香蕉皮原花色素提取工艺的研究

贾宝珠，鲍金勇，郑晓仪，杜 冰，陈庆发，杨公明

（华南农业大学，广东广州510642）

香蕉皮原花色素提取工艺的研究

贾宝珠，鲍金勇，郑晓仪，杜 冰，陈庆发，杨公明*

（华南农业大学，广东广州510642）

以香蕉皮为原料，采用溶剂提取法和超声波辅助提取法对原花色素的提取工艺进行研究。结果表明，溶剂提取法取原花色素的最佳工艺条件为：丙酮体积分数75%，料液比1∶12g/mL，提取温度50℃，提取时间90min，原花色素提取得率为0.459%，纯度为6.01%；超声波辅助提取法原花色素的最佳工艺条件为：丙酮体积分数75%，料液比1∶10g/mL，超声温度50℃，超声时间35min，原花色素提取得率为0.685%，纯度为9.57%。与单纯的溶剂提取法相比，超声辅助提取法提取得率更高、产品纯度更好，是一种高效、节能的提取方法。

原花色素，香蕉皮，超声辅助提取，工艺优化

香蕉是世界“四大水果”之一，在热带和亚热带地区广泛种植[1]。近年来，随着低温加工技术的应用和香蕉抗性淀粉等新产品的开发上市，香蕉深加工产业迅速发展。香蕉皮作为香蕉深加工的废弃物，大量堆积，造成了严重的环境污染。但目前国内外对于香蕉的研究和加工都着眼于香蕉果肉上，有关香蕉皮的研究还涉及较少，仅有少量香蕉皮糖类物质和总酚的研究报道[2-5]。

香蕉皮约占香蕉总重的40%，含有多种功能性成分[6]，且富含原花色素。原花色素是一种多酚类化合物，具有很强的抗氧化和清除自由基能力，已被广泛应用于医药、食品及化妆品等诸多领域[7]。目前，香蕉皮原花色素的研究和利用尚无报道。本文研究了从香蕉皮中提取原花色素的工艺，并对溶剂提取法和超声波辅助提取法进行比较，旨在提供一种优化的香蕉皮提取原花色素的方法和参数。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

香蕉皮 市售香牙蕉，剥离果肉；原花色素标准品 天津市尖峰天然产物研究开发有限公司，UV＞95%；甲醇、乙醇、丙酮、盐酸、香草醛 分析纯，天津市富宇精细化工有限公司。

PL203电子天平 上海梅特勒-托利多仪器有限公司；DXF-04D手提式粉碎机 广州市大祥电子机械设备有限公司；SHZ-88台式水浴恒温振荡器 江苏太仓市实验设备厂；TDL-5-A飞鸽离心机 上海安亭科学仪器厂；RE-32A旋转蒸发器 上海亚荣生化仪器厂；SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵 巩义市予华仪器有限责任公司；KH-100SP双频数控超声波清洗器 昆山禾创超声仪器有限公司；DGG-9070B电热恒温鼓风干燥箱 上海森信实验仪器有限公司；752N紫外-可见分光光度计 上海仪电分析仪器有限公司。

1.2 原花色素的制备

香蕉皮→护色→低温烘干→粉碎→过筛→提取→离心→减压干燥→低温烘干。

将香蕉皮置于护色液（0.4%柠檬酸，0.1%抗坏血酸）中浸泡3～5min，50℃烘干至含水量低于10%，粉碎，过40目筛，得香蕉皮粉。

准确称取1.000g香蕉皮粉，以一定料液比加入一定体积分数的提取剂，恒温反应一定时间后，在4000r/min条件下离心20min，上清液减压干燥，50℃烘干至含水量低于6%，得香蕉皮原花色素粗提品。

1.3 原花色素的测定

采用香草醛-盐酸法[8]。香蕉皮原花色素提取得率和纯度的计算公式如下：

式中：m0—提取所用香蕉皮粉的质量，g；m1—粗提品中原花色素的质量，g；m2—粗体品的质量，g。

1.4 标准曲线的绘制

准确称取0.005g原花色素标准品，用70%甲醇溶解，定容至25mL，获得0.2mg/mL原花色素标准液。分别移取0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00mL原花色素标准液于10mL容量瓶中，用70%甲醇定容。分别取1mL上述原花色素甲醇溶液，加入6.00mL质量分数为4%的香草醛溶液和3.00mL 36%～38%浓盐酸，摇匀后避光反应30min。以70%甲醇作空白，在500nm处测吸光度。

标准曲线方程：y=1.4536x+0.0012，R2=0.9991。

1.5 溶剂提取法工艺优化

1.5.1 单因素实验设计

1.5.1.1 溶剂体积分数体积分数对原花色素提取得率的影响 分别以水，30%、45%、60%、75%、90%的乙醇和丙酮为提取剂，在料液比1∶12，提取温度为60℃的条件下提取2h。测定原花色素的提取得率。

1.5.1.2 料液比对原花色素提取得率的影响 以75%的丙酮为提取剂，分别以料液比1∶10、1∶12、1∶14、1∶16、1∶18g/mL，提取温度为60℃的条件下提取2h。测定原花色素的提取得率。

1.5.1.4 提取时间对原花色素提取得率的影响 以75%丙酮为提取剂，在料液比1∶12，提取温度为60℃，提取时间分别为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0h。测定原花色素的提取得率。

1.5.2 正交实验设计 在溶剂提取法单因素实验的基础上，选择丙酮体积分数、料液比、提取温度、提取时间4个因素，每个因素选取3个水平，以原花色素的提取得率为考查指标，采用L9（34）正交实验。溶剂提取法各因素水平的选取如表1所示。

表1 溶剂提取法正交实验的因素水平Table.1 Factor level of orthogonal experiment of solvent extraction method

1.6 超声波辅助提取法工艺优化

1.6.1 单因素实验设计

1.6.1.1 超声波辅助下溶剂体积分数对原花色素提取得率的影响 分别以30%、45%、60%、75%、90%的乙醇和丙酮为提取剂，以料液比1∶10，在50℃，25Hz超声波辅助条件下提取30min。测定原花色素的提取得率。

1.6.1.2 超声波辅助下料液比对原花色素提取得率的影响 以75%丙酮为提取剂，分别以料液比1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14g/mL，在50℃，25Hz超声波辅助条件下提取30min。测定原花色素的提取得率。

1.6.1.3 超声时间对原花色素提取得率的影响 以75%丙酮为提取剂，以料液比1∶10g/mL，在50℃，25Hz超声波辅助条件下，分别提取10、20、30、40、50min。测定原花色素的提取得率。

在制定税收节约战略的过程中，应考虑相应的税收和非税收因素，全面分析和评价税法所允许的各种避税方法的利弊。

1.6.1.4 超声温度对原花色素提取得率的影响 以75%丙酮为提取剂，以料液比1∶10g/mL，分别在35、45、55、65、75℃，25Hz超声波辅助条件下，提取30min。

1.6.2 正交实验设计 在超声波辅助提取法单因素实验的基础上，选择丙酮体积分数、料液比、超声温度、超声时间4个因素，每个因素选取3个水平，以原花色素的提取得率为考查指标，采用L9（34）正交实验。超声波辅助提取法各因素水平的选取如表2所示。

表2 超声波辅助提取法正交实验的因素水平Table.2 Factor level of orthogonal experiment of ultrasound-assisted extraction method

图1 提取溶剂对原花色素提取得率的影响Fig.1 Effect of different solvents on extraction result

2 结果与分析

2.1 溶剂提取法提取工艺的优化

2.1.1 溶剂体积分数对原花色素提取得率的影响以水为提取剂原花色素提取得率较低，仅为0.120%，不予考虑。由图1可知，原花色素的提取得率随溶剂体积分数的增加先增大后减小。溶剂体积分数较低时，乙醇的提取效果较好；当溶剂体积分数大于60%时，丙酮的提取效果优于乙醇，75%丙酮的提取效果最好。这可能是由于原花色素具有较大的极性，易溶于水；但植物中的原花色素通常与蛋白质、多糖等形成氢键，有机溶剂具有断裂氢键的作用，因此有机溶剂-水的复合溶剂体系更有利于原花色素的提取。随着溶剂体积分数的增加，氢键破坏能力逐渐增大；然而，水具有穿透植物细胞的作用，溶剂体积分数升高会导致原花色素的渗出量减少[9]。因此，选择丙酮作为提取剂，其最佳体积分数为75%。

2.1.2 料液比对原花色素提取得率的影响 由图2可知，原花色素的提取得率随料液比的增大先增大后减小。当料液比为1∶12g/mL时，原花色素的提取得率最高。此时，香蕉皮中的原花色素几乎全部被提取出来，增大料液比对提取效果无显著影响，并且考虑到溶剂成本，选择1∶12g/mL为最佳料液比。

图2 料液比对原花色素提取得率的影响Fig.2 Effect of the rate of solution to solid on extraction result

2.1.3 提取温度对原花色素提取得率的影响 由图3可知，原花色素的提取得率随着提取温度的升高先增大后减小。当提取温度为55℃时，原花色素的提取得率最高。这可能是由于升高温度有助于原花色素的提取；但原花色素的热稳定性较差，温度过高，原花色素的分子结构易被破坏，发生氧化或降解反应[10]，使得原花色素提取得率降低。由于因此，选择55℃为最佳提取温度。

图3 提取温度对原花色素提取得率的影响Fig.3 Effect of temperature on extraction result

2.1.4 提取时间对原花色素提取得率的影响 由图4可知，原花色素的提取得率随着提取时间的延长先增大后减小。当提取时间为1.5h时，提取得率最高。这可能是由于随着提取时间的增加，细胞中的原花色素逐渐被提取出来。当提取时间小于1.5h，原花色素提取不充分；当提取温度达到1.5h时，原花色素几乎完全被提取出来；但提取时间继续延长，会引起原花色素结构变化[11]，杂质的浸出量也会增加。因此，选择1.5h为最佳提取时间。

图4 提取时间对原花色素提取得率的影响Fig.4 Effect of time on extraction result

2.1.5 溶剂提取法的正交实验设计 溶剂提取法L9（34）正交实验结果如表3所示。分析极差R可知，影响原花色素提取效果的因素大小顺序为：提取温度（A）＞料液比（C）＞丙酮体积分数（B）＞提取时间（D）。根据均值大小可知，香蕉皮中原花色素提取的最优条件为：A1B2C2D2，即最佳提取条件为：75%丙酮，料液比1∶12g/mL，50℃提取90min，为正交实验中的第二组实验。以优化出的最佳条件，实验3次，所得原花色素提取得率平均为0.459%，纯度为6.01%。

表3 溶剂提取法的正交实验设计与结果Table.3 Design and result of orthogonal test

2.2 超声波辅助提取法提取工艺的优化

2.2.1 超声波辅助下溶剂体积分数对原花色素提取得率的影响 由图5可知，原花色素的提取得率随着溶剂体积分数的增大原花色素的提取得率先增大后减小，且丙酮的提取效果明显优于乙醇。当溶剂体积分数为75%时，原花色素的提取得率达到最高。因此，选择丙酮作为提取剂，其最佳体积分数为75%。

2.2.2 超声波辅助下料液比对原花色素提取得率的影响 由图6可知，原花色素的提取得率随着料液比的增大先增大后减小。当料液比为1∶10g/mL时，原花色素的提取得率达到最高。这可能是由于在一定范围内，随着溶剂体积的增大，原花色素的提取得率逐渐增大；当料液比达到1∶10g/mL时，原花色素几乎被提取完全；若料液比继续增大，提取溶剂过剩，多余的提取溶液将会吸收超声波的能量，影响超声效果[12]。因此，选择1∶10g/mL为最佳料液比。

图5 提取溶剂对原花色素提取得率的影响Fig.5 Effect of different solvents on extraction result

图6 料液比对原花色素提取得率的影响Fig.6 Effect of the rate of solution to solid on extraction result

2.2.3 超声时间对原花色素提取得率的影响 由图7可知，原花色素的提取得率随着超声时间的延长先增大后减小。30min时，提取得率达到最大。由于原花色素的结构中含有大量羟基，长时间浸泡，可能会引起原花色素结构的变化；而且超声时间过长，会造成能源的浪费。因此，考虑到实验结果和实验成本，选择30min为最佳超声时间。

图7 超声时间对原花色素提取得率的影响Fig.7 Effect of ultrasonic time on extraction result

2.2.4 超声温度对原花色素提取得率的影响 由图8可知，原花色素的提取得率随着温度的升高先增大后减小。当超声温度为55℃时，原花色素提取得率最高。这可能是由于温度的升高，分子运动速度逐渐加快，有利于细胞内原花色素的渗透、扩散和溶解；但温度过高会破坏原花色素的结构，原花色素损失严重，从而降低原花色素的提取得率。因此，选择55℃为最佳超声时间。

图8 超声温度对原花色素提取得率的影响Fig.8 Effect of ultrasonic temperature on extraction result

2.2.5 超声波辅助提取法的正交实验设计 超声波辅助提取法L9（34）正交实验结果如表4所示。由极差R可知，影响原花色素提取效果的因素大小顺序为：丙酮体积分数（A）＞超声温度（D）＞料液比（B）＞超声时间（C）。根据k值大小可知，在超声波辅助下，香蕉皮中原花色素提取的最优条件为：A2B2C3D1，即75%丙酮，料液比1∶10g/mL，超声提取35min，超声温度为50℃，恰为正交实验9组中的最大组。以优化出的最佳条件，实验3次，所得原花色素提取得率平均为0.685%，纯度为9.57%。

表4 超声波辅助提取法的正交实验设计与结果Table.4 Design and result of orthogonal test

2.3 超声波辅助提取法与溶剂提取法的对比

取相同质量的香蕉皮粉，分别采用溶剂提取和超声波辅助提取的最佳工艺条件实验3次。由图9可知，超声波辅助提取法提取原花色素的得率和纯度都明显高于单纯溶剂提取法。且超声波辅助提取法大大缩短了提取时间，同时还减少了提取溶剂的用量。超声辅助提取法提取时间短、溶剂用量少、提取得率高、产品纯度高，是一种高效、节能、环保的提取方法。

图9 溶剂提取与超声波辅助提取对原花色素提取得率和纯度的影响Fig.9 Comparison method of solvent extraction with ultrasoundassisted extraction on proanthocyanidins yield and purity

3 结论

3.1分别采用溶剂提取法和超声波辅助提取法对香蕉皮中的原花色素进行提取，并对通过单因素、正交实验对两种提取方法的工艺进行了优化。

3.2溶剂提取法的最佳工艺为：丙酮体积分数75%，料液比1∶12，提取温度50℃，提取时间90min，原花色素的提取得率为0.459%，纯度为6.01%。

3.3超声波辅助提取法的最佳工艺为：丙酮体积分数75%，料液比1∶10，超声温度50℃，超声时间35min，原花色素的提取得率为0.685%，纯度为9.57%。

3.4超声波辅助提取法原花色素的提取得率和纯度都明显高于溶剂提取法，且该法大大缩短了提取时间，同时还减少了提取溶剂的用量，是一种高效、节能、环保的提取方法。

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Study on extraction technology of proanthocyanidins from banana peel

JIA Bao-zhu，BAO Jin-yong，ZHENG Xiao-yi，DU Bing，CHEN Qing-fa，YANG Gong-ming*
（South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China）

The condition of extracting proanthocyanidins from banana peel were studied.For solvent extraction method，optimized conditions were 75%acetone，material/liquid ratio 1∶12g/mL，temperature 50℃and extraction time 90min.The yield of proanthocynidins was 0.459%，with a purity about 6.01%.For ultrasound-assisted extraction method，the following conditions were established：75%acetone，the ratio of material to liquid 1∶10g/mL，extracting at 50℃with 35min ultrasonic treatment.The yield was 0.685%，with a purity up to 9.57%. In comparision with solvent extraction method，ultrasound-assisted extraction method achieved higher yield and purity.It was an efficient and energy-saving method on extracting proanthocyanidins from banana peel.

proanthocyanidins；banana peel；ultrasound-assisted extraction；process optimization

TS209

B

1002-0306（2014）06-0251-05

2013－08－01 *通讯联系人

贾宝珠（1989-），女，在读硕士研究生，研究方向：食品高新技术。

东莞市科技计划项目（200910810100600）；广州市科技计划项目（12C12101661）。