信阳板栗种皮中粗多酚化合物的提取工艺优化

陈 龙，陈亚蓝，刘 涛，李瑶瑶，朱 静

（信阳农林学院 食品学院，河南信阳 464000）

0 引言

板栗，产地中国，又名栗、毛栗，是我国独特的资源，素有“干果之王”的美誉，在国外还被称作“人参果”[1-4]。板栗壳呈棕褐色，较脆、较硬；板栗种皮呈褐色，表面呈绒状，易被分离；板栗仁呈金黄色，可经翻炒食用，口感软绵，新鲜栗子也可直接剥壳去皮食用，口感甜脆，似红薯生吃的感觉。

板栗作为一种富有传统特色的食品，有着悠久的历史文化，2 000 多年来一直深受着人们的喜爱，尤其是信阳作为板栗的重要产区之一，板栗已成为家庭中不可或缺的一种特色产品。板栗有着很多保健的功能，如降低人体血糖、降低高血压等，板栗多糖具有免疫及抗肿瘤、抗衰老、降血脂等很多生理活性受到很多关注。在板栗加工产业迅速蓬勃发展之际，大量的板栗副产物（如板栗种皮、板栗壳等） 也在大幅度增加，但人们对其的利用却十分有限，往往作为废弃物或者垃圾而将其丢弃[5-6]，随着对这些副产物的研究来看，这些副产物中富含各种对人体有益的物质，故而近些年这些副产物如何对其加工利用也逐渐引起研究者的关注与热议。据已有报道来看，近年来对板栗壳的研究较多集中在板栗壳色素的提取及抗氧化上[7]。板栗种皮色素是一种黄酮类色素，在植物原料中比较富集，在化学品、药品和食品等领域有广泛的应用价值。

通过预试验证明信阳板栗种皮中含有多酚，对板栗种皮天然活性成分的开发，可以提高废弃物资源的利用率和经济效益，板栗种皮中的多酚具有抗氧化性，对于抗衰老、抗癌等具有一定的效果[8]。

通过单因素试验和正交试验的设计，分析各个因素对信阳板栗种皮中多酚类化合物提取率的影响，最终确定板栗种皮中提取多酚类化合物的最佳条件，通过对这些条件的优化，从而找出更佳的提取工艺，对板栗种皮中多酚大量的提取及更广泛的开发应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料及仪器

1.1.1 试验材料

主要试剂：无水乙醇、福林酚、碳酸钠、单宁酸，开封市芳晶试剂有限公司提供。

主要原料：信阳市售板栗。板栗经剥壳后，取板栗壳和板栗仁中间的板栗种皮，将板栗种皮收集在托盘里干燥2 d 后，用粉碎机打碎后放于药品瓶内以供使用。

1.1.2 设备与仪器

FA1004 型分析电子天平，上海良平仪器仪表有限公司产品；RH-100 型高速多功能粉碎机，上海缘沃工贸有限公司产品；TU-1901 型双光束紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限公司产品；HH-6 型电热恒温水浴锅，上海比朗仪器有限公司产品；SHB-III 型循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司产品。

1.2 板栗皮中多酚的提取工艺

工艺流程：新鲜板栗→去壳、取板栗仁干燥→粉碎→物料与溶剂混合→水浴加热提取→抽滤1→滤液1→滤渣二次提取→抽滤2→滤液1、滤液2 混合→定容→测量吸光度→计算多酚的提取率。

1.3 板栗种皮中多酚提取条件的优化研究

影响板栗皮中多酚化合物提取效果的因素有提取溶剂的种类、提取溶剂的体积分数、提取的料液比、提取的时间、提取的温度等[9]，通过比对提取溶剂的优劣因素，最后选择多酚提取常用提取溶剂乙醇-水混合物作为提取的溶剂，选择提取溶剂乙醇的体积分数、提取的料液比、提取的时间、提取的温度作为试验的单因素来研究板栗皮中多酚化合物的提取效果，再通过正交分析试验进一步优化试验方案，从而确定板栗皮中多酚化合物的最佳提取条件。

1.3.1 单因素试验的设计

参考鲁晓翔等人[10]方法，并略加修改。称取2 g板栗种皮，料液比1∶20，30%乙醇在50 ℃恒温水浴锅内浸提50 min。当研究某一个条件时，其他条件保持不变，从而在这一条件下提取得到提取溶液，根据标准曲线的方法来测定提取液于波长760 nm处的吸光度。

（1） 提取溶剂体积分数的选择。分别选用乙醇体积分数为20%，30%，40%，50%，60%，其他条件不变，按照1.3.1 的方法进行提取。

（2） 提取料液比的选择。分别选用料液比为1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，1∶35，其他条件不变，按照2.3.1 的方法进行提取。

（3） 提取温度的选择。分别选用水浴温度为30，40，50，60，70 ℃，其他条件不变，按照1.3.1 的方法进行提取。

（4） 提取时间的选择。分别选用浸提时间为60，90，120，150，180 min，其他条件不变，按照1.3.1的方法进行提取。

（5） 正交试验设计。综合考虑提取溶剂的种类、提取溶剂的体积分数、提取的料液比、提取温度、提取时间这几个因素对板栗种皮中多酚类化合物提取率的影响，选取3 个点进行正交试验，从而找出板栗种皮中提取多酚化合物的最佳条件及影响因素。

试验因素与水平设计见表1。

表1 试验因素与水平设计

1.3.2 试验结果的测定指标

（1） 提取液多酚含量的测定。①采用福林酚法[11]。其原理是在碱性条件下，多酚可以与福林酚反应，使溶液呈现蓝色，颜色的深浅与多酚的含量成正比，于波长760 nm 处有最大吸光度。②单宁酸标准溶液的配制。称取单宁酸0.1 g，加蒸馏水溶解并定容至100 mL，得到0.001 g/mL 的单宁酸标准溶液。③标准曲线的绘制。分别称取单宁酸标准溶液0，2.5，4.0，5.5，7.0 mL 于100 mL 容量瓶中，分别加入5 mL 福林酚试剂，再分别加入7.5%的碳酸钠溶液4 mL，加蒸馏水定容到100 mL，振荡摇匀，于50 ℃水浴锅中水浴5 min，于波长760 nm 处分别测定吸光度。

单宁酸的标准曲线见图1。

通过标准曲线得到单宁酸质量浓度与吸光度之间的标准曲线方程为：

式中：Y——吸光度；

X——单宁酸质量浓度，μg/mL。

（2） 粗多酚得率的计算

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 提取溶剂体积分数的选择

分别选用乙醇体积分数为20%，30%，40%，50%，60%对板栗种皮中的多酚类化合物进行提取的试验结果和分析。

不同乙醇体积分数对吸光度的影响见图2。

由图2 可知，不同体积分数的乙醇对板栗种皮中多酚类化合物的提取效果不同，随着乙醇体积分数的增加，吸光度呈现先上升后下降的变化趋势，即在一定的乙醇体积分数范围内，随着乙醇体积分数的增加对板栗种皮中多酚类化合物的提取率先增加后减少，当乙醇体积分数为30%时，吸光度最高，即提取效果最好，超过30%体积分数的乙醇提取液，可能是因为粗多酚中含有可溶于乙醇的部分，导致乙醇体积分数过高，吸光度逐渐降低，因此可确定提取溶剂乙醇的体积分数为30%时，提取效果较佳。

2.1.2 提取料液比的选择

分别选用料液比为1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，1∶35 对板栗种皮中的多酚化合物进行提取的试验结果和分析。

不同料液比对吸光度的影响见图3。

由图3 可知，不同料液比对板栗种皮中多酚类化合物的提取效果不同，随着料液比的增加，吸光度呈现先增大后减小的趋势，即提取率呈现先增加后减少的趋势，在提取料液比为1∶25 时，吸光度最高，即此时提取效果最好，因此可确定提取的料液比为1∶25。

2.1.3 提取温度的选择

分别选用水浴温度为30，40，50，60，70 ℃对板栗皮中的多酚进行提取的试验结果和分析。

不同提取温度对吸光度的影响见图4。

由图4 可知，不同提取温度对板栗种皮中多酚化合物的提取效果不同，随着温度的升高，板栗种皮中多酚化合物的吸光度逐渐升高，即提取率随温度的升高逐渐增加，且50～60 ℃吸光度增加最快，即提取率增加最快。主要是由于温度高，板栗种皮中多酚化合物的溶出性能好，透过性好，但温度越高，对板栗种皮中多酚的结构等方向的影响越大，尤其是抗氧化性能会显著下降，因此可确定提取温度不应过高，60 ℃左右即可。

2.1.4 提取时间的选择

分别选用提取时间为60，90，120，150，180 min对板栗皮中的多酚进行提取的试验结果和分析。

不同提取时间对吸光度的影响见图5。

由图5 可知，不同提取时间对板栗种皮中多酚化合物的提取效果不同，随着提取时间的增大，吸光度逐渐增大，即提取率也逐渐增大，在提取时间为180 min 时，提取率最大，150～180 min 时，吸光度增加最快，即提取率增加最快，但要产业化提取时，需要考虑提取成本等问题，提取时间选择170 min左右即可。

2.2 正交分析试验的结果和分析

正交试验结果见表2。

表2 正交试验结果

由表2 可知，试验的最优组合为A3B2C3D2，即提取液体积分数为35%，提取料液比为1∶25，提取温度为70 ℃，提取时间为150 min。

由表2 可知，不同的单因素所组成的提取条件对板栗种皮中多酚类化合物的提取效果不同，影响板栗种皮中多酚类化合物的提取效果的因素排列顺序为乙醇体积分数（A） ＞提取时间（D） ＞提取温度（C） ＞料液比（B），说明提取溶剂的体积分数对板栗种皮中多酚类化合物的提取效果影响最大，其次是提取时间，再次是提取液温度，提取料液比对板栗种皮中多酚类化合物的提取效果影响最小。因此，在今后提取板栗皮中多酚类化合物一定要注意选择最佳的提取溶剂。

2.3 提取率计算

称取2 g 板栗种皮，按照正交分析试验的最佳提取条件，即乙醇体积分数35%，料液比1∶25，在70 ℃的恒温水浴锅内水浴150 min，提取2 次，将2 次提取液混合，定容至100 mL，稀释15 倍，测得的吸光度为0.67，根据标准曲线计算求得此时的质量浓度为96 μg/mL，根据得率的计算公式计算得出提取率为7.21%。

3 结论

运用单因素试验确定板栗种皮中多酚类化合物最佳提取溶剂的种类与体积分数、料液比、提取温度、提取时间。运用正交分析试验优化板栗种皮中多酚类化合物提取的最佳条件。乙醇体积分数35%，料液比1∶25，通过70 ℃的恒温水浴锅水浴150 min，提取率为7.21%。为板栗的生产和加工过程中提升板栗的附加值和板栗的综合利用率提供了基础研究。