油菜籽原花青素的超声辅助提取.docx
《油菜籽原花青素的超声辅助提取.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《油菜籽原花青素的超声辅助提取.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
油菜籽原花青素的超声辅助提取
史上最快最全的网络文档批量下载批量上传，尽在：
史上最快最全的网络文档批量下载批量上传，尽在：
油菜籽原花青素的超声辅助提取
吴建铭1夏春镗1*张小军1祝建1谢正荣2
（1.同济大学生命科学与技术学院上海200092;2.昆山市农业局215300）
摘要：
通过超声辅助技术对油菜籽原花青素类物质进行了提取的单因素实验和正交实验研究，得出影响提取效果各因素的主次顺序依次为：
乙醇浓度>提取温度>超声作用时间>料液比。
确定最佳的超声提取条件为：
在60℃下，按1：
20（g/mL）的料液比加入浓度为60%乙醇溶液，超声提取20min，共3次。
按此条件制备得到的原花青素提取率为21.435mg/g，优于传统提取方法所得的原花青素11.553mg/g。
关键词：
油菜籽；原花青素；超声提取；提取率
ExtractionofRapeSeedProanthocyanidin
withUltrasonicWave
JianmingWu1ChuntangXia1*XiaojunZhang1JianZhu1ZhengrongXie2
（1.SchoolofLifeScienceandTechnology,TongjiUniversity,Shanghai,200092,China;2.DepartmentofAgriculture,KunshanCity,215300,China）
Abstract:
RapeSeedproanthrocyanidinwasextractedbyultrasonictechnology,andtheconditionsofextractionwerestudied.Reslutsshowedthattheorderofthefactorsthatinfluencingtheextractioneffectswasasfollowing:
ethanolconcentraction,extractingtemperature,ultrasonicextractingtimeandtheratioofthequantityofrawmaterialtoextractingagent（w/v）.Theoptimalconditionswereasfollows:
temperature:
60℃,extractingagent:
60%ethanolaqueous,theratioofthequantityofrawmaterialtoextractingagent:
1：
20（w/v）,extractingnumber:
3times,extractingtime:
20minrespectively.Theyieldofrapeseedproanthrocyanidinswas21.435mg/g（ovendry）,whiletheratewas11.553mg/g（ovendry）,whichwasextractedbytradionalmethod.
Keywords:
Rapeseedcoat；Proanthrocyanidins；Ultrasonicextraction；yield
原花青素（procyanidins,PC。
其它曾用英文名有proanthocyanidins，leucoanthocyanins，pycnogeno）是自然界中广泛存在的聚多酚类化合物，曾于1995年被《WholeFoods》杂志评为全美最受欢迎的十大植物药之一。
它具有极强的抗氧化和清除自由基活性，是迄今发现的最好的天然抗氧化剂之一。
此外，它还具有防癌抗癌，防治心血管疾病，免疫调节，改善人体微循环及皮肤保健等多种功效，成为国内外的研究热点之一。
近年来，欧洲、美国和澳大利亚等相继开发出以松树皮或葡萄籽为原料提取原花青素的医药保健品或化妆品。
例如瑞士贺发研究有限公司（HorphayResearch）的碧萝芷（Pycnogenol）含原花青素85%以上。
法国和罗马尼亚开发了用于治疗微循环疾病的葡萄籽原花青素制剂；德国研制了用于治疗酒精中毒的原花青素制剂并申请了专利；美国开发Pana-life葡萄籽抗氧化剂及意大利开发OPC（葡乐安）等原花青素保健产品。
此外，法国和意大利等国将原花青素开发研制成可较好地防护紫外线伤害作用的化妆品，日本也开发了多种用作药品、食品和化妆品抗氧化剂的原花青素产品，并获专利保护。
国内关于原花青素的开发研究起步较晚（约1986年），虽有一些药厂和保健品厂从葡萄籽中提出原花青素混合物，也大多是作为廉价的药品原料出口欧美国家，仅有部分厂家已经开发出原花青素制剂，如“丽诺牌养颜片”、“雷震子护康胶囊”及“莲菁华胶囊”等医药保健品。
目前，原花青素已被广泛应用于食品添加剂、医药保健及化妆品等领域，并有着极其广阔的发展前景[1-4]
目前国内外对葡萄籽和海松皮等原花青素的研究开发相对集中，然而从资源角度分析，上述2种资源的原花青素总量有限。
特别是海松皮，过度开发可能造成森林资源的破坏。
因此寻找替代原花青素资源相当重要。
十字花科的油菜，其籽的皮与种仁均含有一定量的原花青素。
但该项研究尚属初期，对其提取方法、效率、组分、结构与生理效果均少见报道【5，6】。
本工作应用油菜籽皮作原料用超声波辅助方法提取了原花青素，并对有关提取条件进行了优化。
超声提取技术的基本原理主要是利用超声波的空化作用加速植物有效成分的浸出，另外超声波的次级效应，加机械振动，乳化，扩散，击碎及化学效应等也能加速提取成分的扩散释放并充分与溶剂混合，利于提取。
与常规提取法相比具有提取时间短，产率高和无需加热等优点。
1.材料与方法
1.1材料、仪器与试剂
1.1.1试验材料
油菜籽皮（手工脱皮）由江苏省昆山市农业局提供
1.1.2仪器设备
USC-502超声仪（上海波龙仪器厂），5810R型低温高速离心机（德国Eppendorf公司），DHG-9203A型电热恒温鼓风干燥箱（上海一恒科技有限公司），DK-S24型电热恒温水浴锅（上海华连医疗器械有限公司），紫外-可见分光光度计（美国Varian公司），申科R系列旋转蒸发器（上海申生科技有限公司）。
1.1.3试验试剂
石油醚，无水乙醇，碳酸钠，香草醛，没食子酸。
（以上5种均为AR）.去离子水（自制），Folin-Ciocalteau试剂（自配）。
1.2试验方法
本实验的工艺流程为：
菜籽取皮→粉碎→过筛→石油醚脱脂→超声提取→合并滤液→旋蒸，回收溶剂→粗产品→分析测定
1.2.1前处理
将人工剥离的油菜籽皮去除杂质后在研钵中研磨粉碎，后用60目的标准筛过筛。
选用过筛后的油菜籽皮用石油醚超声脱脂一定时间，以脱脂后烘干的油菜籽皮作为试验对象，含水率10.0%。
1.2.2原花青素的超声辅助提取[7,8]
准确称取经过前处理的油菜籽皮干粉2g，按一定比例（料液比）加入一定浓度的乙醇溶液，置于具有回流装置的平底烧瓶内。
将装好料的烧瓶置于恒定功率的超声仪内，水浴超声提取一定时间，后以6000r/min的速度离心10min，取上清液。
滤渣以同样条件反复提取2～3次，合并滤液，提取液用蒸馏水定容成500mL备用。
分别研究浸提剂浓度、浸提温度、料液比、浸提时间和浸提次数等因素对提取效果的影响，并在此基础上选择合理的影响因素进行正交试验，以确定原花青素的最佳提取工艺。
按正交试验分析得出的最优提取条件进行验证试验。
1.2.3原花青素的传统浸提试验[9,10]
参考超声提取的最佳条件进行实验设计：
准确称取经过前处理的油菜籽皮干粉2g，按1：
20（g/mL）的料液比加入浓度为60％的乙醇溶液于具有回流装置的平底烧瓶内，置于恒温磁力搅拌器内，60℃下搅拌提取20min，重复3次。
过滤，收集滤液减压浓缩，回收有机溶剂。
固形物洗出并定容，测定原花青素含量。
1.2.4油菜籽原花青素含量的测定（总多酚含量表示）
1.2.4.1标准曲线的制作
配制质量分数100μg/mL的没食子酸标准溶液，分别吸取0，0.05，0.10，0.20，0.30，0.40，0.50mL于10mL具塞试管中，分别加入0.5mLFolin-Ciocalteau试剂（2N），摇匀后再加入3mL10%Na2CO3溶液，后用蒸馏水定容于75℃水浴中反应10min并测定A765（最大吸收波长的确定见附录图附A1）。
以吸光度（A）对没食子酸浓度（C）进行线性回归分析，考察其在0.5～5μg/mL范围内的线性关系。
1.2.4.2含量测定
将原花青素粗产品定溶于500mL容量瓶，准确移取样品溶液0.5mL，按2.4.1处理样品溶液，同样测定A765，对照标准曲线或代入回归方程计算得到原花青素含量。
2.实验结果与结论
2.1标准曲线
按1.2.4.1，根据Folin-Ciocalteau试剂与没食子酸标物反应并分别对所测得A765值作出标准曲线，如图2.1：
图2.1没食子酸标准曲线
Fig.2.1Standardcurveofgallicacid
得回归方程为：
y=117.9x+0.0033，r=0.9984。
式中，x为反应体系中的没食子酸含量（mg/mL），y为反应后反应体系在765nm下的吸光度。
由相关性系数r知，该测定方法在0.5～5μg/mL范围内，没食子酸含量与A765呈极显著线性正相关。
2.2单因素试验
2.2.1前处理对提取效果的影响
（一）粉碎度的影响
分别准确称取2g未粉碎，经粉碎并过20目筛及60目筛的油菜籽皮粉，按1.2.2，在60℃水浴中，超声处理20min，重复两次。
实验结果如图2.2所示：
图2.2粉碎度对提取效果的影响
Fig2.2Theeffectofrawmaterialcomminutiononextraction
由图2.2可见，油菜籽皮粉碎程度对提取效果有一定影响。
随着油菜籽皮粉碎程度的增加（粒径减小），油菜籽原花青素提取率相应提高，所以选用过60目筛的油菜籽皮粉为实验材料。
（二）石油醚脱脂的影响
脂类物质不会与Folin-Ciocalteau显色剂发生显色反应，因此，理论上油菜籽皮脱脂程度的好坏并不会直接影响其提取所得的原花青素实际含量。
由于脱脂不完全会使得反应体系浑浊度增加，也可能影响检测结果的准确性。
因此，本实验选用石油醚作为脱脂溶剂，按1：
20（g/mL）的体积比超声脱脂30min，重复两次。
2.2.2溶剂浓度对提取效果的影响
分别准确称取经过前处理的油菜籽皮干粉2g，加入不同浓度（10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%）的乙醇溶液。
按2.2，在60℃水浴中，超声处理20min，重复两次。
实验结果如图3.3所示。
水的极性大，乙醇的极性较小。
乙醇的水溶液随乙醇含量的增加极性逐步下降。
何种浓度的乙醇溶液较适合提取油菜籽原花青素呢？
由于乙醇的溶解性能好，穿透细胞能力强。
由图2.3可见，乙醇浓度对提取效果影响较大，随着乙醇浓度的增加，油菜籽原花青素的提取率明显提高，但当乙醇浓度达到60%之后，原花青素提取率反而减少，因此应选用乙醇浓度为60%。
图2.3乙醇浓度对提取效果的影响
Fig2.3Theeffectofethanolconcentrationonextraction
2.2.3提取温度对提取效果的影响
分别准确称取经过脱脂前处理的油菜籽皮干粉2g，按料液比为1：
20（g/mL），加入60%浓度的乙醇溶液。
按1.2.2，在不同温度（20，30，40，50，60，70℃）的水浴中，超声处理20min，重复两次。
实验结果如图2.4所示：
图2.4温度对提取效果的影响
Fig2.4Theeffectoftemperatureonextraction
一般而言，温度升高，分子运动速度加快，渗透，扩散溶解速度等亦加快。
高温可能还会引起细胞膜结构的变化，促进原花青素由细胞转移到溶剂中。
由图2.4可见，随着水浴温度的提高，油菜籽原花青素的提取率逐步提高，但当水浴温度达到60℃之后，原花青素的提取效果有明显的下降。
这可能因温度过高氧化作用增强使部分原花青素的结构被破坏，进而引起提取率下降，故选取浸提的温度为60℃。
2.2.4料液比对提取效果的影响
分别准确称取经过前处理的油菜籽皮干粉2g，按不同料液比（1：
10，1：
15，1：
20，1：
25，1：
30g/mL）加入60%浓度的乙醇溶液，按1.2.2，在60℃水浴中，超声处理20min，重复两次。
实验结果如图2.5所示：
图2.5料液比对提取效果的影响
Fig2.5Theeffectoftheratioofrawmaterialtoextractingagentonextraction
由图2.5可见，随着料液比的提高，油菜籽原花青素的提取率也逐步提高，但当料液比达到1：
20（g/mL）之后，原花青素的提取率趋稳定，且料液比继续增加时提取率略有下降，但幅度较小。
一般料液比过大会造成溶剂浪费，且会增加回收成本，故综合考虑应选取料液比为1：
20（g/mL）。
2.2.5超声提取时间对提取效果的影响
分别准确称取经过前处理的油菜籽皮干粉2g，在料液比为1：
20的条件下提取不同时间（5min，10min，15min，20min，25min，30min），按2.2在60℃水浴中，超声处理20min，重复两次。
实验结果如图2.6所示：
一般情况下，超声处理时间越长，原花青素的溶出就越完全，其提取率也会相应上升。
由图2.6可见，随着超声提取时间的延长，油菜籽原花青素提取率有明显的上升。
当超声提取时间超过20min后，原花青素的提取率趋于恒定且略有下降。
这可能是由于超声提取达到一定程度会导致物料的纤维素网络结构松散，使得原花青素进入纤维素结构中而不易浸出。
因此，本试验选择超声提取时间为20min。
图2.6超声提取时间对提取效果的影响
Fig2.6Theeffectofultrasonicextractingtimeonextraction
2.2.6提取次数对浸提效果的影响
按1.2.2，分别准确称取2g干油菜籽皮粉，以料液比为1：
20（g/mL）加入60%乙醇溶液，60℃水浴中，超声处理20min。
倾泌提取液至干，再加入等量提取剂。
重复提取5次，实验结果见表2.1。
表2.1提取次数对提取效果的影响
Tab.2.1Theeffectofextractiontimesonextraction
提取次数
第1次
第2次
第3次
第4次
第5次
第6次
原花青素提取量（mg/g）
21.72
4.13
1.02
0.32
0.12
0.05
占总提取量的比率%
79.39
15.09
3.73
1.17
0.44
0.18
由表2.1可知，提取次数越多，油菜籽原花青素提取的总量就越多。
前3次提取所得的油菜籽原花青素总量已经占到6次提取总量的98.21%。
实际第4次以后的提取量已经很低，考虑到工作量及溶剂成本等因素，本试验确定提取最佳次数为3次。
2.3正交试验
通过单因素试验，选定乙醇浓度、料液比、提取温度及超声作用时间等因素进行正交实验设计（具体因素及水平见表2.2），以确定最佳的提取条件，实验结果见表2.3。
从表2.4的极差分析可以看出，影响油菜籽原花青素提取效果各因素的主次顺序为：
B（乙醇浓度），A（提取温度），C（超声作用时间），D（料液比）。
由k值
分析比较可得出较优实验组合为A2B2C4D1，即：
“在60℃下，按1：
20（g/mL）的料液比加入浓度为60%乙醇溶液，超声提取20min，共提取3次。
”为最优。
由于上述分析得出的最优提取条件未出现在正交试验中，我们需要验证其提取效果。
按此条件进行超声提取油菜籽原花青素试验，经过计算得到原花青素的提取率为21.4mg/g（绝干量）。
2.4传统浸提实验
按1.2.3试验，通过计算得到原花青素的提取率为11.6mg/g（绝干量）。
此试验主要是用来对照超声辅助提取效果的，因此，该试验方法主要是参照了部分浸提葡萄籽原花青素的文献来套用设计的，未作优化探索。
表2.2 正交实验因素水平表
Tab.2.2FactorsandlevelsforOrthogonaldesign
水平
因素
A温度/℃
B乙醇浓度/%
C时间/min
D料液比
1
40
50
40
1：
20
2
60
60
10
1：
10
3
50
70
30
1：
25
4
70
80
20
1：
15
2.5结论
用超声波辅助法提取油菜籽原花青素，经单因素及正交试验优化，收率可达21.4mg/g（绝干量），即2.14%。
经与常规方法相比较收率增加84.5%。
正交试验结果表明，影响油菜籽原花青素提取及各因素依次顺序为：
乙醇浓度、提取温度、超声作用时间和料液比等等。
其最佳提取条件为：
提取温度60℃，按1：
20（g/ml）料液比加入浓度为60%的乙醇作为提取液，超声提取每次20min，共三次。
在本工艺中，油菜籽皮颗粒大小对试验结果有一定影响，初步认定以60目为佳。
前处理中的石油醚脱脂是必要的，也许可简化以后的提取物精制程序。
表3.3 正交实验设计及结果
Tab.2.3OrthogonaldesignandResults
编号
A
B
C
D
E（空白）
提取率/mg/g（绝干量）
1
1
1
1
1
1
10.861
2
1
2
2
2
2
11.899
3
1
3
3
3
3
12.096
4
1
4
4
4
4
8.292
5
2
1
2
3
4
13.332
6
2
2
1
4
3
18.816
7
2
3
4
1
2
20.546
8
2
4
3
2
1
12.245
9
3
1
3
4
2
12.492
10
3
2
4
3
1
17.186
11
3
3
1
2
4
10.071
12
3
4
2
1
3
9.379
13
4
1
4
2
3
15.209
14
4
2
3
1
4
20.249
15
4
3
2
4
1
13.776
16
4
4
1
3
2
12.887
表2.4以效率为指标的极差分析
Tab.3.4Theanalysisofmicroencapsulationonproducteffciency
K值
X1
X2
X3
X4
K1
43.148
51.896
52.636
62.116
K2
64.94
68.148
48.384
49.424
K3
49.128
56.488
57.08
55.5
K4
62.12
42.804
61.232
53.376
k1
10.787
12.974
13.159
15.529
k2
16.235
17.037
12.096
12.356
k3
12.282
14.122
14.27
13.875
k4
15.53
10.701
15.308
13.344
R
5.448
6.336
3.212
2.903
3.讨论
由于超声波的空化及振荡作用，使植物细胞壁发生破坏并在固体与溶剂之间产生类似震荡搅拌的作用，从而增强胞内溶质向溶剂的扩散，故采用超声波辅助提取技术使油菜籽原花青素提取得率增加，提取率达到2.14%。
相比传统提取方法，超声提取的原花青素得率有显著提高，表明在优化的条件下超声波法能够高效提取油菜籽原花青素类物质。
试验采用乙醇为提取剂，主要是出于绿色化工的考虑。
乙醇比较安全并可制
成食品级。
甲醇或丙酮或乙酸乙酯虽也可作提取剂，但毒性相对较大。
油菜籽是一种大宗资源，据官方统计2007年中国油菜籽总产量超过1000万吨，其中油菜籽皮约占7%，即可能有七十万吨的资源，故利用油菜籽生产原花青素潜力巨大。
目前，应加强油菜籽原花青素的分离分析、各组分纯物质的提取，结构分析以及生理和药理的研究，以便使这一庞大的资源得到合理的利用。
参考文献
[1]元英进，刘明言，董岸杰.中药现代化生产关键技术[M].北京:
化学工业出版社，2002
[2]杜晓芬，谢笔钧.花青素防癌抗癌作用研究进展[J].天然产物研究与开发，2005，6（17）：
822-825
[3]倍安，高海青.葡萄籽原花青素药理作用进展[J].国外医学老年医学分册，2003，24（3）：
123-127
[4]万本屹，董海洲，刘传富.原花青素及其应用[J].中国食物与营养，2001，（6）：
15-16
[5]胡健华,韦一良,陆 艳.油菜籽皮中提取原花色素的研究[J].中国油脂.2004,29（4）:
26-28
[6]M.Naczk,J.Pink,R.Amarowicz,D.Pink,andF.Shahidi.MultivariateModelforthePredictionofSolubleCondensedTanninsinCrudeExtractsofPolyphenolsfromCanolaandRapeseedHulls[J].JAOCS.2001,78,411–414
[7]钟振声,冯 焱,孙立杰.超声波法从葡萄籽中提取原花青素[J].精细化工，2005，1（22）：
41-43
[8]吴澎，王明林.超声波辅助法提取白刺果籽中原花青素的工艺[J].食品与发酵工业，
2005，5（31）：
158-160
[9]赵文军，吴雪萍，王旭.葡萄籽中低聚原花青素提取条件研究[J].食品科学，2004，
25
（2）：
117-120
[10]姜守霞，孙威.葡萄籽中提取原花青素的研究[J].应用化工，2005，34
（2）：
108-110
升级会员 