花生殼中黃酮含量比較及工藝優化

姜紅宇，譚捷雄，殷素芳，吳茗，張婷婷，王宗成，*

（1.湖南科技學院化學與生物工程學院，湖南永州425199；2.湖南科技學院湖南省銀杏工程技術研究中心，湖南永州425199；3.湖南科技學院湘南優勢植物資源綜合利用湖南省重點實驗室，湖南永州425199）

花生殼中黃酮含量比較及工藝優化

姜紅宇1，2，3，譚捷雄1，殷素芳1，吳茗1，張婷婷1，王宗成1，2，3，*

（1.湖南科技學院化學與生物工程學院，湖南永州425199；2.湖南科技學院湖南省銀杏工程技術研究中心，湖南永州425199；3.湖南科技學院湘南優勢植物資源綜合利用湖南省重點實驗室，湖南永州425199）

為合理利用廢棄物花生殼，比較3個品種的花生殼黃酮含量差異和不同加工方法的花生殼黃酮含量差異，并采用響應面法優化其提取工藝。結果表明：江永小殼型花生殼含量較高，且生花生殼含量最高，最佳工藝條件為：料液比1∶10（g/mL）、乙醇體積分數71%、提取溫度61℃、提取時間1.6 h，該條件下，黃酮得率為38.50 mg/g。

花生殼；總黃酮；提取工藝；含量測定

花生年產量1 450萬噸以上，每年產生花生殼約450萬噸[1]，花生殼大部分被當成廢渣棄去或用作燃料，利用率極低[2]，只有一小部分用于蘑菇培養基、農用肥料、制造塑料填料、膠合劑、人造板、活性炭及作為飼料添加物，其利用價值未充分發揮[3-8]。花生殼中主要是粗纖維，此外還含有大量的碳水化合物、蛋白質等，并且含有多酚、黃酮類物質和甾體類化合物等有效成分[9]，其中木犀草素含量較高[10]。研究表明花生殼具有抗氧化[11]、增加冠狀動脈流量等多種藥理活性[12]，其中黃酮類化合物和木犀草素發揮了主要作用[13]。目前花生殼中黃酮類化合物的提取工藝研究較多[14-16]，但是湖南永州花生殼的研究未見報道，為了進一步開發廢棄物花生殼的利用價值，本研究比較3個品種的花生殼黃酮含量差異和不同加工方法的花生殼黃酮含量差異，并且采用了響應面法優化了其提取工藝，以期更好的合理開發利用花生殼。

1 材料與方法

1.1 原料與儀器

1.1.1 原料與試劑

不同品種的花生殼選取永州江永小殼型生花生殼、永州零陵中殼型生花生殼、河南鄭州大殼型生花生殼；不同加工方法的花生殼選取生花生殼、炒熟花生的殼和普通鹽煮花生的殼均為江永小殼型花生品種；工藝優化選取江永小殼型生花生殼；所有花生殼都為現剝現用，干燥、粉碎后備用；蘆丁為標準品：中國藥品生物制品檢定所；乙醇、氫氧化鈉、亞硝酸鈉、硝酸鋁等（均為分析純）：天津市科密歐化學試劑有限公司。

1.1.2 儀器設備

UV2800S型分光光度計：上海舜宇恒平科學儀器有限公司；RE-201D旋轉蒸發儀：上海亞榮生化儀器廠；SHZ-DC循環水式多用真空泵、集熱式磁力攪拌器：鄭州長城科工貿有限公司；TE124S電子天平：北京賽多利斯儀器系統有限公司；中興FW-200高速萬能粉碎機：北京中興偉業儀器有限公司；。

1.2 試驗方法

1.2.1 標準曲線的繪制

參照課題組已有經驗[17]，配置0.1 mg/mL蘆丁標準溶液，以不加入蘆丁標準溶液為空白對照，在λ=510 nm下分別測定0.01mg/mL～0.06 mg/mL蘆丁標準溶液的吸光度，繪制標準曲線，得回歸方程為：A=17.272c+ 0.028 1，R2=0.995 1，說明具有良好的線性關系。

1.2.2 不同品種花生殼黃酮含量差異

稱取永州江永小殼型生花生殼粉、永州零陵中殼型生花生殼粉、河南鄭州大殼型生花生殼粉各1.0 g，加入50 mL石油醚在55℃下加熱回流2 h，再進行抽濾留殘渣，用70%乙醇50 mL浸提殘渣30 min，然后在50℃、超聲功率100 W的條件下進行超聲波輔助提取，重復3次（每次提取20 min），每次提取后進行抽濾，合并3次濾液濃縮再以70%乙醇作為溶劑定容至100 mL，按照蘆丁標準曲線方法測定吸光度，通過標準曲線方程計算不同品種花生殼黃酮含量。

（c代表稀釋后的濃度，mg/mL；V表示初次定容的體積，mL；D表示稀釋倍數，g；m表示花生殼質量，g）

1.2.3 不同加工方法花生殼黃酮含量差異

稱取永州江永小殼型生花生殼粉、炒熟花生的殼粉和普通鹽煮花生的殼粉各1.0 g，參照1.2.2提取方法和含量測定方法，計算不同加工方法花生的殼中黃酮含量。

1.2.4 花生殼黃酮乙醇回流提取與含量測定方法

稱取江永小殼型生花生殼粉5.0 g，采用乙醇回流提取法，分別考察提取溫度40℃～90℃、乙醇體積分數40%～90%、提取時間30 min～150 min、提取次數1次～3次、料液比1∶6（g/mL）～1∶14（g/mL）對總黃酮提取的影響，收集提取液，用蒸餾水稀釋定容至500 mL，作為花生殼黃酮待測溶液，按照蘆丁標準曲線方法測定吸光度，計算花生殼黃酮含量及黃酮得率。

1.2.5 響應面設計優化

在單因素試驗結果的基礎上，在固定提取次數為2次，進一步考察其他因素對花生殼總黃酮提取的影響[17-19]，以花生殼中總黃酮的得率為響應值，進行四因素三水平響應面試驗來確定花生殼總黃酮提取的最佳工藝[17-19]，其中心組合設計因素與水平如表1。

表1 響應面試驗設計表Table 1 Response surface design

2 結果與分析

2.1 不同品種花生殼黃酮含量差異

不同品種花生殼黃酮含量見圖1。

圖1 不同品種花生殼黃酮含量Fig.1 Flavonoids content of peanut hulls from different cultivars

如圖1所示，永州江永小殼型花生殼、永州零陵中殼型花生殼、河南鄭州大殼型花生殼中黃酮含量差異較大，分別為38.79、27.39、19.64 mg/g，可見江永小殼型花生殼含量更高，因此進一步研究江永小殼型花生殼不同加工過程中花生殼中黃酮含量變化。

2.2 不同加工方法花生殼黃酮含量差異

不同加工方法花生殼黃酮含量見圖2。

圖2 不同加工方法花生殼黃酮含量Fig.2 Flavonoids content of peanut hulls from different processed methods

如圖2所示，江永小殼型花生經炒熟和鹽煮熟獲得熟花生過程中花生殼中黃酮含量變化亦較大，發現生花生殼中黃酮含量高于炒熟花生殼，含量由38.79 mg/g下降到31.02 mg/g，而經過鹽煮熟的花生殼中黃酮含量最低，為17.34 mg/g，因此在花生殼黃酮提取工藝中，應該選用生花生殼。

2.3 單因素試驗

2.3.1 料液比對得率的影響

分別加入料液比為1∶6（g/mL）～1∶14（g/mL）的60%乙醇溶液，在70℃下回流提取2 h，重復1次，考察料液比對得率的影響[17]。料液比對得率的影響見圖3。

圖3 料液比的影響Fig.3 Effect of solid-liquid ratio

如圖3所示，料液比為1∶6（g/mL）～1∶10（g/mL）時，隨著溶劑量的增加，花生殼中總黃酮的提取量也隨著增加，料液比為1∶10（g/mL）時得率為35.86 mg/g，但當溶劑用量繼續增加時，所得總黃酮得率相差無幾。在實際生產中加大溶劑用量可以提高黃酮提取量，但也會增加能耗，考慮到工業化生產，所以選擇料液比為1∶10（g/mL）。

2.3.2 乙醇體積分數對得率的影響

按料液比1∶10（g/mL）分別加入乙醇體積分數為40%～90%的乙醇溶液，于70℃回流提取2 h/次，提取2次，考察乙醇體積分數對江永小殼型花生殼總黃酮得率的影響[17]。乙醇體積分數對得率的影響見圖4。

如圖4所示，當乙醇為70%時得率接近最大值為36.52 mg/g，以乙醇為70%時為臨界點，此點之前，隨乙醇體積分數的增大得率增加明顯，而后得率不增反而略有減小，可能因為乙醇體積分數升高，一些醇溶性物質與黃酮類物質競爭同乙醇-水分子結合，導致黃酮溶解度下降[17]，考慮到生產成本及較優的提取得率，優選70%乙醇。

圖4 乙醇體積分數的影響Fig.4 Effect of ethanol concentration

2.3.3 提取溫度對得率的影響

按料液比1∶10（g/mL）加入70%的乙醇溶液，分別于40℃～90℃回流提取2 h/次，提取2次，考察提取溫度對江永小殼型花生殼總黃酮得率的影響[17]。提取溫度對得率的影響見圖5。

如圖5所示，在提取溫度為60℃時得率為最大值為36.95 mg/g，在60℃之前得率隨溫度的升高而升高，在60℃之后得率隨著提取溫度的升高反而下降，可能是溫度過高，溶劑揮發嚴重，提取效果下降，此外可能是黃酮類化合物氧化，得率下降[17]。

2.3.4 提取次數對得率的影響

按料液比1∶10（g/mL）加入70%的乙醇溶液，于60℃回流提取2 h/次，分別提取1、2、3、4次，考察提取次數對江永小殼型花生殼總黃酮得率的影響[17]。提取次數對得率的影響見圖6。

如圖6所示，隨著提取次數越多得率越大，提取次數為4次時得率最高為37.21 mg/g。可以看出，提取2次時花生殼總黃酮已基本溶出完全為36.04 mg/g，從工業成本和提取周期角度來考慮，提取2次最適宜[17]。

2.3.5 提取時間對得率的影響

按料液比1∶10（g/mL）加入70%的乙醇溶液，分別在60℃回流提取0.5 h/次～2.5 h/次，提取2次，考察提取時間對江永小殼型花生殼總黃酮得率的影響[17]。提取時間對得率的影響見圖7。

圖7 提取時間的影響Fig.7 Effect of extraction time

如圖7所示，在0.5 h～1.5 h之間，提取時間對江永小殼型花生殼總黃酮得率的總體影響較大，提取時間達1.5 h達到最大得率為36.23 mg/g，可以看出對江永小殼型花生殼的最佳提取時間為1.5 h。

2.4 響應面試驗結果及分析

2.4.1 設計方案及試驗結果

通過響應面試驗，考察各因素對花生殼黃酮得率的影響[17-19]，試驗方案及結果見表2。

表2 試驗設計及結果Table 2 Experimental design arrangement and results

續表2 試驗設計及結果Table 2 Experimental design arrangement and results

采用Design expert 8.0.6軟件對試驗數據進行多項擬合回歸，得花生殼黃酮得率（Y）的二次回歸方程為：Y=38.19+0.055A+0.28B+0.45C+0.56D-0.050AB-0.36AC+0.14AD-0.21BC+0.41BD-0.29CD-0.66A2-1.81B2-1.50C2-1.05D2。

2.4.2 響應面回歸模型的方差分析

為進一步確定各因素對黃酮得率的影響程度，對回歸模型進行了方差分析[17-20]，結果見表3。

表3 回歸方程的方差分析Table 3 ANOVA for quadratic model

從表3可以看出，模型的F=67.07、P＜0.0001，說明本試驗所采用的二次模型是很顯著的。B、C、D、AC、BD、CD、A2、B2、C2、D2的P值均小于0.05，說明除料液比外的其他一次項、料液比與提取溫度的交互項、乙醇體積分數與提取時間的交互項、提取溫度與提取時間的交互項以及4個因素的二次項都對花生殼黃酮得率有明顯影響[17-20]；而料液比和其他交互項顯著性較差。在被選取因素的水平范圍內，各因素的效應關系為：D（提取時間）＞C（提取溫度）＞B（乙醇體積分數）＞A（料液比）。相關系數R2=0.985 3和調整系數AdjR2= 0.970 6也表明模型擬合程度較好，得率與各因素之間的回歸方程是可靠的[18-19]。變異系數（CV）為0.58%說明試驗的重現性好，可穩定地用于花生殼黃酮提取工藝條件的優化[18-19]。

響應曲面表明響應值對于操作條件改變時的敏感程度[17]。其中料液比與提取溫度的交互作用、乙醇體積分數與提取時間的交互作用曲面較陡峭，見圖8～圖10。

圖8 料液比與提取溫度的交互作用Fig.8 Interaction effect of solid-liquid ratio and extraction temperature

圖9 乙醇體積分數與提取時間的交互作用Fig.9 Interaction effect of concentration of ethanol and extraction time

如圖8～圖9，說明交互作用對黃酮得率的影響極顯著（P＜0.01），提取溫度與提取時間的交互作用曲面也比較陡峭。如圖10，說明交互作用對黃酮得率的影響顯著（P＜0.05），與方差分析一致。

圖10 提取溫度與提取時間的交互作用Fig.10 Interaction effect of extraction temperature and extraction time

2.4.3 最佳工藝條件

用Design-expert 8.0.6軟件設計優化得出最佳的提取條件為料液比1∶10.07（g/mL）、乙醇體積分數71.02%、提取溫度61.14℃、提取時間1.64 h，預測得率為38.31 mg/g。為方便實際操作，花生殼黃酮的提取工藝修正為：料液比1∶10（g/mL）、乙醇體積分數71%、提取溫度61℃、提取時間1.6 h。

2.4.4 驗證性試驗

對上述最終修正的提取工藝條件進行驗證試驗，設置4次平行試驗，黃酮得率分別為：38.45、38.58、38.26、38.72 mg/g，得到江永小殼型生花生殼黃酮得率平均值為38.50 mg/g，與理論值38.31 mg/g相差較小，說明得到的工藝條件穩定，具有應用價值。

3 結論

通過比較3個品種的花生殼黃酮含量差異得到江永小殼型花生殼含量最高，然后比較了不同加工方法的花生殼黃酮含量差異得到生花生殼含量高，然后采用單因素試驗和響應面法優化了江永小殼型生花生殼黃酮提取工藝，得到其最佳工藝條件為：料液比1∶10（g/mL）、乙醇體積分數71%、提取溫度61℃、提取時間1.6 h，該條件下，黃酮得率為38.50 mg/g，該工藝操作簡便，提取效果好，工藝穩定，適合于工業化生產，為更好的合理利用廢棄物花生殼及為江永花生殼的綜合開發利用提供理論參考。

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Contents Comparatives and Optimization of Extraction Technology of Flavonoids of Peanut Hulls

JIANG Hong-yu1，2，3，TAN Jie-xiong1，YIN Su-fang1，WU Ming1，ZHANG Ting-ting1，WANG Zong-cheng1，2，3，*

（1.College of Chemical and Biological Engineering，Hunan University of Science and Engineering，Yongzhou 425199，Hunan，China；2.Hunan Provincial Engineering Research Center for Ginkgo Biloba，Hunan University of Science and Engineering，Yongzhou 425199，Hunan，China；3.Hunan Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Advantage Plants Resources of Southern Hunan，Hunan University of Science and Engineering，Yongzhou 425199，Hunan，China）

To utilize waste peanut shell，contents comparison of flavonoids of peanut hulls from the three Cultivars and different processed methods were analyzed，and the response surface method was used to optimize the extraction technology.The results showed that flavonoids content of the small shell type peanut shells from Jiangyong highest，and the best extraction technology conditions for：solid-liquid ratio 1：10（g/mL），ethanol concentration 71%，extracting temperature 61℃，extracting time 1.6 h.Under this condition，the extraction yield of total flavonoids was 38.50 mg/g.

peanut hulls；total flavonoids；extraction technology；content determination

2017-05-22

湖南省高校科技創新團隊支持計劃（2012-318）；湖南科技學院生物工程重點學科資助；永州市科技計劃項目[永科發（2016）27號-8]

姜紅宇（1971—），男（漢），講師，博士，主要從事藥物合成及天然產物開發。

*通信作者：王宗成（1983—），男，講師，主要從事天然產物的利用與開發。

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.16.009