花生殼黃酮超聲波輔助提取工藝優化研究

摘 要：以花生殼為原料，采用超聲波輔助提取花生殼中的黃酮成分，并基于蘆丁標準曲線對黃酮得率進行測定，通過單因素和正交試驗得出花生殼黃酮最優提取工藝。結果表明，花生殼黃酮超聲波輔助提取的最佳工藝條件為料液比1∶30（g∶mL），超聲波功率100 W，提取溫度50 ℃，提取時間40 min，在此條件下，花生殼黃酮得率為3.75%。

關鍵詞：花生殼；黃酮；超聲波輔助；提取

Optimization of Ultrasonic Assisted Extraction Process for Flavonoids from Peanut Shells

SHAO Zhiyang

（Jiangsu Vocational and Technical College of Agriculture and Forestry， Zhenjiang 212499， China）

Abstract： Using peanut shells as raw materials， ultrasonic assisted extraction was used to extract flavonoids from peanut shells， and the flavonoid yield was determined based on the rutin standard curve. The optimal extraction process for flavonoids from peanut shells was obtained through single factor and orthogonal experiments. The results showed that the optimal process conditions for ultrasound assisted extraction of flavonoids from peanut shells were a solid-liquid ratio of 1∶30（g∶mL）， ultrasound power of 100 W， extraction temperature of 50 ℃， and extraction time of 40 min. Under these conditions， the yield of flavonoids from peanut shells was 3.75%.

Keywords： peanut shell; flavone; ultrasound-assisted; extraction

花生作為全球五大主要油料作物之一，是我國油脂和蛋白質供應的關鍵來源。我國在花生種植和生產方面位居世界首位，根據統計數據，2023年我國花生產量約為1 923.07萬t，占全球花生總產量的37%。花生殼作為花生加工的主要副產物，僅2023年就產生了約800萬t。農林加工副產物的開發利用是我國科技發展規劃中優先鼓勵發展的重點領域，也是當前研究的前沿熱點。近年來，利用農林加工副產物開發新型生物材料或提取生物活性成分的研究日益受到重視[1]。研究表明，花生殼中含有豐富的生物活性成分，包括黃酮類化合物、粗纖維、可溶性碳水化合物、礦物質及部分氨基酸等[2-4]，這些生物活性成分均具有多種生理功能。鑒于當前花生殼整體開發利用不足，導致其附加值較低，探索并優化花生殼黃酮提取工藝對提高副產物的有效利用率和實現資源再利用具有重要的現實意義。

根據已有研究成果，目前植物黃酮常用的提取方法有堿液提取法、有機試劑提取法、超聲波輔助提取法、超臨界流體萃取法、微波輔助提取法、球磨法及協同提取法等[5-9]。其中，超聲波輔助提取法通過利用超聲波的空化作用，在一定程度上可以破壞植物細胞的細胞膜，釋放內部的有效成分[10]，具有原料利用率高、提取效率高且操作簡單的特點。陳文娟等[11]研究發現，采用超聲波輔助提取美人蕉葉總黃酮，獲得最優提取工藝為超聲時間48 min、超聲溫度66 ℃、液料比61（mL∶g）和乙醇體積分數75%，在此條件下提取的美人蕉葉總黃酮對O2-、OH、DPPH自由基均表現出較強的清除能力。羅慧馨等[12]通過Box-Behnken設計-響應面法確定了超聲波輔助提取我國沙棘葉總黃酮的最優工藝參數，即料液比1∶14（g∶mL）、乙醇濃度69%、超聲時間19 min。在此條件下黃酮提取量最高，為

3.876 mg RE/g。徐丹鴻等[13]采用超聲波輔助乙醇溶劑法提取錦燈籠宿萼總黃酮，得到最優提取工藝為超聲波功率180 W、提取溫度60 ℃，用60%乙醇溶液按料液比1∶20（g∶mL）浸泡錦燈籠宿萼粉末24 h后，超聲提取50 min。在此條件下錦燈籠宿萼總黃酮得率為2.982%。

基于上述研究背景，本試驗以花生殼為原料，采用超聲波輔助提取花生殼黃酮，旨在優化提取工藝，確定最佳提取條件，為花生殼的多元化利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

花生殼（手工剝殼，本地市售）；蘆丁標準品（純度≥98%，Sigma-Aldrich公司）；無水乙醇、硝酸鋁[Al（NO3）3]、氫氧化鈉（NaOH）和亞硝酸鈉（NaNO2），均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

752-PC紫外-可見分光光度計（上海德泉興業儀器廠）；SK-827HP超聲波清洗器（昆山市國華儀器有限公司）；RHP-400A高速萬能粉碎機（廣州旭日機械設備有限公司）；TCL-16高速離心機（上海遠大科技有限公司）；JJ200電子天平（瑞士梅特勒儀器有限公司）；DP-9140A電熱鼓風干燥箱（上海精宏實驗設備有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 蘆丁標準曲線的繪制

準確稱取20 mg蘆丁標準品，溶于70%乙醇溶劑中，在容量瓶中定容至200 mL，即配制成濃度為100 μg·mL-1的蘆丁標準液。用移液管分別吸取0、1.0、2.0、3.0、4.0 mL和5.0 mL蘆丁標準液于10 mL的加塞試管中，編號1～6號。加入0.5 mL NaNO2水溶液（質量分數為5%），搖勻，靜置5 min；然后再加入0.5 mL Al（NO3）3水溶液（質量分數為10%），搖勻，靜置5 min；最后再加入NaOH溶液4 mL（質量分數為4%），搖勻，再用70%乙醇溶液定容至10 mL，搖勻，靜置15 min后，設定紫外分光光度計的波長為510 nm，吸取1號試管中的溶液做空白調零，然后依次吸取2～6號試管中的溶液，測定其吸光度。以溶液的吸光值為縱坐標（y），蘆丁質量濃度為橫坐標（x）繪制蘆丁標準曲線[14-15]，得到的回歸方程為y=0.012x-0.007 6，R2=0.997 5。標準曲線見圖1。

1.3.2 花生殼黃酮提取工藝流程

將花生殼除雜并清洗干凈，置于電熱鼓風干燥箱內，于60 ℃恒溫干燥至恒重。用高速粉碎機粉碎后過80目篩，密封后冷藏保存備用。準確稱取一定量的花生殼粉，加入乙醇作為提取溶劑，控制合適料液比，設定超聲波功率、溫度、時間等條件，進行超聲波輔助提取。冷卻后，離心得上清液，即為花生殼黃酮提取液。

1.3.3 花生殼黃酮得率計算

待得到花生殼黃酮提取液后，用移液管準確吸取1.0 mL花生殼黃酮提取液于試管中，然后按照1.3.1蘆丁標準液測定步驟測定其吸光度，并據此計算樣液濃度，計算公式為

式中：c表示樣液中黃酮的濃度，μg·mL-1；V表示提取液體積，mL；n表示稀釋倍數；m表示花生殼質量，g。

1.3.4 單因素試驗設計

（1）不同乙醇體積分數對花生殼黃酮得率的影響。準確稱取1.0 g花生殼粉末于5個錐形瓶中，分別加入不同體積分數（50%、60%、70%、80%和90%）的乙醇溶液30 mL，設定超聲提取功率為90 W，在50 ℃下提取40 min，測定提取液吸光度。考察不同乙醇體積分數對花生殼黃酮得率的影響。

（2）不同料液比對花生殼黃酮得率的影響。準確稱取1.0 g花生殼粉末于5個錐形瓶中，分別加入10、20、30、40 mL和50 mL 70%（體積分數，下同）的乙醇，設定料液比分別為1∶10、1∶20、1∶30、1∶40和1∶50（g∶mL），在超聲提取功率為90 W，提取溫度為50 ℃條件下提取40 min，測定提取液吸光度。考察不同料液比對花生殼黃酮得率的影響。

（3）不同超聲波功率對花生殼黃酮得率的影響。準確稱取1.0 g花生殼粉末于5個錐形瓶中，分別加入70%的乙醇30 mL，設定提取溫度為50 ℃，提取時間為40 min，分別設定超聲波功率為60、70、80、90 W和100 W進行提取，測定提取液吸光度。考察不同超聲波功率對花生殼黃酮得率的影響。

（4）不同提取溫度對花生殼黃酮得率的影響。準確稱取1.0 g花生殼粉末于5個錐形瓶中，設定提取溫度分別為20、30、40、50 ℃和60 ℃，向其中加入30 mL70%的乙醇，在超聲波功率90 W下提取40 min，測定提取液吸光度。考察不同提取溫度對花生殼黃酮得率的影響。

（5）不同提取時間對花生殼黃酮得率的影響。準確稱取1.0 g花生殼粉末于5個錐形瓶中，向其中加入30 mL70%的乙醇，設定超聲波功率90 W和提取溫度50 ℃，分別設定提取時間為20、30、40、50 min和60 min，測定提取液吸光度。考察不同提取時間對花生殼黃酮得率的影響。

1.3.5 正交試驗設計

基于單因素試驗結果，選擇對花生殼黃酮得率影響較大的4個因素，以花生殼黃酮得率為響應值，設計L9（34）正交試驗，因素與水平見表1。

1.4 數據處理

所有試驗平行測定3次，采用Excel 2024進行試驗數據處理。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果分析

2.1.1 不同乙醇體積分數對花生殼黃酮得率的影響

由圖2可知，當乙醇體積分數在50%～70%時，花生殼黃酮得率緩慢增長，原因在于隨著乙醇體積分數的增加，提取溶劑極性發生改變，更有利于黃酮的溶出。當乙醇體積分數為70%時，花生殼黃酮提取率最高，這可能與此濃度下的乙醇極性與黃酮極性最為相似有關。然而，隨著乙醇體積分數繼續增大，花生殼黃酮得率呈下降趨勢，過高的乙醇體積分數反而抑制了黃酮的溶出，導致黃酮得率有所降低。因此，確定最優乙醇體積分數為70%。

2.1.2 不同料液比對花生殼黃酮得率的影響

由圖3可知，當料液比（g∶mL）在（1∶10）～（1∶30）時，花生殼黃酮得率呈上升趨勢。這是因為隨著料液比減小，分子在溶液中的擴散速度增加，使得黃酮更容易被浸提出來，因此黃酮的得率相對增加。但在料液比低于1∶30（g∶mL）時，過量的乙醇可能對黃酮類化合物的結構產生破壞作用，導致黃酮得率明顯下降。因此，確定最優料液比為1∶30（g∶mL）。

2.1.3 不同超聲波功率對花生殼黃酮得率的影響

由圖4可知，隨著超聲波功率的增加，花生殼黃酮得率逐漸增大。這是因為超聲波引起的機械振動可以使溶劑受熱均勻，有助于溶質的分解。然而，當超聲波功率增加到90 W和100 W時，黃酮得率趨于平緩。因此，綜合考慮黃酮得率和節能減耗，確定最優超聲波功率為90 W。

2.1.4 不同提取溫度對花生殼黃酮得率的影響

由圖5可知，花生殼黃酮得率隨提取溫度的升高呈先上升后下降趨勢。在50 ℃時，黃酮得率最大。這是由于溫度升高會加速分子運動，促進黃酮浸出。但過高的溫度可能會使黃酮受熱分解，降低得率。因此，確定最優提取溫度為50 ℃。

2.1.5 不同提取時間對花生殼黃酮得率的影響

由圖6可知，隨著提取時間的延長，花生殼黃酮得率呈現先增大后減少的趨勢，在40 min時黃酮得率最大。繼續延長提取時間，黃酮得率會出現明顯下降趨勢。這是因為隨著時間的延長，花生殼粉末與乙醇的接觸時間增加，有利于黃酮的溶出，但是時間過長會使溶劑嚴重揮發，間接導致料液比發生改變，進而使得黃酮的有效溶出減少。因此，確定最優提取時間為40 min。

2.2 正交試驗結果分析

極差R的大小可以反映出各因素對黃酮得率的影響程度。由表2可知，超聲波功率（B）對花生殼黃酮得率的影響最大，其次是料液比（A），提取溫度（C）對花生殼黃酮得率的影響最小。根據K值可知，花生殼黃酮超聲波輔助提取的最優提取條件為A2B3C2D2，即料液比為1∶30（g∶mL），超聲波功率為100 W，提取溫度為50 ℃，提取時間為40 min。

2.3 驗證試驗

由于最優組合A2B3C2D2并不在正交試驗表中，為了增加試驗結果的準確性，按照該組合所設定的條件進行3次重復試驗，得出花生殼黃酮的得率平均值為3.75%，高于正交表中A2B3C1D2組合的最高黃酮得率。因此，A2B3C2D2為最優提取組合，對應的提取條件為料液比1∶30（g∶mL），超聲波功率100 W，提取溫度50 ℃，提取時間40 min。

3 結論

本研究以花生殼黃酮得率為評價指標，通過單因素和正交試驗，確定了花生殼黃酮超聲波輔助提取的最佳工藝參數為料液比1∶30（g∶mL），超聲功率100 W，提取溫度50 ℃，提取時間40 min。在此工藝條件下，花生殼黃酮得率為3.75%。該研究為花生殼的深入開發和綜合利用提供了重要的科學依據。

參考文獻

[1]沈達，周曉燕，韓書廣.花生殼綜合利用研究進展[J].木材加工機械[J]，2017，28（1）：43-46.

[2]趙二勞，楊潔，趙三虎.花生殼中黃酮類成分提取純化工藝研究進展[J].中國糧油學報，2018，33（5）：128-134.

[3]YAN L G，DENG Y，JU T，et al.Continuous high voltage electrical discharge extraction of flavonoids from peanut shells based on “annular gap type” treatment chamber[J].Food Chemistry，2018，256：350-357.

[4]廖建慶，王涵，虞貴財.超聲波輔助花生殼中提取黃酮工藝的研究[J].中國糧油學報，2022，37（3）：142-147.

[5]杜蕾，李新華，張振，等.超聲波輔助提取黑花生衣黃酮工藝優化[J].食品工業科技，2013，34（17）：259-263.

[6]王瑩，王華，王妲妲，等.花生殼中總黃酮提取工藝的研究[J].江蘇農業科學，2013，41（2）：245-247.

[7]ARAúJO R G，RODRIGUEZ-JASSO R M，RUIZ H A，et al.Process optimization of microwave-assisted extraction of bioactive molecules from avocado seeds[J].Industrial Crops and Products，2020，154：112623.

[8]劉漢文，陳洪興，周立巧.超聲微波協同提取花生殼中黃酮類化合物的研究[J].鹽城工學院學報（自然科學版），2013，26（3）：64-68.

[9]呂東燦，侯婧霞，姜廣策，等.球磨輔助提取花生殼黃酮工藝優化及其抗氧化活性研究[J].食品工業科技，2022，43（8）：212-218.

[10]吳海瑩，倪春林，王磊.植物中黃酮類化合物的提取方法及其應用[J].廣州化工，2022，50（18）：23-25.

[11]陳文娟，陳建福，張銘霞，等.超聲波輔助提取美人蕉葉總黃酮工藝及其抗氧化活性研究[J].湖南民族大學學報（自然科學版），2023，41（2）：147-155.

[12]羅慧馨，蘇婷婷.響應面法優化沙棘葉中總黃酮提取工藝[J].食品安全質量檢測學報，2024，15（21）：243-251.

[13]徐丹鴻，馮曉陽，孫鑫，等.超聲輔助溶劑提取錦燈籠宿萼總黃酮工藝的研究[J].保鮮與加工，2024，24（8）：88-92.

[14]薩如拉，彭曉亮，饒德英.超聲波輔助提取花生殼總黃酮的工藝研究[J].赤峰學院學報（自然科學版），2018，34（10）：32-35.

[15]周巾英，潘潤天，朱雪晶，等.超聲波輔助提取花生殼中黃酮的工藝研究[J].食品科學技術學報，2014，32（6）：42-45.