亚临界水萃取常山胡柚皮中橙皮苷的工艺研究

吴昊　潘思轶

摘要：以常山胡柚（Citrus paradisi cv. Changshanhuyou）皮为原料，研究了采用亚临界水萃取橙皮苷的工艺技术参数。探讨了温度、压力、液料比、萃取时间以及蒸馏水流速对胡柚皮中橙皮苷提取率的影响。结果表明，动态亚临界水萃取最佳提取工艺条件为温度150 ℃，压力10 MPa，流速为40 mL/min，在此条件下50.0 g烘干胡柚皮提取110 min，橙皮苷提取率为0.070 09%。静态亚临界水萃取最佳提取工艺条件为温度150 ℃，液料比40∶1（mL∶g），反应时间40 min，橙皮苷提取率为0.066 7%。亚临界水萃取具有绿色环保、无有机溶剂残留、提取率高等特点。

关键词：常山胡柚（Citrus paradisi cv.Changshanhuyou）；亚临界水萃取；橙皮苷

中图分类号：S666.3；R284.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）22-5694-04

Abstract： The extraction processes of hesperidin from Huyou by using subcritical water extraction were systematically studied in this paper. The process of using dynamic subcritical water extraction of hesperidin in Huyou were researched. The single factor experiments and the orthogonal tests were done to optimize the extracting conditions as follows： temperature 150℃； pressure 10MPa； flow rate 40 ml/min；50.0g dried Huyou peel extracting for 110 min. Under these conditions， the extraction rate of hesperidin was 0.070 09%. Process optimum conditions of using static subcritical water extraction of hesperidin in Huyou were： temperature 150℃，the ratio of material and extracting liquid was 1：40； reacting time 40 min， and a hesperidin extraction rate of 0.0667% was achieved.

Key words： Citrus paradisi cv.Changshanhuyou； static subcritical water extraction； hesperidin，

常山胡柚（Citrus paradisi cv.Changshanhuyou）是浙江常山特有的地方柑橘品种资源，为芸香科植物柚[Citrus grandis（L.） Osbeck]与甜橙[Citrus sinensis（L.）Osbeck]的杂交品种[1]。胡柚起源于常山县青石乡胡家村，是优良的柚子自然杂交群体品种，树势强健，叶色浓绿肥厚，枝叶繁茂，适应性广，耐粗放管理，抗寒性强。胡柚皮常常被丢弃，如果以其为原料萃取黄酮类化合物，具有可观的经济效益。橙皮苷具有多种药理活性，如维持血管渗透压、降低胆固醇，抑制口腔癌、食道癌、大肠癌等[2]。橙皮苷的提取方法主要是溶剂浸提和碱提酸沉，这些方法普遍存在得率低、耗时长以及提取物中易残留溶剂等问题。

亚临界水萃取技术是以亚临界状态的水为溶剂，通过改变温度和压力使水在较高温度下保持液态，同时改变水的极性使其介电常数接近有机溶剂，能让中性乃至非极性的组分可以溶解于水中的一种绿色萃取技术[3]。近年来，绿色提取一直是人类所密切关注的话题。亚临界水萃取技术作为一项新型绿色提取技术，引起了研究者极大的兴趣。运用价廉、无毒、无污染的水作为萃取剂，通过对温度和压力的控制，可以选择性提取极性不同的化合物，具有萃取效率高、时间短、对环境更友好，比其他溶液技术成本低等优点[4]。试验研究了亚临界水萃取胡柚皮中橙皮苷的工艺条件，并与超声波提取方法进行对比，为橙皮苷的绿色环保、短时高效的工业化生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

胡柚，购买于集贸市场。剥取新鲜柚子皮，洗净后剪成3.0 cm×0.5 cm規格，于50 ℃的烘箱中干燥至恒重，然后置于干燥器中保存备用。

亚临界萃取设备（HL-SF-2 L/20 MPa/400 ℃-H2O），杭州华黎泵业有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 橙皮苷高效液相色谱检测条件

1）色谱条件。色谱柱，Agilent TC-C18（250 mm×4.6 mm）；流动相，水∶甲醇∶冰醋酸∶乙腈（66∶28∶6∶2）；流速1 mL/min；检测波长275 nm；柱温35 ℃；进样量10 μL。

2）标准品溶液的配置。精密称取橙皮苷标准品0.022 0 g置25 mL容量瓶中，加二甲基亚砜定容，摇匀，分别量取0.1、0.2、0.6、1.2、1.8、2.4、3.6、4.8 mL置于10 mL容量瓶中，分别加二甲基亚砜2.5 mL，用甲醇稀释至刻度，摇匀即得[5，6]。测得标准曲线方程为Y=9 646.6X-567 43，R2=0.999 6。

3）供试品溶液的制备。取不同产品，精密称定后置于25 mL容量瓶中，加二甲基亚砜定容，摇匀，精密量取溶液600 μL置于10 mL容量瓶中，加二甲基亚砜2.5 mL，用甲醇稀释至刻度，摇匀即得。

1.2.2 动态亚临界水萃取橙皮苷的方法 准确称取50.0 g烘干柚皮于萃取釜中，将顶盖密封好，关闭控压阀，开启冷却水开关，设定蒸馏水流速4 L/h，开启压力泵、过热报警、预热釜、萃取釜上体下体加热开关，设定加热温度为90 ℃。待压力上升，打开控压阀，按照试验设计，分别设置预热釜温度、萃取釜上体及下体温度、蒸馏水流速，手动控制萃取压力，当萃取釜内条件达到预设值后，提取液经过急冷器与冷却釜降温，收集提取液。将收集到的提取液置4 ℃冰箱冷却过夜至完全沉淀，真空抽滤，收集沉淀，65 ℃下真空干燥至恒重。用HLPC法检测粉末中橙皮苷的含量，按照下式计算橙皮苷提取率。同时以提取率为指标，分别考察萃取温度、蒸馏水流速及萃取时间对亚临界水萃取效率的影响[7，8]。

橙皮苷提取率=（提取得到橙皮苷质量/烘干胡柚皮质量）×100%

1.2.3 静态亚临界水萃取橙皮苷的方法 准确称取50.0 g烘干柚皮于萃取釜中，将顶盖密封好，关闭控压阀，开启冷却水开关，设定蒸馏水流速4 L/h，开启压力泵、过热报警、预热釜、萃取釜上体下体加热开关，设定加热温度为90 ℃。待压力上升，打开控压阀，按照试验设计，分别设置预热釜温度、萃取釜上体及下体温度、蒸馏水流速，手动控制萃取压力，当萃取釜内条件达到预设值后，先将蒸馏水流速降至0.01 mL/min，然后关闭控压阀，按预设提取时间进行静态反应，达到预设时间后，将蒸馏水流速升至4 L/h，开启部分控压阀，提取液收集2 L即可。

处理提取液的方法同动态亚临界水萃取，以提取率为指标，分别考察萃取时间、萃取温度、液料比对亚临界水萃取效率的影响[9-11]。

2 结果与分析

2.1 动态亚临界水萃取橙皮苷条件优化

2.1.1 萃取流速与萃取时间对橙皮苷提取率的影响 有文献[12]指出保持水流与温度不变的条件下，压力逐渐增加时，亚临界水的提取率没有显著变化。这主要是由于压力变化对水的介电常数和溶解能力影响小。所以亚临界水萃取的压力选取只需要使水维持在液体状态并达到所需要的介电常数即可。所以10 MPa为最适压力。设置萃取温度为150 ℃，压力为10 MPa，分别在蒸馏水流速为20、40、60 mL/min的条件下提取，由于萃取釜容积为2 L，故从50 min开始收集，每次收集20 min，测量橙皮苷的含量（图1）。由图1可知，在相同时间内，流速越大，橙皮苷提取率越高。当流速为40、60 mL/min时，提取率明显高于20 mL/min。有文献指出[12]，流速0.5～50 mL/min并没有显著影响蛋白质、碳水化合物和酚类物质从麸皮中提取。水的流速能使传质加速，从流体力学角度分析，水循环状态下，流速越快，与物料之间发生摩擦、碰撞等作用更强烈。从传质动力学角度分析，水在流动状态下会加速提取物向溶剂扩散，固液两相间可以形成新的浓度梯度，有利于残留的提取物进行传质。当流速从40 mL/min提高到60 mL/min，提取时间超过110 min时，提取率差别不大，随着时间的继续增加，在60 mL/min流速下提取率反而下降。同时60 mL/min的流速下会增加提取液的体积，在浓缩处理这一步骤中会消耗更多时间。综合以上因素，选择40 mL/min为最佳流速。当蒸馏水流速为40 mL/min时，提取时间达到110 min时，橙皮苷提取率不再增加，因此提取时间选择为110 min。

2.1.2 萃取温度对橙皮苷提取率的影响 在萃取压力为10 MPa，蒸馏水流速为40 mL/min，提取时间为110 min的条件下，分别设定萃取温度110、130、150、170、190 ℃，考察温度对橙皮苷提取率的影响（图2）。由图2可知，在温度低于150 ℃时，随着温度升高，橙皮苷的提取率增加，在超过150 ℃时，提取率随着温度的升高反而下降。温度越高，溶质溶解度和扩散速度都会提高，同时溶剂和溶质之前的相互作用会增强，但是在温度升高的同时，水的密度会降低，携带溶质的能力会降低，从而导致提取率降低[12]。因此，亚临界水萃取橙皮苷的最适温度为150 ℃。准确称取50.0 g胡柚皮装入萃取釜内，在温度为150 ℃，压力10 MPa，蒸馏水流速为40 mL/min的条件下，提取110 min，重复3次，进行验证性试验，测得橙皮苷提取率为0.070 09%。

2.2 静态亚临界水萃取橙皮苷条件优化

2.2.1 萃取温度对橙皮苷提取率的影响 在萃取时间为40 min，液料比40∶1（mL∶g，下同）的条件下，选取提取温度为110、130、150、170、190 ℃进行提取试验，结果见图3。由图3可知，当提取温度为150 ℃，橙皮苷提取率最高。

2.2.2 液料比对橙皮苷提取率的影响 在提取温度为150 ℃，提取时间为40 min的条件下，选取水与物料的比例为20∶1、30∶1、40∶1、50∶1和60∶1進行亚临界水萃取试验（图4）。由图4可知，当水与物料比为20∶1时，会发生糊锅现象，橙皮苷会损失，影响提取效率。在液料比为30∶1、40∶1、50∶1时，提取率变化不明显，综合考虑选择液料比40∶1。

2.2.3 萃取时间对橙皮苷提取率的影响 在提取温度为150 ℃，液料比为40∶1，选取反应时间为20、30、40、50、60 min进行亚临界水萃取试验（图5）。由图5可知，当提取时间小于40 min时，橙皮苷提取率成线性增长，超过40 min后，橙皮苷提取率增加缓慢。因为提取时间越长，能耗越大，故选择40 min为最佳提取时间。由于液料比40∶1，容器容积2 L，准确称取50.0 g胡柚皮装入萃取釜内，在温度为150 ℃，反应时间为40 min的条件下，重复3次，进行验证性试验，测得橙皮苷提取率0.066 7%。

3 小结与讨论

动态亚临界水从胡柚皮中萃取橙皮苷的最佳条件为：萃取温度150 ℃，压力10 MPa，流速40 mL/min，提取时间110 min，橙皮苷提取率为0.070 09%。静态亚临界水从胡柚皮中萃取橙皮苷的最佳条件为：萃取温度150 ℃，液料比40∶1，反应时间40 min，橙皮苷提取率为0.066 7%。

亚临界水萃取技术相对传统技术而言，有省时、省能、高效、高质的特点。但该技术现在还处于起步阶段，工业化道路还有一定距离。综合食品行业发展的诸多需求，可以在以下几个方面开展研究工作：①食品中有毒有害物质快速检测；②植物精油完全提取；③低成本快速地提取植物中抗氧化剂；④梯度改变亚临界水溶液的极性，从而改变对极性化合物的溶解度，进行梯度洗脫；⑤低成本易操作的亚临界萃取装备开发。亚临界水萃取技术还可以与其他方法联用以获得更好的萃取效果，例如与二氧化碳超临界提取的联用，可以提取出极性处于非极性和极性之间的化合物；与色谱分析联用技术可以更准确的得到化合物的成分和含量；与固相微萃取技术的联用，能在提取精油方面能达到更高的提取效率。

基于亚临界水的不同反应模式，该技术不仅可以萃取，也可以作为水解反应、降解反应、氧化和还原反应的可利用手段。因此，亚临界水萃取技术作为一种新型提取分离技术，在食品行业有广泛的应用前景。

参考文献：

[1] 韦 直，何业琪.浙江植物志[M].杭州：浙江科学技术出版社，1986.

[2] BRADCOCK R J. Handbook of citrus by products and processingtechnology[M].John Wiley & Sons Inc，1999.

[3] NERMIN S K.Organic reactions in subcritical and supercritical water[J].Tetrahedron，2012，68： 949-958.

[4] KULKARNI A， SUZUKI S， ETOH H. Antioxidant compounds from eucalyptus grandis biomass by subcritical liquid water extraction[J]. Journal of Wood Science， 2008， 54（2）：153-157.

[5] HAWTHORNE S B，GRABANSKI C B，HAGEMAN K J，et al. Simple method for estimating polychlorinated biphenyl concentrations on soils and sediments using subcritical water entraction coupled with solid-phase microextraction[J]. Journal of Chromatography A， 1998，814（1-2）：151-160.

[6] TOSHIO Y. Structure of subcritical and supercritical hydrogen-bonded liquids and solutions[J]. Journal of Molecular Liquids， 1998，78 （1）：43-50

[7] 吴仁铭.亚临界水萃取在分析化学中的应用[J].化学进展，2002，14（1）：32-36.

[8] YANG Y，BELGHAZI M，LAGADEC A，et al. Elution of organic solutes from different polarity sorbents using subcritical water[J]. Journal of Chromatography A，1998，810（1）：149-159.

[9] 方 波.中国特有柚类资源类黄酮含量变化及抗氧化活性研究[D].重庆：西南大学，2013.

[10] SHOTIPRUK A，KIATSONGSERM J，PAVASANT P，et al. Pressurized hot water extraction of anthraquinones from the roots of Morinda citrifolia[J]. Biotechnology Progress，2004，20（6）：1872-1875.

[11] NAWIN V，JINTANA W，TAKASHI K，et al. Effects of temperature and flow rate on subcritical-water extraction from defatted rice Bran[J]. Food Science and Technology Research， 2012， 18（3）：333-340.

[12] CHEIGH C， CHUNG E， CHUNG M. Enhanced extraction of flavanones hesperidin and narirutin from Citrus unshiu peel using subcritical water[J]. Journal of Food Engineering， 2012， 110（3）：472-477.

（责任编辑 龙小玲）