pinnatifidaBge.）的干燥成熟果实，是我国传统的药食两用中药材之一，具有消食健胃，行气散瘀，化浊降脂等功效[1]。现代药理学研究表明，山楂富含多种有机酸、黄酮类化合物等生物活性成分，具有抗氧化、降血脂、降血压、降血糖、抗肿瘤、调节免疫等生物活性，对心脑血管疾病、癌症等的预防和治疗具有重要作用[2-4]。其中，黄酮类化合物由于含量高、药理作用效果显著而受到广泛关注，山楂果实、叶中黄酮类化合物的提取、纯化、活性评价与发掘成为研究的热点[5-6]。目前关于山楂果实、叶、核（籽）中黄酮类化合物的提取与分离纯化已有较多研究[7-15]，对山楂皮渣中黄酮类化合物的研究鲜见报道。

我国山楂资源十分丰富，大部分地区都有山楂栽培，尤其是在山区、丘陵地带，种植更为普遍。近年来随着人们生活水平的提高和健康意识的增强，具备一定保健功能的山楂果酒、果醋、果汁等山楂加工业得到了较快的发展，产生了大量的皮渣。目前这些皮渣大多被废弃，造成资源的严重浪费。本研究以山楂酒生产剩余的皮渣为试验材料，采用超声波辅助技术提取其中的黄酮类物质，对提取工艺条件进行优化，以期为山楂皮渣的综合利用提供理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

山楂皮渣：为生产山楂酒剩余的干燥皮渣，由河南登封三楂红酒业有限公司提供，分离除去山楂核（籽）后粉碎，过40目筛备用。

芦丁标准品：中国食品药品检定研究院；无水乙醇、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠等均为国产分析纯试剂。

1.2 仪器与设备

JK 500 DV双频恒温超声波清洗器：合肥金尼克机械制造有限公司；Specord 50紫外-可见分光光度计：德国Analytic Jena公司；BS214D电子天平：德国赛多利斯公司；H2050R台式高速冷冻离心机：湖南湘仪实验室仪器开发有限公司。

1.3方法

1.3.1 山楂皮渣总黄酮的提取

准确称取2 g山楂皮渣粉，按照不同料液比要求加入乙醇溶液，摇匀，放在超声波清洗器中于100 W功率条件下进行超声波辅助提取，提取完成后离心分离，收集上清液，定容后测定提取液中的总黄酮含量，并按以下公式计算提取率。

1.3.2 提取液中总黄酮含量的测定

硝酸铝比色法[16]，以芦丁为标准品。

1.3.3 乙醇体积分数对山楂皮渣中总黄酮提取的影响

按照1.3.1的方法，设定料液比1/15、提取温度80℃、提取时间30 min、提取次数2次，分别用体积分数为40%、50%、60%、70%、80%的乙醇溶液进行超声波辅助提取，考察乙醇体积分数对山楂皮渣中总黄酮提取的影响。

1.3.4 提取时间对山楂皮渣中总黄酮提取的影响

按照1.3.1的方法，设定乙醇体积分数60%、料液比1/15、提取温度80℃、提取次数2次，分别提取10 min、20 min、30 min、40 min、50 min，考察提取时间对山楂皮渣中总黄酮提取的影响。

1.3.5 提取温度对山楂皮渣中总黄酮提取的影响

按照1.3.1的方法，设定乙醇体积分数60%、料液比1/15、提取时间30 min、提取次数2次，分别在60℃、70℃、80℃、90℃条件下提取，考察提取温度对山楂皮渣中总黄酮提取的影响。

1.3.6 料液比对山楂皮渣中总黄酮提取的影响

按照1.3.1的方法，设定提取温度80℃、提取时间30min、提取次数2次，分别按照1/5、1/10、1/15、1/20的料液比加入体积分数为60%的乙醇溶液进行超声辅助提取，考察料液比对山楂皮渣中总黄酮提取的影响。

1.3.7 提取次数对山楂皮渣中总黄酮提取的影响

按照1.3.1的方法，设定乙醇体积分数60%、料液比1/15、提取温度80℃、提取时间30 min，分别提取1、2、3、4次，考察提取次数对山楂皮渣中总黄酮提取的影响。

1.3.8 山楂皮渣中总黄酮提取工艺正交试验

在单因素试验的基础上，按照乙醇体积分数、提取时间、提取温度、料液比、提取次数做5因素4水平正交试验。采用DPS软件对正交试验结果进行方差分析和极差分析。

2 结果与分析

2.1 乙醇体积分数对山楂皮渣中总黄酮提取的影响

山楂黄酮类化合物的提取通常用乙醇溶液作为溶剂[11，17-21]，不同体积分数乙醇溶液对山楂皮渣中总黄酮提取的影响如图1所示。由图1可以看出，随着乙醇体积分数的增加，山楂皮渣中总黄酮的提取率也不断增加，并在乙醇体积分数为60%时达到最高，进一步提高乙醇体积分数则造成提取率的下降。因此，乙醇体积分数过高或过低均不利于山楂皮渣中总黄酮的提取，乙醇体积分数以60%～70%为宜。

图1 乙醇体积分数对山楂皮渣中总黄酮提取的影响Fig.1 Effect of ethanol concentration on the yield of total flavonoids from hawthorn pomace

2.2 提取时间对山楂皮渣中总黄酮提取的影响

提取时间对山楂皮渣中总黄酮提取的影响如图2所示。由图2可以看出，随着提取时间的延长，山楂皮渣中总黄酮的提取率呈现先增加后降低的趋势。当提取时间为40 min时，山楂皮渣总黄酮的提取率达到最大值，但与提取时间为20min、30min时的提取率差异不显著。因此，考虑到实际操作中的效率问题，适宜的提取时间应为20～30 min。

图2 提取时间对山楂皮渣中总黄酮提取的影响Fig.2 Effect of extraction time on the yield of total flavonoids from hawthorn pomace

2.3 提取温度对山楂皮渣中总黄酮提取的影响

提取温度对山楂皮渣中总黄酮提取的影响如图3所示。由图3可以看出，随着提取温度的升高，山楂皮渣中总黄酮的提取率也随之逐渐增大，并在提取温度为80℃时达到最大值，当再进一步升高提取温度时，提取率则略有降低。这可能是温度过高，会加速山楂皮渣黄酮类化合物的氧化，造成总黄酮损失较多。因此，山楂皮渣中总黄酮的提取温度以80℃左右为宜。

图3 提取温度对山楂皮渣中总黄酮提取的影响Fig.3 Effect of extraction temperature on the yield of total flavonoids from hawthorn pomace

2.4 料液比对山楂皮渣中总黄酮提取的影响

不同料液比对山楂皮渣中总黄酮提取的影响如图4所示。由图4可以看出，料液比为1/5时，由于溶剂体积过小，总黄酮溶出量较小，随着溶剂用量的增加，总黄酮提取率也快速增加，料液比达到1/15时提取率基本趋于恒定，说明此时的溶剂用量已基本满足山楂皮渣中总黄酮提取的需要。考虑到溶剂成本和后续的分离纯化等因素，山楂皮渣中总黄酮提取的料液比以1/15左右比较适宜。

图4 料液比对山楂皮渣中总黄酮提取的影响Fig.4 Effect of material/liquid ratio on the yield of total flavonoids from hawthorn pomace

2.5 提取次数对山楂皮渣中总黄酮提取的影响

图5 提取次数对山楂皮渣中总黄酮提取的影响Fig.5 Effect of extraction times on the yield of total flavonoids from hawthorn pomace

在静态提取过程中，提取次数对于最终产物得率具有重要影响。不同提取次数对山楂皮渣中总黄酮提取的影响如图5所示。由图5可以看出，随着提取次数增加，山楂皮渣中总黄酮的提取率也逐渐增加。然而，在实际操作中，过度增加提取次数不仅会大大增加溶剂消耗，提高生产成本，而且会加大后续工序的处理量，降低生产效率。因此，在保证基本提取效果的基础上，应尽可能减少提取次数。综合考虑生产成本和提取效果，在此提取条件下，山楂皮渣中总黄酮的提取次数以2～3次为宜。

2.6 山楂皮渣中总黄酮提取工艺正交试验

为了探索影响山楂皮渣中总黄酮提取各因素的主次关系和交互作用，按照乙醇体积分数、提取时间、提取温度、料液比、提取次数做5因素4水平正交试验。正交试验因素及水平设置如表1所示，试验结果与极差分析和方差分析见表2、表3。

表1 山楂皮渣中总黄酮提取工艺正交试验因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal tests for total flavanoids extraction process optimization from hawthorn pomace

表2 山楂皮渣中总黄酮提取工艺正交试验结果与分析Table 2 Results and analysis of orthogonal tests for total flavanoids extraction process optimization from hawthorn pomace

表3 正交试验结果方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal tests result

由极差分析和方差分析结果（表2、表3）可以看出，在试验设计范围内，5个因素对山楂皮渣中总黄酮提取的影响大小依次为乙醇体积分数（A）＞提取次数（E）＞料液比（B）＞提取温度（D）＞提取时间（C），乙醇体积分数（A）、料液比（B）和提取次数（E）对山楂皮渣中总黄酮提取有极显著影响（P＜0.01），提取温度（D）对山楂皮渣中总黄酮提取有显著影响（P＜0.05）。在试验设计范围内，优化得到超声波辅助提取山楂皮渣中总黄酮的最佳提取工艺条件为A2B2C3D3E4，即乙醇体积分数为60%、料液比1/10、提取时间30 min、提取温度80℃、提取次数4次。在此条件下进行验证试验，山楂皮渣中总黄酮的提取得率可达到4.41%。

3 结论

山楂皮渣中含有大量的黄酮类化合物，应用超声波辅助提取技术可实现其中的总黄酮的快速提取。在100 W超声功率下，山楂皮渣中总黄酮提取的最佳提取工艺条件为：乙醇体积分数60%、料液比1/10、提取时间30 min、提取温度80℃、提取次数4次。在此条件下进行验证试验，山楂皮渣中总黄酮的提取得率可达到4.41%。

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Optimization of ultrasonic extraction of total flavonoids from hawthorn pomace

LI Jiaxiu,LIU Hui,ZHANG Chunling,CHEN Dalei,JIAO Zhonggao*
(Zhengzhou Fruit Research Institute,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450009,China)

With the aim of making full use of hawthorn,using hawthorn pomace which was the by-product of hawthorn wine making industry as material,the optimal condition for ultrasonic extraction of total flavonoids from hawthorn pomace was investigated by orthogonal test with ethanol as extraction solvent.Results showed that there were large amounts of flavonoids in hawthorn pomace,and the flavonoids could be extracted easily from hawthorn pomace using ultrasonic-assisted technology.The optimum condition for total flavonoids extraction from hawthorn pomace at ultrasonic power 100 W was ethanol concentration 60%,solid-liquid ratio 1/10,extraction time 30 min,temperature 80℃and extraction times 4.Under the optimal extraction condition,the yield of total flavonoids from hawthorn pomace was 4.41%.

hawthorn;pomace;flavonoid;extraction

TS261.9

A

0254-5071（2014）11-0106-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2014.11.024

2014-09-13

郑州市现代农业科技创新工程项目（131PZDGC113）

李佳秀（1989-），女，硕士研究生，研究方向为果品营养与加工。

*通讯作者：焦中高（1972-），男，副研究员，博士，研究方向为果品营养与保鲜加工。