1、花生壳中有机物质的提取工艺研究花生壳中有机物质的提取工艺研究摘要：研究花生壳中总黄酮的提取工艺。经正交试验，以提取物中总黄酮含量为评价指标，优选提取工艺。确立以75乙醇为溶剂，料液比1：25，每次提取50min，提取温度为70为优选工艺。该工艺简捷、经济、可行，适合工业化生产。 关键词 ：花生壳 黄酮 提取 工艺 Abstract: The Peanut Shell extraction process of total flavonoids. By the orthogonal test, in order to extract the content of total flavonoids
2、 of indicators for the evaluation, optimization of extraction process. Establishing the 75% ethanol as solvent, liquid than 1:25, each extract 50min, extraction temperature of 70 for the selection process. The process is simple, economic, feasible, suitable for industrial production.Key words: Peanu
3、t shell Flavonoids Extraction Technology引言花生是世界五大油料作物之一，其生产遍及世界各大洲，19901997年全球年均种植面积为2173.9万，其中亚洲占56以上。近年来，我国的花生种植面积逐年递增，产量已达1 500万t，位居世界第一位。花生除用于榨油外，还可直接食用。根据美国花生科学进展介绍，世界范围的食用花生和榨油花生的比重分别为36和54。当前人们生产花生的目的，越来越侧重于从中获取高质量蛋白质。我国所产的花生中约有50用于榨油，27直接食用，8出口，留种及其他用途占15 ，花生已成为我国国民食用油脂和蛋白质的重要来源。花生壳(Peanut h
4、ul1)是豆科一年生草本植物花生的干燥果壳，我国有丰富的资源。花生壳作中草药，其标准已收载于1996年版云南省药品标准。在花生壳的有效组分总黄酮中，以木犀草素含量最高。研究证明，花生壳提取物中总黄酮不仅具有降血脂和降血压的作用，同时还有抗氧化、镇咳平喘、抗菌消炎及增强免疫和抗肿瘤的作用。为更好地开发和利用花生壳资源，黄酮类化合物是植物光合作用产生的一种天然有机物，广泛存在于植物的各个部位，包括根、茎、叶、花、果实中。现代医学研究表明，黄酮类化合物具有多种生物活性和药理作用，它可以降低心肌耗氧量，使冠脉、脑血管流量增加，抗心率失常，软化血管，降血糖、血脂，具有抗氧化、消除体内自由基、抗衰老和提高
5、机体免疫力的作用2。因此，国内外有关植物黄酮类化合物提取工艺的研究报道很多，对花生壳中黄酮类物质提取也有研究。但是，这些方法的提取效率仍然很低。近年来，正交试验法应用于提取植物中的生物碱、苷类、生物活性物质、动物组织浆的毒质等研究已有报道。其主要是以乙醇浓度、料液比、提取时间和提取温度作因素，分别考察四个梯度水平。通过正交试验设计，以总黄酮和木犀草素提取量作为评价指标。本文采用正交试验法研究花生壳的有效成分总黄酮及木犀草素的提取工艺。第一章 绪论花生是我国盛产的农作物，花生壳约占花生果重30%左右，年产量约150万t。花生壳除少部分作为造纸或生产化工产品的原料、动物饲料外，大部分当作燃料或弃之
6、农田，造成资源的极大浪费。花生壳中含有大量有价物质1，基本质量组成如下：粗纤维（65.7%79.3%）、粗蛋白（4.8%7.2%）、粗脂肪（1.2%2.8%）、还原糖（0.3%1.8%）、双糖（1.7%2.5%）、戊糖（16.1%17.8%）、淀粉（0.7%）、碳水化合物（10.6%21.2%）；另外，还含有一些矿物质：钙（0.29%）、磷（0.09%）、镁（0.90%）、钾（0.25%）、氮（1.09%）、铁（295 mg/kg）、锰（34 mg/kg）、锌（24 mg/kg）、铜（14 mg/kg）、硼（13 mg/kg）、铝（454 mg/kg）、锶（262 mg/kg）、钡（16 mg
7、/kg）、钠（66 mg/kg）。此外，花生壳中还含有一些药用成分（-谷甾醇、胡萝卜素、皂草甘、木糖等），经过酸水解沉淀处理后还可提取一些重要的化工原料（醋酸、糠醛、丙酮、甲醇、菲丁、乙酸甲酯等）。本文从经济效益和环境效益两方面考虑，重点探讨了花生壳在在食品、医药、化工领域的应用，尽可能最大限度地提取花生壳中的有价物质，达到花生壳的综合利用，贯穿循环经济的理念，实现可持续发展战略目标。1 花生壳在食品领域的应用1.1 从花生壳中提取多酚类物质和黄酮类物质作天然抗氧化剂食用油脂和富脂食品的酸败主要是因为活性自由基发生自由基链式反应，氧化夺取脂的氢原子，破坏其结构，其氧化产物和中间产物会损害生物膜
8、、维生素、蛋白质并有一定的致癌作用2。如何抑制自由基发生链式反应，延缓其氧化进程，是提高油脂保存时间的关键。目前用于食品抗氧化作用化学合成物质如下：2，3-丁基羟基茴香醚（C11H16O2，BHA）、二丁基羟基甲苯（C15H24O，BHT）、苯甲酸钠（C6H5COONa）、没食子酸丙酯（C10H12O5，PG）和特丁基氢醌（C10H14O2，TBHQ）等几种人工合成的抗氧化剂及VE（C29H50O2）这种天然的抗氧化剂。然而应用最广泛的两种抗氧化剂BHA和BHT可能会引起肝损伤，有一定的毒性和致癌的可能性；VE的有效性低且制备成本高，因此，国际上转向天然抗氧化剂研究。BHT、苯甲酸钠、TBHQ
9、、VE的结构式见图1、图2、图3、图4。图1 BHT结构式图2 苯甲酸钠结构式图3 TBHQ结构式图4 VE结构式花生壳中除含有大量的碳水化合物、粗纤维外，还含有少量多酚类物质、黄酮类物质。多酚类物质是油脂抗氧化剂，其滞留分数超过0.17%时，可显示出抗氧化活性，而成熟花生壳中所含有的多酚类物质为3.34%7.13%3。若将多酚类物质提取出来，可获得天然油脂抗氧化剂和具保健功能的食品添加剂。从花生仁提取的类黄酮物质二氢栎精具有抗氧化剂活性，在把花生压榨制油之前将花生仁加热，可以改善花生油的氧化稳定性。此外，研究还发现花生壳的甲醇提取物具有明显的抗氧化活性，其中一种抗氧化剂物质经鉴定证明是毛地黄
10、黄酮（即木犀草素）。酚类化合物的总含量与降低脂肪的酸败作用有关，而且可以改善脂类过氧化作用的稳定性。采用70%乙醇、无水甲醇、乙酸乙酯、丙酮、碱水溶液和蒸馏水作为浸提液从花生壳中提取多酚类物质和黄酮类物质，其中70%乙醇、无水甲醇、丙酮、碱水溶液作为浸提液时提取率较高，但是甲醇、丙酮本身属于有毒物质，而乙酸乙酯是一种香料，因此选择其作为浸提液。在溶剂壳=101（质量比）、浸提温度70 、回流提取34次时，提取物中总黄酮含量可达到33.9%，提取率为1.6%。用乙醇作为浸提剂，当pH=3.0、浸提时间为72 h、液固比为201时，抗氧化成分提取率可达2.21%，以猪板油过氧化值作抗氧化活性分析，
11、放置10 d后，不加抗氧化剂的猪板油过氧化值超过120 meg/kg，而添加0.5%抗氧化剂的猪板油过氧化值在50 meg/kg左右，加入BHT时过氧化值小于20 meg/kg。天然抗氧化成分的活性比BHT略低，但是比不加抗氧化剂时的抗氧化活性有明显提高。1.2 从花生壳中提取天然黄色素天然色素具有无毒、稳定性好、色调自然、颜色逼真等优点，有逐步取代人工合成色素的趋势。利用微波萃取法从花生壳中提取天然黄色素作为食品添加剂，有重要的开发价值。微波萃取是将微波激活与传统的溶剂萃取法结合起来而形成的新型萃取方法6，具有萃取时间短、提取效率高、溶剂用量少等优点。林棋等7以70%乙醇为提取液，固定微波辐
12、射功率为120 W，在pH=3.0、原料与提取液配比为15、辐射时间为240 s时，进行了微波萃取花生壳中天然黄色素的研究。研究结果表明，该色素是水溶性色素，属于黄酮类色素，适用pH范围比较宽，尤其碱性状态效果最佳，对光、热稳定性好，大多数食品添加剂对色素稳定性影响不大，对氧化剂H2O2的耐受能力较差，对还原剂Na2SO3的耐受能力强。许多植物的黄色素，是黄酮的多羟基化合物，例如槐黄素、桑黄素等。1.3 黄酮类化合物研究概况黄酮类(flavowids)的名称来源是由于该类化合物大都显黄色，并且其4-位都有羰基之故。在黄酮类化合物分子结构内具有碱性阳原子能与碱性氧原子，能与矿酸成盐，所以过去也曾
13、把黄酮类化合物称为黄碱素类化合物。黄酮类化合物是植物代谢过程中产生的一类重要天然有机化合物，30年来一直是国内外研究开发的热点。这类化合物多存在于双子叶植物及裸子植物中。苔类中很少含有黄酮，而藻类、微生物、细菌中没有发现黄酮类化合物存在。黄酮类化合物在自然界大部分以甙的形式存在，另一部分以游离态存在。由于黄酮类化合物广泛分布于植物界，其生理活性多种多样，引起了广泛注意，研究进展很快，目前己分离出的黄酮类化合物总数超过4000个，广泛应用于医药领域。1.3.1 黄酮类化合物结构与分类黄酮类化合物一般是具有二个苯环(A-环与B-环)通过中央三碳链(C-链)相互连接而成的C6-C3-C6基本碳骨架的
14、一系列化合物依据三碳链的氧化程度和是否成环，以及B-环的连接位置(2-或3-位)可将该类化合物分为7种基本的碳骨架类型。见图。图1-1 大豆异黄酮甙元结构式 图1-2 5,7-二羟基黄酮黄酮化合物种类繁多，其共同性在于其分子结构中都包含以黄酮为母体的基本结构。依据分子结构中C环2,3位双键,3位经基、4位酮基及B环在2或3位的定位情况，黄酮可分为6大类:黄酮(flavone)、二氢黄酮(flavanone)、黄酮醇(flavonol)、黄烷醇(flavanol)、花青素(anthocyanin)和异黄酮(isoflavone)。黄酮类如黄酮(flavone)、三经黄酮(apigenin)普遍存
15、在于各种植物中如芹菜、苹果等；黄酮醇类如懈皮素(quemetin)为中药材懈皮的功效成分；黄烷醇类如儿茶素(catechin)为茶多酚的主要成分；二氢黄酮如抽皮素(naringenin)多存在于橘类水果中；花青素类如花青素(cyanidin)主要存在于各种浆果中；异黄酮类如三经异黄酮(genistein)存在于豆类植物中18。1.3.2 抗氧化与促氧化作用植物黄酮被普遍认为是高效的天然抗氧化剂，但事实上植物黄酮同时具有抗氧化和促氧化两种相反特性。植物黄酮对疾病的预防作用一般认为在于其优良的抗氧化及清除自由基特性，然而这些植物多酚物质在抗肿瘤及诱导肿瘤细胞凋亡方面，其促氧化活性可能比其抗氧化活性
16、更加重要18。1.3.3 抗菌作用黄酮类药物还具有抗菌作用。黄酮化合物licochalconeA、licochalconeB、glabridin、glabrene等对格兰氏阳性菌中的金黄色葡萄球菌和枯草杆菌的抑制作用相当于链霉素，对酵母菌和真菌抑制作用高于链霉素，但对大肠杆菌和绿脓杆菌抑制作用远低于链霉素19。LicochalconeA体外对革兰阳性球菌、杆菌和棒型菌有明显的抑制作用，其最低浓度为0.3u/ml8u/mI。 第二章 实验材料与方法2.1 实验材料、设备及测试方法2.11 材料与仪器花生壳；芦丁；乙醇、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠。恒温水浴锅；冷凝管；圆底烧瓶；紫外一可见分光光度计
17、；电子天平。2.1.2 原料预处理 取相同生长环境下新鲜花生壳，清洗干净，切片，在6065C下干燥24h，粉碎后密闭保存。2.1.3 芦丁标准曲线的绘制 采用NANO2AI(NOS)3-NAOH显色法。即准确称取20.0mg芦丁标准试剂，用50%丁醇溶解，定容至100ml，摇匀，得浓度为0.2mg/ml标准溶液；准确吸取芦丁标准溶液0，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0，6.0，7.0ml于8只25ml容量瓶中，然后分别加入1ml 5%亚硝酸钠，摇匀，放置6min，加入1ml 10%硝酸铝摇匀，放置6min，加入10ml 4%氢氧化钠溶液，用50%乙醇定容至刻度，摇匀，放置10min后，在
18、510nm处测定其吸光度。以吸光度A对芦丁浓度C作圈，得标准曲线。回归方程为：A=16.61C-0.0028，R=0.9994.2.1.4 样品含量测定精确称取样品1g于250ml三角瓶中，加入一定体积分数的乙醇溶液浸提，浸提后定容至100ml。然后吸取提取液1.0ml，置于25ml容量瓶中，按1.2的方法测吸光度。根据上述回归方程求黄酮含量。计算样品中黄酮含量如下：C=CXV1*V3/V2M,其中，C为样品中总黄酮含量（mg/g）；CX为由标准求得黄酮含量（mg/ml）；V1为定容体积（ml）；V2为吸取试液体积（ml）；V3为提取液体积；M为样品质量（g）。实验数据：m=1g，V2=1.0
19、ml，V1=100ml，V3=70ml。测得吸光度为：0.198，0.140，0.187，对照组为0.2.2 单因素实验称取适量样品，在不同条件下分别观察料液比、乙醇浓度、提取时间及提取温度对提取率的影响，按1.2中方法测定吸光值并依据回归方程计算含量。以芦丁含量表示甘薯皮中黄酮类物质的含量。2.2.1 料液比对提取效果的影响：在乙醇浓度为60%，提取温度味80、提取时间为1h条件下，考察料液比对提取效果的影响。实验数据：料液比为1：10时，测得吸光度为：0.019，0.377，0.051，对照组为0； 料液比为1：15时，测得吸光度为：0.061，0.041，0.024，对照组为0； 料液比
20、为1：20时，测得吸光度为：0.135，0.100，0.083，对照组为0； 料液比为1：25时，测得吸光度为：0.102，0.062，0.068，对照组为0； 料液比为1：30时，测得吸光度为：0.135，0.130，0.094，对照组为0；2.2.2 乙醇浓度对提取效果的影响：在料液比为1：25、提取温度为80、提取时间为1h条件下，考察乙醇浓度对提取效果的影响。实验数据：乙醇浓度为40%时，测得吸光度为：0.083，0.050，0.137；对照组为0； 乙醇浓度为50%时，测得吸光度为：0.140，0.044，0.014；对照组为0； 乙醇浓度为60%时，测得吸光度为：0.065，0.0
21、41，0.072；对照组为0； 乙醇浓度为70%时，测得吸光度为：0.053，0.032，0.072；对照组为0； 乙醇浓度为80%时，测得吸光度为：0.149，0.052，0.083；对照组为0；2.2.3 提取时间对提取效果的影响：在料液比为1：25、提取温度为80、乙醇浓度为70%条件下，考察提取时间对提取效果的影响。实验数据：提取时间为30min时，测得吸光度为：0.099，0.085，0.170；对照组为0； 提取时间为45min时，测得吸光度为：0.039，0.053，0.078；对照组为0； 提取时间为60min时，测得吸光度为：0.093，0.084，0.097；对照组为0；
22、提取时间为75min时，测得吸光度为：0.188，0.057，0.054；对照组为0； 提取时间为90min时，测得吸光度为：0.089，0.082，0.097；对照组为0；2.2.4 提取温度对提取效果的影响：在料液比为1：25，乙醇浓度为70%，提取时间为50min时，考察提取温度对提取效果的影响。实验数据：提取温度为50时，测得吸光度为：0.116，0.084，0.083；对照组为0； 提取温度为60时，测得吸光度为：0.119，0.121，0.108；对照组为0； 提取温度为70时，测得吸光度为：0.151，0.139，0.146；对照组为0； 提取温度为80时，测得吸光度为：0.09
23、3，0.083，0.064；对照组为0； 提取温度为90时，测得吸光度为：0.216，0.217，0.177；对照组为0；2.3 结果与讨论：根据以上数据结果，经过计算可得到以下结论：当料液比为1：25，乙醇浓度为70%，提取时间在1h,提取温度在80时，提取率最高。31 乙醇提取工艺的研究311正交试验方案(三水平四因素)设计以乙醇浓度、料液比、提取时间、提取温度作因素，分别考察三个梯度水平。通过正交试验设计，以总黄酮提取量作为评价指标，权重指标分别取02、08，进行综合评价。总评价值=02总黄酮+木犀草素08，优选提取工艺。实验因素与水平见表1。 表1 试验因素与水平表 因素水平乙醇浓度（
24、%）提取时间（min）提取温度（）料液比16045601：2027060701：2538075801：30312 正交试验结果分析 正交试验结果分析见表2。由表2可知，四种因素最佳组合为A1B3C3D3，即用70%乙醇、料液比为1：25、提取温度80条件下提取1h。 表2 正交试验设计及结果表 因素试验号ABCD提取量（mg/g）11(60)1(45)1(60)1(1:20)3.007821(60)2(60)2(70)2(1:25)3.456031(60)3(75)3(80)3(1:30)3.696342(70)1(45)2(70)3(1:30)3.233052(70)2(60)3(80)1(
25、1:20)3.091462(70)3(75)1(60)2(1:25)3.358473(80)1(45)3(80)2(1:25)3.071683(80)2(60)1(60)3(1:30)3.151093(80)3(75)2(70)1(1:20)2.9198K19.68289.31249.51729.0190K210.16019.97459.608810.0803K39.14249.69849.85939.886032 总黄酮含量测定方法学验证321标准曲线精密吸取芦丁对照品溶液lmL、2mL、3mL、4mL、5mL，分别置于10mL容量瓶中，依次补加75乙醇4、3、2、1、0mL，再加5亚硝酸钠
26、溶液03mL，摇匀，放置6min后分别加10硝酸铝溶液03mL，摇匀，放置6min，再分别加4氢氧化钠试液4mL，再加水至刻度，摇匀，放置10min，按照分光光度法在510nm波长处测定吸收度值。以吸收度值为纵坐标，浓度为横坐标，得回归方程：A=12682C一00329，r=-09996。结果表明，芦丁在1050lxgmL的浓度范围内与吸收度显良好线性关系。4 结语提取花生壳有效成分的方法有溶剂法、超声法、微波法及超临界CO 法等，其中溶剂提取法报道较多，多以甲醇、丙酮和乙酸乙酯为提取溶剂。本文通过上述溶剂预试与乙醇对比，结果在总黄酮提取率上无显著性差异，因此，本文在综合工业生产设备、成本及安
27、全性等因素下，选择乙醇作提取溶剂。在正交试验设计评价值中因总黄酮含量是木犀草素的45倍，故采用权重指标02和08进行平衡。结论与展望黄酮类化合物因其独特的保健功能而越来越得到人们的重视. 目前花生黄酮的提取主要有溶剂萃取法和微波提取法。溶剂萃取法中以乙醇提取法效率最高，但产品成分复杂，耗时，安全性也较低；微波法快速节能，但是提取率低，泄露的微波更可能造成环境污染。本研究表明，花生黄酮类化合物的提取率与乙醇浓度、固液比和提取时间有关.通过正交实验确定了乙醇提取黄酮的最佳提取工艺条件；并对比了超声波法和微波提取法，结果表明乙醇法具有快速，节能，提取率高等明显的优越性。本实验结果为花生黄酮类化合物的
28、产业化开发提供了理论依据和工艺参数.黄酮含量的比色法测定简便可靠，但易受脂类物质的干扰.而花生壳含脂量很少，这使其对分析结果影响较小，这也可从回收率试验结果上看出.可见，比色测定法适于测定花生黄酮含量，且具有良好的重现性和稳定性.我国花生品种资源丰富，品种间黄酮含量及其抗氧化性又存在明显差异，说明通过适当的育种改良途径和方法，可以筛选到高黄酮高抗氧化性花生品种。同时，结合优质栽培，也可以提高其黄酮含量.鉴于花生本身是一种高产稳产、廉价、易种易繁的低投人传统作物，值得大力开发.致 谢本实验是在王娣老师的悉心指导下完成的。在此论文完成之际，首先致以最诚挚的谢意！在毕业论文过程中,王娣老师对我悉心指
29、导,帮助我解决实验过程中所碰到的各种困难。在论文的选题、试验方案的设计、试验结果的分析讨论、论文的数据分析、撰写、审阅和定稿都倾注了王老师大量心血和时间，并指出很多错误之处，提出了具体的改进意见。在此我对王娣老师再次表示衷心的感谢! 作者：李创 2008年06月08日参考文献1 1云南省卫生厅云南省药品标准花生壳滇QWS796，19852广东从化温泉干部疗养院花生壳制剂降胆固醇35例的疗效分析J新医学，1974(9)3崔广陶花生壳治疗高血压病4o例J新医学，1976，7(8)：4044詹沛鑫，李庆生花生壳提取物的抗氧化活性研究J四川轻化工学院学报，2000，13(2)：37395陈春涛，马庆一
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