超声波辅助提取漳州天宝香蕉皮多酚的工艺研究

刘蒙佳，周强，潘露冰，张宝善

(1.福建师范大学闽南科技学院，福建 泉州　362332；2.陕西师范大学，陕西 西安　710119)



超声波辅助提取漳州天宝香蕉皮多酚的工艺研究

刘蒙佳1,2，周强1，潘露冰1，张宝善2

(1.福建师范大学闽南科技学院，福建 泉州362332；2.陕西师范大学，陕西 西安710119)

摘要：以漳州天宝香蕉皮为原料，研究了料液比、超声波温度、超声波时间、乙醇体积分数对香蕉皮粗多酚提取率的影响.在单因素试验的基础上，进行了正交试验，最终确定最优的提取工艺条件为：以60%乙醇为萃取剂，料液比为1∶20、45 ℃的条件下超声45 min，香蕉皮多酚得率为1.082 1%.结果表明：超声波可以有效地强化香蕉皮粗多酚的提取，并且显著缩短了提取时间，提高了香蕉皮多酚得率.

关键词：漳州天宝香蕉皮；多酚；提取工艺；超声波

第一作者：刘蒙佳(1981-)，女，硕士研究生，讲师，研究方向为农产品贮藏及深加工.E-mail：250373208@qq.com

随着香蕉深加工产业化进程的加快，副产物香蕉皮的累积量越来越大.香蕉果皮约占果质量的30%～40%，其中富含多酚物质、缩合鞣质和有机酸等成分，但大部分香蕉皮尚未得到合理的利用，被视为废物扔掉，既浪费资源又污染环境[1].植物多酚已经被人类称为健康的“第7营养素”[2]，具有预防心血管疾病、抑制肿瘤等作用[3]，而且还有抗氧化的作用，可以去除活性氧的自由基.已有研究证实，水果皮当中的总酚含量大约是去皮水果的2倍[4]，所以从香蕉皮中提取多酚物质是切实可行的，既可以减轻环境污染，又可以提高经济效益.

目前，多酚物质的提取技术主要有溶剂浸提法[2]、螯合剂辅助提取法[1]、微波辅助提取法[5]、超声波辅助提取[6]等.浸提法容易控制，工艺条件比较成熟且适用范围广，投资少，但是提取效果不理想，提取率比较低.微波萃取时提取液的温度会急剧升高，甚至会出现沸腾的现象，使得酚类物质分解，导致提取率低[7].超声波是频率大于20 kHz的机械波，在溶剂浸提的基础上，进行超声波辅助处理，利用其机械效应、空化效应及热效应加强胞内物质的释放、扩散及溶解，提取时间短、温度低、提取率高、氧化损耗小[8].超声波能使组织或细胞破裂得更充分，有效成份提取得更完全，从而使经济效益得到显著的提高，其操作简便易行，是一种具有广阔应用前景的提取新技术[9].

本研究以漳州天宝香蕉皮为原料，利用超声波辅助提取香蕉皮中的粗多酚.主要研究了料液比、超声时间、超声温度和体积分数对香蕉皮粗多酚提取率的影响，并通过正交试验对提取工艺进行优化.旨在提高香蕉皮粗多酚的提取率，加快香蕉皮粗多酚提取的产业化进程，拓宽多酚资源的开发利用空间，为香蕉皮的深加工利用提供理论基础.

1材料与方法

1.1试验材料

1.1.1原料新鲜、无黑斑的漳州天宝香蕉：购自洪濑新华都超市.

1.1.2试剂95%乙醇、无水乙醇、无水碳酸钠、钨酸钠、钼酸钠、磷酸、盐酸、硫酸锂、双氧水等均为分析纯.

1.1.3仪器B122-600A型超声波清洗机；HC 2003型电子天平；SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵；RV-10数显型旋转蒸发仪；JSP-100型高速多功能粉碎机；DHG-9070型电热恒温鼓风干燥箱；WFZ UV-2802SH型紫外可见分光光度计.

1.2试验方法

1.2.1香蕉皮粗多酚提取工艺新鲜漳州天宝香蕉皮在40 ℃下烘焙20 h后粉碎，过40目试验筛，用一定体积分数的乙醇溶液在4 ℃左右低温(下同)浸提30 min后，进行超声波处理，过滤除渣，滤液用旋转蒸发仪浓缩(40 ℃、80 r/min、40 min)，适当稀释定容后测定粗多酚含量[10].

1.2.2单因素试验设计分别考察料液比(1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30)、超声波处理温度(35、40、45、50、55 ℃)、超声波处理时间(30、35、40、45、50 min)和乙醇体积分数(50%、60%、70%、80%、90%)对漳州天宝香蕉皮粗多酚提取率的影响.

1.2.3正交试验设计在单因素试验的基础上进行四因素三水平的正交试验，选用L9(34)正交表进行组合搭配，以香蕉皮粗多酚提取率为指标，筛选出最优的提取工艺参数.正交设计表如下.

表1　正交实验设计表

1.2.4香蕉皮粗多酚含量的测定采用福林酚法[11]测定.多酚提取率计算公式如下：

2结果与分析

2.1标准曲线的绘制

以没食子酸为标样，制作标准曲线如下.

图1　没食子酸标准曲线Fig.1　Standard curve of gallic acid

测得没食子酸溶液标准曲线的回归方程为：

Y=0.111 8X-0.015 1(R2=0.999 9)

式中：Y为没食子酸标准溶液在波长为765 nm处所测定的吸光度；X为没食子酸标准溶液质量浓度(μg/mL).

2.2不同料液比对漳州天宝香蕉皮粗多酚提取率的影响

由图2可知，当料液比从1∶10变化到1∶15时，香蕉皮与溶剂的接触面积逐渐增大，多酚类物质更加容易溶解到溶剂之中，使得多酚的提取率随之增加.在料液比为1∶15时，提取率为1.060 4%，达到最大值.但是，由于多酚物质在香蕉皮中的含量是一定的，如果继续增加提取剂的量，那么多酚的提取率不会再增加，反而是下降.原因可能是溶剂量增大，使得溶剂和物料中的有效成分的浓度差增大，扩散推动力大；而当料液比继续增大时，提取率反而下降，说明多酚的溶出量已饱和[12].所以，增加提取剂的用量只会增加溶剂回收成本和造成溶剂的浪费.因此，选择较合适的料液比为1∶15.

图2　不同料液比对漳州天宝香蕉皮粗多酚提取率的影响Fig.2　Effect of material-liquid ratio on extraction ratioof Zhangzhou Tianbao banana peels-polyphenols

2.3超声波处理温度对漳州天宝香蕉皮粗多酚提取率的影响

由图3可以看出，当温度较低时，超声波所产生的作用较小.同时不利于粗多酚的提取，从而导致提取率也较低.超声波温度在35～45 ℃，随着温度的不断升高，加速了粗多酚的扩散溶出，增加了粗多酚在乙醇溶液中的溶解度，从而粗多酚提取率也不断增加.其原因可能是随着温度的升高，加快了植物中可溶性物质的运动速度，香蕉皮中多酚物质的渗透、溶解能力也增强了，从而使其更容易从原料中浸出.温度升高使得氢键更容易断裂，同时也加快了多酚的渗透、扩散、溶解速度.此时酚类物质也更容易从原料中溶出[1].超声波温度在45 ℃时，粗多酚的提取率为0.859 2%，达到最大值.当超声波温度继续上升时，多酚类物质在较高温度下不稳定，容易被氧化，还可能破坏了多酚的物质结构，故粗多酚的提取率也开始下降.当温度高时，果胶、色素等杂质的析出也会比较多.所以，选择较合适的超声波处理温度为45 ℃.

图3　超声波处理温度对漳州天宝香蕉皮粗多酚提取率的影响Fig.3　Effect of ultrasonic extraction temperatureon extraction ratio of Zhangzhou Tianbaobanana peels-polyphenols

2.4超声波处理时间对漳州天宝香蕉皮粗多酚提取率的影响

由图4可以看出，当超声波处理时间在30～40 min，随着超声波处理时间的延长，粗多酚的提取率也不断加大；当超声波处理时间为40 min时，粗多酚的提取率为0.899 4%，达到了最大值.然而，随着超声波处理时间的延长，所提取的粗多酚的含量不但没有继续增加，反而是下降了.原因可能是当超声处理时间达到40 min时，香蕉皮中的粗多酚类物质已基本溶出，若继续延长提取的时间，可能使已经溶出的粗多酚类化合物发生氧化或结构被破坏，而且香蕉皮细胞中的其他物质的溶出也会增加，使提取物中的粗多酚含量偏低，且不利于纯化[13].因此，较合适的超声波处理时间为40 min.

图4　超声波处理时间对漳州天宝香蕉皮粗多酚提取率的影响Fig.4　Effect of ultrasonic extraction time onextraction ratio of Zhangzhou Tianbaobanana peels-polyphenols

2.5乙醇体积分数对漳州天宝香蕉皮粗多酚提取率的影响

由图5可以看出，当乙醇体积分数在50%～70%，随着乙醇体积分数的增加，香蕉皮粗多酚的提取率也逐渐增加.当乙醇体积分数达到70%时，粗多酚提取率为0.912 8%，此时达到最大值.随着乙醇体积分数的继续增加，粗多酚的提取率反而下降，这可能是溶剂与多酚极性的相似程度降低所致[1].当乙醇体积分数较低时，其溶液中溶解较多的水溶性蛋白和糖类；当乙醇体积分数较高时，香蕉皮中的色素等脂溶性的物质也逐渐增加，也有可能引起了较多蛋白质等物质的沉淀，间接影响了多酚物质的溶出，从而导致了提取率呈明显的下降趋势.水是多酚的良好溶剂，但其氢键却不能被水破坏.若加入乙醇反而可以破坏其中的氢键，因此提高了多酚的提取率.所以，选取合适的乙醇体积分数，便可提高多酚的提取率.由图5可知，70%的乙醇比较适宜.

2.6正交试验结果分析

在单因素试验基础上，进行正交试验，结果如表2所示.

图5　乙醇体积分数对漳州天宝香蕉皮粗多酚提取率的影响Fig.5　Effect of alcohol concentration on extraction ratioof Zhangzhou Tianbao banana peels-polyphenols

为进一步确定各因素对漳州天宝香蕉皮中粗多酚提取效果的影响，对表2的试验结果进行方差分析以及显著性检验.由于超声波处理时间(因素C)的R值最小，将其作为空白列进行计算，结果见表3.

表2　正交试验结果

表3　方差分析表

F0.01(2,2)=99，F0.05(2,2)=19；“*”表示显著(0.01F0.01).

从表3可以看出，料液比对漳州天宝香蕉粗多酚提取率影响极显著，乙醇体积分数和超声波处理温度对粗多酚提取率影响显著.由表2中极差分析可知，影响漳州天宝香蕉皮粗多酚提取率的各因素主次顺序为A>D>B>C，即对粗多酚的提取率影响最大的是料液比，乙醇体积分数次之，然后是超声波处理温度，而超声波处理时间的影响最小，最优水平组合为A3B2C3D1.表2中9组试验结果可以看出，提取效果最佳的组合为试验5，即A2B2C3D1，其粗多酚的提取率为1.078 2%.

为验证结果，分别用A2B2C3D1和A3B2C3D1两种组合提取香蕉皮粗多酚.得到香蕉皮中粗多酚的提取率分别为1.078 2%和1.082 1%.故最优组合为A3B2C3D1，即料液比1∶20、超声波温度45 ℃、超声波时间45 min、乙醇体积分数为60%.

3结论

漳州天宝香蕉皮粗多酚提取的最佳工艺条件为以60%乙醇为萃取剂，料液比为1∶20、45 ℃的超声45 min，香蕉皮粗多酚得率为1.082 1%.

参考文献

[1]赵国建，来年年，肖春玲.香蕉皮多酚提取新工艺研究[J].陕西农业科学,2012(3):11-13,43

[2]黄小红，邓开野.香蕉皮多酚物质提取工艺研究[J].安徽农业科学,2010,38(22):11775,11805

[3]何缘，向平，林鹏，等.不同贮存条件对荔枝果实单宁的影响[J].厦门大学学报:自然科学版,2008,47(1):127-127

[4]Kruger O.The role of ecotourism in conservation:panacea or Pandora’s box[J].Biodiversity and Conservation,2005,14(3):579-600

[5]冯平，贠建民，张蕊，等.微波辅助处理提取啤酒花多酚工艺的研究[J].甘肃农业大学学报,2011,46(4)：145-150

[6]罗秋水，林丽萍，汤凯洁，等.超声波辅助提取栀子花多酚物质工艺的研究[J].食品科学,2013,38(1):215-218

[7]郑利琴，张慜，孙金才，等.微波与超声波提取杨梅汁多酚类物质的对比研究[J].食品与生物技术学报,2010,29(4):515-517

[8]宋传奎，肖斌，王艳丽，等.超声波辅助提取茶多酚工艺条件的优化[J].西北农林科技大学学报:自然科学版,2011,39(5):133-139

[9]张斌，许莉勇.超声萃取技术研究与应用进展[J].浙江工业大学学报,2008,36(5):558-561

[10]焦士蓉，王玲，陈明夏，等.石榴皮总多酚的超声波辅助提取及其抗氧化活性研究[J].西华大学学报：自然科学版,2009,28(1):60-62,80

[11]李致瑜.超声波辅助提取山药总多酚的研究[J].农产品加工学报，学刊,2012,31(9):61-63

[12]陈晨，胡文忠，田沛源，等.超声波辅助提取香蕉皮多酚工艺优化及其抗氧化性的分析[J].食品科学,2014,35(2):12-17

[13]齐静.超声波辅助提取香蕉皮多酚的工艺研究[D].武汉:武汉工业学院,2012

(责任编辑越晓倩)

Extraction of polyphenols from peel of banana (cv.

Zhangzhou Tianbao) with ultrasound-assisted

LIU Meng-jia1,2,ZHOU Qiang1,PAN Lu-bing1,ZHANG Bao-shan2

(1.Minman Science and Technology Institute,Fujian Normal University,Quanzhou 362332;

2.Shanxi Normal University,Xi′an 710119)

Abstract：The peel of banana (cv.Zhangzhou Tianbao) was used as raw materia1.The effect of ultrasonic technology on the polyphenols extraction from banana peel was studied in this paper.The optimum extraction conditions were obtained on the single factor analysis,orthogonal experiment method and experimental validation.The results showed that the optimum conditions were as ethanol concentration 60%,ratio of liquid to solid 1∶20,extraction temperature 45 ℃,extraction time 45 min.Under these conditions,the polyphenol yield could reach 1.0821%.It is suggested that ultrasonic technology has a good assistant effect on the extraction of polyphenols from banana peel,which could increase the extraction rate and reduce the extraction time sharply.

Key words：banana peel;polyphenols;extraction technology;ultrasonic

收稿日期：2014-11-09；修回日期：2014-12-23

基金项目：国家级大学生创新性实验计划项目“漳州天宝香蕉皮多酚物质的提取及其抗氧化性研究”(201212992004).

通信作者：周强，男，硕士研究生，副教授，研究方向为农产品贮藏及深加工.E-mail：407825829@qq.com

中图分类号：TQ 243

文献标志码：A

文章编号：1003-4315(2015)06-0143-05