膜技術分離純化對花生殼多酚提取液品質(zhì)的影響

王永剛，李衛(wèi)

（1.蒙牛（乳業(yè)）股份有限公司，山東濟南250014；2.湖北工業(yè)大學化學與環(huán)境工程學院，湖北武漢430068）

膜技術分離純化對花生殼多酚提取液品質(zhì)的影響

王永剛1，李衛(wèi)2，*

（1.蒙牛（乳業(yè)）股份有限公司，山東濟南250014；2.湖北工業(yè)大學化學與環(huán)境工程學院，湖北武漢430068）

研究膜分離技術在花生殼中多酚提取液純化上的應用，研究表明：使用微濾膜除雜，納濾膜濃縮后，提取液中多酚的純度從9%提高到18.67%，體積減少95.6%，固含由5.4%提升到43.9%，且檢驗證明經(jīng)膜處理后提取物仍具有較高的抗氧化能力和一定的抗菌效果。

花生殼多酚；膜濃縮；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

我國花生產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的42%,年產(chǎn)副產(chǎn)物花生殼約450萬t。目前我國花生殼大多作為燃料,有限的綜合開發(fā)利用主要有生產(chǎn)醬油、釀造白酒、制取藥物、加工飼料、栽培食用菌、榨取油脂、制造復合板材等,附加值低,甚至造成新的環(huán)境污染。花生殼的使用價值很高，花生殼中含蛋白質(zhì)4%～7%、粗脂肪1%～2%、碳水化合物10.6%～21.2%(其中包括單糖、雙糖和低聚糖)、淀粉0.7%、半纖維素10.1%、粗纖維素65.7%～79.3%、灰分1.9%～4.6%。成熟的花生殼中含有的多酚類物質(zhì)為3.34%～7.13%[1]，多酚類物質(zhì)是油脂的抗氧化劑，許多科學研究結(jié)果表明：多酚類化合物具有良好的抗氧化性和抗菌性，其主要功能性質(zhì)是作為許多酶體系的抑制劑或激活劑、金屬螯合劑以及自由基清除劑[2]。花生殼多酚為宜揮發(fā)性物質(zhì)且易失活，如何高效地制取高純度花生殼多酚提取液是一大難點。本課題旨研究膜分離技術對花生殼多酚提取液品質(zhì)影響的工藝問題，并對產(chǎn)物的抗氧化性和抗菌性進行研究，為解決傳統(tǒng)提取工藝成本、能耗高以及純度低等問題，和多酚物質(zhì)在保健食品當中的大量應用提供基礎數(shù)據(jù)。

1 試劑與檢測方法

1.1 器材試劑

1.1.1 試劑

花生殼多酚提取液：湖北工業(yè)大學膜技術研究所提供；乙醇：DPPH溶液；PBS溶液、硫酸亞鐵、三氯醋酸、亞硝酸鈉、硝酸鋁：均為分析純；枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌、大腸埃希氏菌、普通變形桿菌：湖北工業(yè)大學生物工程學院。

1.1.2 器材

RO-NF-UF-4010型膜分離裝置、微濾膜組件、納濾膜組件：湖北工業(yè)大學膜技術研究所；AL204電子天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；UV-2102PC型紫外可見分光光度計：龍尼柯（上海）儀器有限公司；DZX-6000B真空干燥箱：上海福瑪實驗設備有限公司；DXNS-100-1循環(huán)低溫蒸發(fā)濃縮器：濟寧金百特工程機械有限公司；WYT-J型手持糖量計：東莞市興萬電子廠。

1.2 檢測方法

1.2.1 花生殼多酚純度計算

準確吸取濃度為100 μg/mL的花生殼多酚標準溶液 0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30 mL 于 5 mL 容量瓶中，分別加入蒸餾水 1.95、1.90、1.85、1.80、1.75、1.70 mL，再加入Folin-Ciocalten試劑1.0 mL。充分振蕩后靜置3 min～4 min，分別加入80%乙醇溶液1.0 mL。搖勻、置于25℃恒溫水浴中反應2 h，同時做試劑空白，于765 mn下測定吸光度。以含量對吸光度進行直線回歸。

花生殼多酚標準溶液以吸光值A和花生殼多酚C得到回歸方程為：

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

式中：A為吸光度；C為花生殼多酚溶液濃度。

圖1 標準曲線Fig.1 Standard curve

1.2.2 固形物含量計算

手持糖量計度數(shù)重復3次取平均值。

1.2.3 膜通量及濃縮倍數(shù)計算

膜通量通常用單位時間內(nèi)通過膜面積透過液的量來表示，通過控制操作參數(shù)，如壓力、溫度等，待運行穩(wěn)定后，取樣、記錄一定時間透過液的體積，由下式計算膜通量：

式中：J為通量，[L/（h/m2）]；T為取樣時間，h；V為透過液體積，L。

濃縮倍數(shù)由下式計算：

式中：W0為起始液的體積，L；W為透過液的體積，L。

1.2.4 花生多酚的抗氧化能力研究

清除自由基的測定（DPPH法）[3]：DPPH是一種穩(wěn)定的自由基,其乙醇溶液呈紫色,在517 nm處有最大吸收。當在DPPH溶液中加入自由基清除劑后,溶液顏色變淺,517 nm處的吸光度變小,且吸光度變小的程度與自由基被清除的程度呈線性關系,故可用于檢測自由基被清除的程度,從而評價物質(zhì)的抗氧化能力。其能力用清除率來表示,清除率越大,表明其自由基清除效果越好[4-5]。取樣品液適量，在0.3 mL 5%亞硝酸鈉溶液存在的堿性條件下，經(jīng)硝酸鋁顯色后，以試劑為空白參比液在420～700 nm波長范圍測定螯合物的吸光度，螯合物于510 nm波長處有最大吸收，故測定時選用此波長。

分別配制不同質(zhì)量濃度的花生殼多酚類化合物樣品溶液。精確吸取樣品溶液2.0 mL于試管中,加入2×10-4mol/L的DPPH溶液2.0 mL,搖勻,靜置30 min,以體積分數(shù)為80%的乙醇為空白,分別測定試樣在517 nm處的吸光度Ai。同時測定2.0 mL樣品溶液與2.0 mL 80%乙醇混合液在517 nm處的吸光度Aj。再測定2.0 mL DPPH溶液與2.0 mL 80%乙醇混合液在517 nm處的吸光度AC。每組平行測定3次,取平均值并按如下公式計算樣品的清除率:

1.2.5 花生多酚抑菌性研究

取1 mL花生殼多酚提取液，12000 r/min離心20 min取上清，對藥液進行二倍梯度稀釋成1、1/2、1/4、1/8、1/16五個濃度梯度，濾紙片法檢測對供試菌的抑菌效果，隨藥液濃度變化的趨勢。

2 方法

2.1 原料處理

將花生多酚提取液用濾布過濾取其濾液，然后用N30微濾膜濃縮，工藝流程圖如下所示:

花生多酚提取液→濾布→微濾膜處理→濾液→納濾膜處理→濃縮液

2.2 檢測

取經(jīng)2.1處理后的溶液，按照1.2.1、1.2.3、1.2.4方法對經(jīng)膜濃縮后的花生殼多酚溶液進行純度、活性和抗菌性研究。

3 結(jié)果討論

3.1 花生殼多酚純度結(jié)果

經(jīng)計算,純度為18.67%。

3.2 固形物含量檢測結(jié)果

花生殼多酚提取液的固形物含量為5.4%，經(jīng)膜系統(tǒng)除雜濃縮后含量為43.9%。

3.3 膜通量及濃縮倍數(shù)計算結(jié)果

500 kg料液經(jīng)處理5 h后的濃縮液為22.03 kg，濃縮22.7倍，J=416.7 kg/（h·m2），說明所選取的膜組件能夠較好地對花生殼多酚提取液進行除雜和濃縮。

3.4 清除自由基的試驗結(jié)果

分別測定不同質(zhì)量濃度的花生殼多酚提取液對DPPH自由基的清除率,結(jié)果如表1所示。

表1 濃縮前花生殼多酚提取液對DPPH自由基的清除率Table 1 Pre-concentrated polyphenol extract of peanut shells polyphenols DPPH radical scavenging rate

表2 濃縮后花生殼多酚提取液對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,花生殼多酚提取液樣品溶液對DPPH自由基有較好的清除作用,隨著樣品溶液質(zhì)量濃度的增加,清除作用加強,但樣品溶液質(zhì)量濃度增大到一定值時,清除率不再隨樣品溶液質(zhì)量濃度的增加而增大。本試驗中樣品溶液質(zhì)量濃度在1.00 mg/mL時清除率達到最大值,為92.0%。而質(zhì)量濃度為1.00 mg/mL的TBHQ對DPPH自由基的清除率為91.3%,與樣品溶液相同質(zhì)量濃度時的清除率值接近,說明從花生殼中提取得到的多酚類化合物可代替TBHQ作自由基清除劑，且經(jīng)過膜濃縮處理后的花生殼多酚提取液具有更好的效果。

3.5 抑菌性研究結(jié)果

抑菌性研究結(jié)果見表3、表4。

表3 濃縮前花生多酚提取液抑菌性結(jié)果Table 3 The results of pre-concentrated polyphenol extract of peanut shells antimicrobial

表4 濃縮后花生多酚提取液抑菌性結(jié)果Table 4 The results of concentrated peanut polyphenol extract of peanut shells antimicrobial

由表3、4可知，經(jīng)膜處理后的花生殼多酚提取液的抗菌效果有明顯增強。

4 結(jié)論

1）二級膜組件可有效地澄清花生多酚浸提液，固體雜質(zhì)去除率高并截留了大部分大分子物質(zhì)，而使絕大多數(shù)的花生多酚透過，且提取物具有濃郁的花生香味。

2）對花生殼多酚類化合物的抗氧化性研究表明:提取物對自由基有很強的清除作用,清除效果隨提取物質(zhì)量濃度的不同而變化。經(jīng)膜處理后的花生殼多酚提取液的抗氧化性和抗菌性明顯增強，固形物含量也有所提升，與提取液經(jīng)膜除雜濃縮后濃度增加有關。

3）利用膜分離技術對花生多酚物質(zhì)提取液進行除雜、分離與濃縮是可行的，但是要想得到花生多酚物質(zhì)的產(chǎn)品，僅使用單一的分離膜是無法達到的。組合合適的膜工藝路線并結(jié)合其他分離、純化技術手段來提高花生多酚產(chǎn)品的純度及收率，并進一步結(jié)合其他工業(yè)生產(chǎn)手段批量生產(chǎn)。隨著膜分離技術在工業(yè)化過程中的廣泛應用，其在花生功能性充分的提取過程中起著越來越重要的作用。

[1]李明姝，姚開，賈冬英,等.花生功能充分及其綜合應用[J].中天韓國油脂，2004，29(9)：14-15

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[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

王永剛（1978—），男（漢），碩士，研究方向：食品加工工藝。

*通信作者：李衛(wèi)（1968—），女（漢），博士后。