花生壳黄酮超声波辅助提取工艺优化研究

摘 要：以花生壳为原料，采用超声波辅助提取花生壳中的黄酮成分，并基于芦丁标准曲线对黄酮得率进行测定，通过单因素和正交试验得出花生壳黄酮最优提取工艺。结果表明，花生壳黄酮超声波辅助提取的最佳工艺条件为料液比1∶30（g∶mL），超声波功率100 W，提取温度50 ℃，提取时间40 min，在此条件下，花生壳黄酮得率为3.75%。

关键词：花生壳；黄酮；超声波辅助；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

花生作为全球五大主要油料作物之一，是我国油脂和蛋白质供应的关键来源。我国在花生种植和生产方面位居世界首位，根据统计数据，2023年我国花生产量约为1 923.07万t，占全球花生总产量的37%。花生壳作为花生加工的主要副产物，仅2023年就产生了约800万t。农林加工副产物的开发利用是我国科技发展规划中优先鼓励发展的重点领域，也是当前研究的前沿热点。近年来，利用农林加工副产物开发新型生物材料或提取生物活性成分的研究日益受到重视[1]。研究表明，花生壳中含有丰富的生物活性成分，包括黄酮类化合物、粗纤维、可溶性碳水化合物、矿物质及部分氨基酸等[2-4]，这些生物活性成分均具有多种生理功能。鉴于当前花生壳整体开发利用不足，导致其附加值较低，探索并优化花生壳黄酮提取工艺对提高副产物的有效利用率和实现资源再利用具有重要的现实意义。

根据已有研究成果，目前植物黄酮常用的提取方法有碱液提取法、有机试剂提取法、超声波辅助提取法、超临界流体萃取法、微波辅助提取法、球磨法及协同提取法等[5-9]。其中，超声波辅助提取法通过利用超声波的空化作用，在一定程度上可以破坏植物细胞的细胞膜，释放内部的有效成分[10]，具有原料利用率高、提取效率高且操作简单的特点。陈文娟等[11]研究发现，采用超声波辅助提取美人蕉叶总黄酮，获得最优提取工艺为超声时间48 min、超声温度66 ℃、液料比61（mL∶g）和乙醇体积分数75%，在此条件下提取的美人蕉叶总黄酮对O2-、OH、DPPH自由基均表现出较强的清除能力。罗慧馨等[12]通过Box-Behnken设计-响应面法确定了超声波辅助提取我国沙棘叶总黄酮的最优工艺参数，即料液比1∶14（g∶mL）、乙醇浓度69%、超声时间19 min。在此条件下黄酮提取量最高，为

3.876 mg RE/g。徐丹鸿等[13]采用超声波辅助乙醇溶剂法提取锦灯笼宿萼总黄酮，得到最优提取工艺为超声波功率180 W、提取温度60 ℃，用60%乙醇溶液按料液比1∶20（g∶mL）浸泡锦灯笼宿萼粉末24 h后，超声提取50 min。在此条件下锦灯笼宿萼总黄酮得率为2.982%。

基于上述研究背景，本试验以花生壳为原料，采用超声波辅助提取花生壳黄酮，旨在优化提取工艺，确定最佳提取条件，为花生壳的多元化利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

花生壳（手工剥壳，本地市售）；芦丁标准品（纯度≥98%，Sigma-Aldrich公司）；无水乙醇、硝酸铝[Al（NO3）3]、氢氧化钠（NaOH）和亚硝酸钠（NaNO2），均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

752-PC紫外-可见分光光度计（上海德泉兴业仪器厂）；SK-827HP超声波清洗器（昆山市国华仪器有限公司）；RHP-400A高速万能粉碎机（广州旭日机械设备有限公司）；TCL-16高速离心机（上海远大科技有限公司）；JJ200电子天平（瑞士梅特勒仪器有限公司）；DP-9140A电热鼓风干燥箱（上海精宏实验设备有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 芦丁标准曲线的绘制

准确称取20 mg芦丁标准品，溶于70%乙醇溶剂中，在容量瓶中定容至200 mL，即配制成浓度为100 μg·mL-1的芦丁标准液。用移液管分别吸取0、1.0、2.0、3.0、4.0 mL和5.0 mL芦丁标准液于10 mL的加塞试管中，编号1～6号。加入0.5 mL NaNO2水溶液（质量分数为5%），摇匀，静置5 min；然后再加入0.5 mL Al（NO3）3水溶液（质量分数为10%），摇匀，静置5 min；最后再加入NaOH溶液4 mL（质量分数为4%），摇匀，再用70%乙醇溶液定容至10 mL，摇匀，静置15 min后，设定紫外分光光度计的波长为510 nm，吸取1号试管中的溶液做空白调零，然后依次吸取2～6号试管中的溶液，测定其吸光度。以溶液的吸光值为纵坐标（y），芦丁质量浓度为横坐标（x）绘制芦丁标准曲线[14-15]，得到的回归方程为y=0.012x-0.007 6，R2=0.997 5。标准曲线见图1。

1.3.2 花生壳黄酮提取工艺流程

将花生壳除杂并清洗干净，置于电热鼓风干燥箱内，于60 ℃恒温干燥至恒重。用高速粉碎机粉碎后过80目筛，密封后冷藏保存备用。准确称取一定量的花生壳粉，加入乙醇作为提取溶剂，控制合适料液比，设定超声波功率、温度、时间等条件，进行超声波辅助提取。冷却后，离心得上清液，即为花生壳黄酮提取液。

1.3.3 花生壳黄酮得率计算

待得到花生壳黄酮提取液后，用移液管准确吸取1.0 mL花生壳黄酮提取液于试管中，然后按照1.3.1芦丁标准液测定步骤测定其吸光度，并据此计算样液浓度，计算公式为

式中：c表示样液中黄酮的浓度，μg·mL-1；V表示提取液体积，mL；n表示稀释倍数；m表示花生壳质量，g。

1.3.4 单因素试验设计

（1）不同乙醇体积分数对花生壳黄酮得率的影响。准确称取1.0 g花生壳粉末于5个锥形瓶中，分别加入不同体积分数（50%、60%、70%、80%和90%）的乙醇溶液30 mL，设定超声提取功率为90 W，在50 ℃下提取40 min，测定提取液吸光度。考察不同乙醇体积分数对花生壳黄酮得率的影响。

（2）不同料液比对花生壳黄酮得率的影响。准确称取1.0 g花生壳粉末于5个锥形瓶中，分别加入10、20、30、40 mL和50 mL 70%（体积分数，下同）的乙醇，设定料液比分别为1∶10、1∶20、1∶30、1∶40和1∶50（g∶mL），在超声提取功率为90 W，提取温度为50 ℃条件下提取40 min，测定提取液吸光度。考察不同料液比对花生壳黄酮得率的影响。

（3）不同超声波功率对花生壳黄酮得率的影响。准确称取1.0 g花生壳粉末于5个锥形瓶中，分别加入70%的乙醇30 mL，设定提取温度为50 ℃，提取时间为40 min，分别设定超声波功率为60、70、80、90 W和100 W进行提取，测定提取液吸光度。考察不同超声波功率对花生壳黄酮得率的影响。

（4）不同提取温度对花生壳黄酮得率的影响。准确称取1.0 g花生壳粉末于5个锥形瓶中，设定提取温度分别为20、30、40、50 ℃和60 ℃，向其中加入30 mL70%的乙醇，在超声波功率90 W下提取40 min，测定提取液吸光度。考察不同提取温度对花生壳黄酮得率的影响。

（5）不同提取时间对花生壳黄酮得率的影响。准确称取1.0 g花生壳粉末于5个锥形瓶中，向其中加入30 mL70%的乙醇，设定超声波功率90 W和提取温度50 ℃，分别设定提取时间为20、30、40、50 min和60 min，测定提取液吸光度。考察不同提取时间对花生壳黄酮得率的影响。

1.3.5 正交试验设计

基于单因素试验结果，选择对花生壳黄酮得率影响较大的4个因素，以花生壳黄酮得率为响应值，设计L9（34）正交试验，因素与水平见表1。

1.4 数据处理

所有试验平行测定3次，采用Excel 2024进行试验数据处理。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 不同乙醇体积分数对花生壳黄酮得率的影响

由图2可知，当乙醇体积分数在50%～70%时，花生壳黄酮得率缓慢增长，原因在于随着乙醇体积分数的增加，提取溶剂极性发生改变，更有利于黄酮的溶出。当乙醇体积分数为70%时，花生壳黄酮提取率最高，这可能与此浓度下的乙醇极性与黄酮极性最为相似有关。然而，随着乙醇体积分数继续增大，花生壳黄酮得率呈下降趋势，过高的乙醇体积分数反而抑制了黄酮的溶出，导致黄酮得率有所降低。因此，确定最优乙醇体积分数为70%。

2.1.2 不同料液比对花生壳黄酮得率的影响

由图3可知，当料液比（g∶mL）在（1∶10）～（1∶30）时，花生壳黄酮得率呈上升趋势。这是因为随着料液比减小，分子在溶液中的扩散速度增加，使得黄酮更容易被浸提出来，因此黄酮的得率相对增加。但在料液比低于1∶30（g∶mL）时，过量的乙醇可能对黄酮类化合物的结构产生破坏作用，导致黄酮得率明显下降。因此，确定最优料液比为1∶30（g∶mL）。

2.1.3 不同超声波功率对花生壳黄酮得率的影响

由图4可知，随着超声波功率的增加，花生壳黄酮得率逐渐增大。这是因为超声波引起的机械振动可以使溶剂受热均匀，有助于溶质的分解。然而，当超声波功率增加到90 W和100 W时，黄酮得率趋于平缓。因此，综合考虑黄酮得率和节能减耗，确定最优超声波功率为90 W。

2.1.4 不同提取温度对花生壳黄酮得率的影响

由图5可知，花生壳黄酮得率随提取温度的升高呈先上升后下降趋势。在50 ℃时，黄酮得率最大。这是由于温度升高会加速分子运动，促进黄酮浸出。但过高的温度可能会使黄酮受热分解，降低得率。因此，确定最优提取温度为50 ℃。