超声波提取香蕉皮中单宁工艺研究.docx

超声波提取香蕉皮中单宁工艺研究刘细祥，张婷婷，兰翠玲，蒙春淼，仇世杰百色学院化学与生命科学系（百色 533000）摘 要 用超声波法提取了香蕉皮中的单宁。通过单因素试验法考察了丙酮体积分数、料液比、超声功率、提取温度及提取时间5个因素对单宁提取效果的影响。在单因素试验的基础上, 通过正交试验, 确定最佳工艺条件为: 料 液比为125(g/ml)、超声功率为100 w, 提取温度为55 , 提取时间为30 min, 在该工艺条件下, 单宁的平均提取率 为79.45%, 相对标准偏差为1.7%。关键词 超声波; 香蕉皮; 单宁; 提取; 提取率study on extraction technology of tannin from banana peel by ultrasonic waveliu xi-xiang, zhang ting-ting, lan cui-ling, meng chun-miao, qiu shi-jiedepartment of chemistry and life science, baise college (baise 533000)abstract using ultrasonic wave to extract tannin from banana peel has performed. effects of extraction conditions such as volume fraction of acetone, ratio of solid to solvent, ultrasonic power, extraction temperature, and extraction time on the extraction effects were studied by single factor analysis method. the orthogonal experiment design was used to optimize the extraction condition. the optimal extraction condition was as follows: ratio of solid to solvent 125 (g/ml), ultrasonic power 100 w, extraction temperature 55 , and extraction time 30 min. under this condition, the average extraction yield was 79.45%, and its relative standard deviation was 1.7%.keywords ultrasonic wave; banana peel; tannin; extraction; extraction yield香蕉是中国华南地区的重要热带水果之一，不仅 具有丰富的营养价值，而且产量大。2010年中国香蕉 总产量为948.8万 t，居世界第3位1。但香蕉是呼吸活 跃型水果，容易变质，贮运保鲜难。近年来，随着香 蕉产量的迅速增加，即产即销难度加大，香蕉采后损 失特别大，严重影响了香蕉种植的经济效益。因此迫 切需要在产地对香蕉进行深加工生产易于贮存的香蕉 食品。但是对香蕉进行深加工的同时，会产生大量的 香蕉皮（占果实重量的30%左右），研究2表明香蕉 皮中含有大量的果胶、膳食纤维、有机酸、蛋白质和 脂肪，ca、mg、fe、zn含量也十分丰富，极其具有 开发价值。因此对香蕉皮的综合利用开发，不仅可以 保护环境而且还可以创造额外的经济价值。目前已有 利用香蕉皮提取果胶3-6、膳食纤维7-9及多糖10-12等营 养物质的研究报道，但是对于香蕉皮中单宁提取的研 究报道较少13。单宁又称单宁酸，是一种广泛存在于植物中的水 溶性多酚类物质，由于其多羟基结构，具有较为活泼 的化学性质，广泛应用于医药、食品、制革及印染工 业14，工业应用前景广泛。以广西百色市生产的香蕉为研究对象，通过正交 试验优化香蕉皮中单宁的超声波提取工艺，为香蕉皮 中单宁提取的产业化提供基础数据，以寻求一条综合 利用香蕉皮的新途径。1材料与方法1.1 仪器与设备kq-200kdb 型高功率数控超声波清洗器：昆山 市超声仪器有限公司；多功能高细度粉碎机：郑州 鑫源机械设备有限公司；al204 电子分析天平：梅特 勒-托利多仪器上海有限公司；50 ml酸式滴定管。 1.2 试剂与原料丙酮、乙醇、醋酸锌、edta、氨水、氯化铵、 铬黑t等，均采用国产分析纯。香蕉，市售。1.3 试验方法1.3.1样品预处理将香蕉皮放入鼓风干燥箱中在105 杀青处理15 min后，然后在65 条件下恒温烘干至恒重，然后把 干燥的香蕉皮放入粉碎机中粉碎，过60目筛，收集粉 末密封备用。1.3.2单宁提取方法称取1.0 g处理好的香蕉皮粉末置于锥形瓶中，加 入提取溶剂，在一定温度和一定超声波功率条件下， 于超声波清洗器中提取一定时间后，收集提取液进行 单宁含量测定。1.3.3单宁含量测定采用乙酸锌络合滴定法15测定单宁含量。1.3.4单宁总含量的测定及提取率的计算食品工业2014 年第35卷第 2 期基金项目：广西高等学校一投资助科研项目（201203yb170）称取香蕉皮粉末1.0 g，料液比为125（g/ ml），超声波功率100 w，提取时间30 min，提取温 度60 ，反复多次提取，直到滤渣加1% fecl3不显绿 色为止，依次累加每次提取的单宁量计算出单宁总含 量。经测定香蕉皮中单宁总含量为425.3 mg/g。提取率按式（1）计算。 提取率=提取量/单宁含量100%（1）1.3.5单因素试验以丙酮为提取溶液，依次考察丙酮体积分数、料 液比、超声功率、提取温度、提取时间5个因素对香 蕉皮中单宁提取率的影响。1.3.6正交试验9根据单因素试验结果，采用体积分数为100%的 丙酮为提取剂，确定料液比、超声功率、提取温度、 提取时间作为考察因素，采用l (34)正交试验考察4个 因素对单宁提取率的影响，对香蕉皮中单宁提取工艺 进行优化。正交试验因素水平设计见表1。表1正交试验因素水平表因素图1丙酮体积分数对单宁提取率的影响2.2.2 料液比对提取效果的影响称取1.0 g香蕉皮粉末，设定提取时间40 min，超声 波功率100 w，提取温度40 ，改变料液比分别为： 115，120，125，135，140 （g/ml），用100%丙酮进行提取试验。试验结果如图2所示，由图2 可以看出，当料液比在125（g/ml）以下时，单宁提 取率随着丙酮用量的增大而增大，料液比为125（g/ ml）时，单宁提取率最大；当料液比为125（g/ml） 时，单宁提取率随着丙酮用量的增大而减小，这是由 于随着丙酮用量的增大，丙酮挥发速度加快，单宁会随 着丙酮挥发而损失，导致单宁的提取率下降。综合考水平a 料液比/(gml-1)b 超声功率 / wc 提取温度 /d 提取时间 / min虑，选择的最佳料液比为125（g/ml）。112080452021251005030 3 130 120 55 40 2 结果与分析2.1 提取剂的选择为了选择合适的提取剂，在相同提取条件下比较 了水、乙醇、丙酮对单宁的提取效果，试验结果如表 2所示，从表2可以看出，在相同提取条件下，丙酮提 取单宁的效果最好，乙醇其次，水提取效果最差。可 能是由于在水溶液中，单宁容易水解；在乙醇溶液 中，单宁发生醇解反应，导致提取液中单宁含量下 降，所以用水和乙醇提取单宁的提取率偏低。丙酮对 单宁有很好的溶解性能，且提取液不易变质，因此选 择丙酮为提取剂。表2不同提取剂提取单宁的效果比较提取剂水乙醇 ( 99.7%)丙酮 ( 99.7%) 提取率 /%40.164.3 72.32.2 单因素试验2.2.1 丙酮体积分数对提取效果的影响称取1.0 g香蕉皮粉末，料液比125（g/ml）， 设定提取时间40 min，超声波功率100 w，提取温度40，改变丙酮体积分数分别为：50%，60%，70%， 80%，90%，100%，进行提取试验。试验结果如图1 所示，由图1可以看出，随着丙酮体积分数的增加， 单宁的提取率也逐渐增加，试验结果与文献报道16 结果一致，因此选择丙酮的体积分数为100%。图2料液比对单宁提取率的影响2.2.3 超声功率对提取效果的影响称取1.0 g香蕉皮粉末，设定提取时间40 min，提 取温度40 ，料液比125（g/ml），在超声功率分 别为80 w，100 w，120 w，140 w，160 w，180 w的条件下，用100%丙酮进行提取试验。试验结果如图 3所示，由图3可以看出，超声波功率小于100 w时， 单宁的提取率随着超声波功率的增加而增加，这是因 为超声波功率增大，超声波的空化作用增强，单宁的 溶出量增加，超声波功率为100 w时，单宁提取率最 大；当超声波功率大于100 w时，单宁的提取率随着 超声波功率增大而减小，这可能是由于随着超声波功率 的增加，单宁的分解作用加剧，导致丙酮中单宁的溶解 量下降，因此，本研究选择最佳超声功率为100 w。图3超声功率对单宁提取率的影响2.2.4提取温度对提取效果的影响称取1.0 g香蕉皮粉末，设定提取时间40 min，料液比125（g/ml），超声波功率为100 w，改变提试验号abc单宁提取率 /%d重复 重复 重复取温度分别为35 ，40 ，45 ，50 ，55 ，60 ，用100%丙酮进行提取试验。试验结果如图4所 示，从图4可以看出，温度在35 50 范围内，单 宁提取率随着提取温度升高而增大，温度超过50 时 单宁提取率呈下降趋势。这是由于温度的升高有助于 单宁的溶出，但是单宁是一种热稳定性差的多酚羟基 化合物，温度的过高会致使单宁迅速分解，从而导致 单宁的提取率下降。综合考虑，选择的最佳提取温度 为50 。1111143.0244.7043.862122247.5050.3148.913133339.0940.7739.934212348.6351.7151.175223172.7475.5573.146231255.9257.3256.627313246.1048.9147.508321336.8539.0937.979332127.8729.2828.58k1132.70141.87138.45146.25k2180.93160.69127.98153.03k3114.05125.13161.25128.40k144.2347.2946.1548.75k260.3153.5642.6651.01k338.0241.7153.7542.80表3正交试验结果直观分析工艺技术 r 22.29 11.85 11.09 8.21 图4提取温度对单宁提取率的影响2.2.5提取时间对提取效果的影响称取1.0 g香蕉皮粉末，设定料液比125（g/ ml），超声波功率为100 w，提取温度为50 ，改变 提取时间分别为20 min，25 min，30 min，40 min，50 min，60 min，用100%丙酮进行提取试验。试验结果 如图5所示，从图5可以看出，提取时间在20 min30 min范围内，单宁提取率随着提取时间增长而增大， 提取时间在30 min40 min时，单宁提取趋于稳定，提 取时间超过40 min时单宁提取率反而下降。这是因为 单宁一种不稳定的物质，随着超声提取时间加长，单 宁的分解程度加重，导致单宁提取率下降。综合考 虑，选择的最佳提取时间为30 min。图5提取时间对单宁提取率的影响2.2.6正交试验结果分析按照1.3.6正交试验方案进行试验，试验结果直观 分析见表3，从表3可以看出各因素对香蕉皮中单宁 提取率影响大小依次是abcd；即料液比影响 最大、其次是提取温度、超声功率，而提取时间影 响最小。根据极差分析，可以看出最优工艺组合为 a2b2c3d2，即料液比为125（g/ml），超声功率为 100 w，提取温度为55 ，提取时间为30 min。2.2.7验证试验在正交试验优化条件下，进行5次验证试验，测 定单宁的平均提取率为79.45%，优于正交试验的任何 一组，相对标准偏差为1.7%，说明该提取工艺可行。3结论利用超声波辅助丙酮提取香蕉皮中的单宁。通过 单因素试验考察各因素对单宁提取率的影响，采用正 交试验优化香蕉皮中单宁的提取工艺为：料液比为 125（g/ml）、超声功率为100 w，提取温度为55，提取时间为30 min，在本工艺条件下，重复验证 试验5次，单宁的平均提取率为79.45%，相对标准偏 差为1.7%。本工艺具有操作简便、省时节能、提取率 高等优点。本工艺的建立为广西百色地区的香蕉综合 开发利用提供了一定的借鉴和帮助。参考文献:1 袁德保, 李芬芳, 郑晓燕, 等. 香蕉深加工在香蕉产业中 的作用、发展现状与趋势及存在问题j. 热带农业科学, 2012, 32(8): 54-57.2 zhang p y, zhang q, whistler r l. l-arabinoserelease from arabinoxylan and arabinogalactan under protential gastric aciditiesj. cereal chemistry, 2003, 80(3): 252-254.3 邓红梅, 马超, 王春, 等. 香蕉皮果胶提取条件的优化j. 湖北农业科学, 2013, 52(2): 415-417.4 于海莲, 胡震. 超声波提取香蕉皮中果胶的工艺研究j. 食品工业科技, 2009, 30(7): 218-219.5 郭丽萍, 朱英莲. 香蕉皮中果胶提取工艺的研究j. 粮油 食品科技, 2012, 20(3): 39-41.6 鲍金勇. 香蕉皮中果胶提取工艺的研究j. 食品与机械, 2006, 22(1): 39-44.7 刘林林, 吴茂玉, 葛邦国, 等. 采用响应面法对酶法提取食品工业2014 年第35卷第 2 期单宁酶固定化技术的研究曹建兰1,3，吴鑫颖1,2，王晓丹1,2，周鸿翔1,2，邱树毅1,2，王广莉1,2*1. 贵州大学化学与化工学院（贵阳 550025）；2. 贵州省发酵工程与生物制药重点试验室（贵阳 550025）；3. 贵州遵义高等医科专业学校（遵义 563000）摘 要 采用交联+包埋+交联法对单宁酶进行固定化, 在单因素的基础进行了正交优化研究, 并对固定化单宁酶的最适作用温度、最适作用ph等酶学性质进行了初步研究。前交联戊二醛体积分数为0.3%, 后交联戊二醛体积分 数为0.4%, 前交联温度为30 , 后交联时间1.0 h为最优条件。单宁酶经固定化后, 温度和ph稳定性显著提高, 固定 化酶的最适作用温度为50 , 最适作用ph 5.0。关键词 单宁酶; 固定化; 戊二醛; 交联study on tannase immobilization technologycao jian-lan1,3, wu xin-ying1,2, wang xiao-dan1,2, zhou hong-xiang1,2, qiu shu-yi1,2, wang guang-li1,2*1. school of chemistry and chemical engineering (guiyang 550025);2. guizhou province key laboratory of fermentation and biopharmacy (guiyang 550025);3. zunyi medical and pharmaceutical college establishment (zunyi 563000)abstract tannase was immobilized by the method of the pre cross-linking, embedding and re cross-linking. the orthogonal design is carried out on the basis of single factor, by which the optimum conditions of the immobilized tannase was selected out, the optimum pre cross-linking and re cross-linking volume fraction of glutaraldehyde is 0.3% and 0.4%, respectively. the pre cross-linking temperature is 30 and the re cross-linking time is 1.0 h. in addition, the optimum catalytic temperature is 50 and the optimum catalytic ph is 5.0, and compered with the free tannase, the temperature and the ph stability of immobilized tannase improved markedly.keywords tannase; fossilization; glutaraldehyde; cross-linking单宁酶（tannase，ec3.1.1.20），能水解没食子 酸单宁中的酯醚键和缩酚羧键生成没食子酸和其它化 合物1。单宁酶广泛应用于食品加工、皮革制造、精 细化工等行业，但由于单宁酶的大量生产困难、使用 效率低等原