侯勇
（中山职业技术学院，广东 中山，528404）
摘要：采用超声-微波协同提取技术从核桃壳中提取棕色素，通过单因素试验和正交试验研究了提取时间、料液比、乙醇体积分数及微波功率条件对核桃壳提取的影响。正交试验结果表明：核桃壳最佳提取条件为提取时间8min，料液比1:5，乙醇体积分数50%，功率400W。
关键词：超声-微波；棕色素；单因素
Optimization of Brown pigment Extraction from walnut shell by Ultrasonic-Microwave Technique
Hou Yong
(Zhongshan PolyTechnic, Zhongshan Guangdong, 528404)
Abstract: Brown pigment was extracted from walnut shell by means of ultrasonic-microwave technique. And the influences of extraction time, solid-liquid ratio, alcohol concentration and microwave power was determined according to single factor and orthogonal test. Experiment results showed optimum extraction conditions were extraction time 8min, solid-liquid ratio 1:5, alcohol concentration 50%, microwave power 400W.
Key words: ultrasonic-microwave; Brown pigment; single factor
超声和微波等新型萃取技术近年来广泛用于生物、医药和食品等领域[1]。微波是一种电磁能，具有提取率高、提取时间短等优点[2]。超声波是一种机械波，具有能耗低、不破坏有效成分、提取率高的特点[3]。目前核桃壳棕色素提取多采用微波或超声波单一辅助技术进行提取，超声-微波协同萃取核桃壳棕色素尚未见报道，为此，本文探讨超声-微波协同萃取核桃壳棕色素工艺，旨在为核桃壳棕色素的工业化应用奠定基础。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
核桃壳：自然风干后粉碎；95%乙醇，AR，广州化学试剂厂；1800PC紫外-可见分光光度计，上海美普达仪器有限公司；CW-2000超声-微波协同萃取仪，上海新拓分析仪器科技有限公司；
1.2 棕色素提取
取一定量干燥的核桃壳粉末，置于萃取仪专用锥形瓶中，按一定比例加入浸提液，按照仪器规程萃取，结束后过滤，将滤液移入250mL容量瓶中，定容，摇匀，在波长278nm处测其吸光度。
1.3 最大吸收波长的确定
取少量核桃壳棕色素，用40%乙醇溶液，配制成溶液质量浓度50µg/mL，用1801紫外-可见分光光度计在波长250-400nm范围内扫描，得到核桃壳棕色素的吸收光谱。
1.4 单因素试验
1.4.1料液比对棕色素提取的影响
取40%乙醇溶液60mL，按照料液比1:5；1:10；1:15；1:20；1:30；1:40；1:50；1:60 (g/mL)的比例，分别称取12g；6g；4.0g；3.0g；2.0g；1.5g；1.2g；1.0g核桃壳粉末，在仪器超声开，微波功率400W，提取1min下萃取。结束后自然冷却至室温过滤，弃去残渣。将滤液移入250mL容量瓶中，定容，摇匀，在波长278nm处测其吸光度，并记录数据。
1.4.2提取时间对棕色素提取的影响
称取6.0g干燥的核桃壳粗粉5份，加入40%乙醇60mL，在仪器超声开，微波功率400W，提取时间分别为30s、1min、2min、5min、10min下萃取。结束后自然冷却至室温，过滤，弃去残渣。将滤液移入250mL容量瓶中，定容，摇匀。在波长278nm处测其吸光度，并记录数据。
1.4.3微波功率对棕色素提取的影响
称取6.0g干燥的核桃壳粗粉5份，加入40%乙醇60mL，在仪器开超声，提取时间5min，控制微波功率分别为50、100、200、400、600W下萃取。结束后自然冷却至室温，过滤，弃去残渣。将滤液移入250mL容量瓶中，定容，摇匀，在波长278nm处测其吸光度，并记录数据。
1.4.4乙醇体积分数对棕色素提取的影响
称取6.0g干燥的核桃壳粗粉6份，在仪器超声开，控制温度400W，提取时间5min下，分别加入30%、40%、50%、60%、70%，80%乙醇溶液60mL进行萃取。结束后自然冷却至室温，过滤，弃去残渣。将滤液移入250mL容量瓶中，定容，摇匀，在波长278nm处测其吸光度，并记录数据。
1.5 正交试验
在单因素试验结果基础上进行正交试验，考察液料比、提取时间、微波功率、乙醇体积分数4因素对棕色素提取的影响，确定核桃壳棕色素的最佳提取工艺。
2 结果与分析
2.1 核桃壳棕色素吸收光谱特征
图1 核桃壳棕色素吸收光谱特征
从图1可以看出，核桃壳棕色素在278nm波长处有最大吸收。
2.2 料液比对棕色素提取的影响
图2 料液比对棕色素提取的影响
从图2可知，随料液比的增大吸光值增加，但当增大到一定比例，吸光值增加不明显，因此，料液比选用1:10较好。
2.3 提取时间对棕色素提取的影响
图3 提取时间对棕色素提取的影响
从图3可知，随着提取时间的增加吸光值增大，但当增大到一定值后，吸光值增加不明显，因此，提取时间选5min为宜。
2.4 微波功率对棕色素提取的影响
图4 微波功率对棕色素提取的影响
从图4可知，随着微波功率的增加吸光值增大，但当增大到一定值后，吸光值增加不明显，因此，微波功率选400W为宜。
2.5 乙醇体积分数对棕色素提取的影响
图5 乙醇体积分数对棕色素提取的影响
从图5可知，随着微波功率的增加吸光值增大，当乙醇浓度为50%时，棕色素吸光值达到最大值；当乙醇浓度继续增大，棕色素吸光值则逐渐减小。因此，乙醇体积分数选50%较好。
2.6 正交试验
由单因素分析得出了较好的试验范围，为了探索最佳工艺条件，作正交试验。将各因素和水平按正交表L9（34）排出试验结果及分析见表1-2。
表1 正交试验因素水平
|
水平 |
因素 |
|
A:料液比（g:mL） |
B:时间（min） |
C:功率（W） |
D:体积分数 |
|
1 |
1:5 |
3 |
100 |
40% |
|
2 |
1:10 |
5 |
200 |
50% |
|
3 |
1:15 |
8 |
400 |
60% |
表2 正交试验结果
|
序号 |
因素 |
吸光值A |
|
料液比A |
时间B |
功率C |
体积分数D |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0.314 |
|
2 |
1 |
2 |
2 |
2 |
0.504 |
|
3 |
1 |
3 |
3 |
3 |
0.530 |
|
4 |
2 |
3 |
2 |
1 |
0.489 |
|
5 |
2 |
1 |
3 |
2 |
0.442 |
|
6 |
2 |
2 |
1 |
3 |
0.334 |
|
7 |
3 |
2 |
3 |
1 |
0.516 |
|
8 |
3 |
3 |
1 |
2 |
0.398 |
|
9 |
3 |
1 |
2 |
3 |
0.357 |
|
k1 |
0.449 |
0.371 |
0.349 |
0.440 |
|
|
k2 |
0.422 |
0.451 |
0.450 |
0.448 |
|
|
k3 |
0.424 |
0.472 |
0.496 |
0.407 |
|
|
R |
0.013 |
0.059 |
0.138 |
0.013 |
|
根据正交试验分析，较优先的水平组合是C3B3A1D2，即微波功率为400W，提取时间8min，料液比1:5，乙醇浓度50%，棕色素提取吸光值较高。最优组合的验证试验表明，棕色素吸光值为0.542。从极差可以看出，对吸光值影响最大的是微波功率，其次是提取时间、料液比及乙醇浓度。
3 结论
以核桃壳为原料提取食用棕色素，不仅原料来源广泛，而且提取后的残渣任可用于活性炭的生产，提高了核桃壳的利用价值。正交试验最佳提取条件是：料液比1:5，提取时间8min，波功率为400W，乙醇浓度50%。
参考文献
[1] Vinatoru M. An overview of the ultrasonically assisted extraction of bioactive principles from herbs[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2001, 3(8):303-313.
[2] 张自萍. 微波辅助提取技术在多糖研究中的应用[J]. 中草药, 2006, 37(4):630-632.
[3] 赵兵, 王玉春, 欧阳潘, 等. 超声波在植物提取中的应用[J]. 中草药，1999, 30(9):1-3.
