超声辅助法提取五倍子中单宁酸的工艺研究

第 45卷（总第 149期） 前 言 单宁酸， 又名鞣酸， 是多酚中高度聚合的化合 物， 它们能与蛋白质和消化酶形成难溶于水的复合 物，影响食物的吸收消化[1]。 可分为水解单宁和缩和 单宁，两者常共存。目前国内外主要从含有单宁酸的 天然植物及植物虫瘿五倍子中采用水或其它溶剂提 取。五倍子是一种林副产品，是倍蚜虫寄生在漆树科 盐肤木、青麸杨、红麸杨等植物复叶主轴、叶翅和小 叶上形成虫瘤的总称， 是我国重要的资源昆虫产物 之一。 随着社会经济的发展和科技应用领域的不断 拓宽，五倍子已成为工业加工领域的重要原材料，是 加工单宁酸及其深加工产品不可替代的天然原料。 以五倍子为原料生产的单宁酸及其系列产品被广泛 应用于医药、卫生、轻工、化工、石油、矿冶、食品、农 业、电子、国防等行业[2]。 因而，开发这一具有实用价 值的物质，具有较高的经济价值，对从五倍子中提取 单宁酸工艺过程的研究具有很高的经济效益。 单宁 酸的主要制备方法有酶转化法、 超临界 CO2萃取法 和水温浸法等[3]。本文采用超声辅助法研究其提取工 艺，缩短提取时间，并以二次回归正交旋转组合设计 优化五倍子中单宁酸的提取工艺， 确定出超声辅助 提取五倍子中单宁酸的最佳， 为进一步研究开 发提供参考。 1 实验 1.1 仪器与药品 722型紫外分光光度计（上海精密科学仪器有限 公司）；GR-200电子天平（日本 AND）；SHB-3型循环 水多用真空泵 （郑州杜甫仪器厂）；FW117中草药粉 碎机 （天津泰斯特仪器有限公司）；SB25-12DT 超声 波清洗机（宁波新芝生物科技股份有限公司）等。 试剂及药品：五倍子药材（市售）；单宁酸（标准 品）；无水乙醇（分析纯）；蒸馏水等。 1.2 实验步骤 1.2.1 单宁酸的提取 超声辅助法提取五倍子中单宁酸的工艺研究 姜创,吴桐,刘军海 （陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西汉中 723001） 摘 要：采用超声辅助法提取了五倍子中的单宁酸。以二次回归正交旋转组合试验设计优化了单宁酸的提取工艺。结 果表明，最佳提取工艺条件为：液料比 10.97g/g，超声浸提温度 55.44℃，超声浸提时间 25.63min。 在最佳工艺条件下， 单宁酸的得率最高可达到 85.2%。 关键词：超声；提取；五倍子；单宁酸；工艺 中图分类号：TS201.2 文献标识码： A 文章编号：1674-506X（2009）02-0011-0003 Study on Ultrasonic-assisted Extraction Technology of Chinese Gall Jiang Chuang，Wu Tong，Liu Jun-hai (School of Chemistry & Environmental Science of Shaanxi University of Technology, Hanzhong Shaanxi 723001) Abstract: Tannin acid was extracted through ultrasonic-assisted. The factors that influenced extraction technology were studied with quadratic orthogonal regression. The results showed that optimized extraction technologies were: the ratio of liquid to solid was 10.97 g/g, ultrasonic temperature was 55.44℃, ultrasonic time was 25.63 min. The extraction ratio was up to 85.2% under the optimized techniques. Key words: Ultrasonic,extraction,Chinese gall,tannin acid,technology doi：10.3969/j.issn.1674-506X.2009.02-003 收稿日期： 2009-02-07 作者简介： 姜创（1986-)，男，陕西渭南人，大学本科生，环境工程专业。 项目来源： 陕西理工学院大学生科研基金项目（SLG2008Q36） Food and Fermentation Technology 第 45卷（第 2期） Vol.45，No.2 2009年第 2 期 将粉碎后过 70 目筛的五倍子 5g 加入 11、12、 13倍量的浓度为 70%乙醇溶液, 分别于超声温度为 50°C、60°C、70°C，超声时间为 15min、20 min、25 min 的不同情况下浸提，静置，抽滤，除去滤渣，滤液先常 压后减压浓缩蒸出溶剂，70℃以下真空干燥得产品， 并称重计算干浸膏得率。 1.2.2 单宁酸标准曲线制作 准确称取 0.05g 单宁酸定容于 100ml 的容量瓶 中 。 取 6 支 25ml 比色管 ， 分别加入 0ml，0.1ml， 0.2ml， 0.3ml，0.4ml，0.5ml的单宁酸标准溶液， 用水 稀释至 10ml， 再各加入 1ml Folin-酚试剂及 2ml 质 量分数为 20%的 Na2CO3，在沸水中加热 1min，冷却 并稀释至 25ml，静置 30min。 进行光谱扫描，以吸光 度为纵坐标，单宁酸浓度为横坐标，绘制标准曲线。 结果见图 1所示。 图 1表明,单宁酸浓度在 0.002mg/ml~0.01067mg/ml 范围内线性关系良好。 1.2.3 干浸膏得率测定方法 干浸膏得率按下式计算：干浸膏得率（%）=W/5× 100。 式中：W为干浸膏质量（g）。 2 结果与讨论 2.1 二次回归正交试验 采用二次正交回归旋转组合试验设计方法，选 取液料比（乙醇重量:原料重量）、超声浸提温度、超 声时间等三个影响单宁酸得率的主要因素， 考察三 个因素对单宁酸得率的影响， 试验因子水平编码表 见表 1所示。 2.2 二次回归正交试验结果 按表 1 设计进行 1.2.1 实验，并按 1.2.2 测定其 含量。 实验指标为干浸膏得率，结果见表 2所示。 表 2 正交回归试验结果 Table2 Results of orthogonal regression tests 2.3 二次回归正交试验结果分析 对表 2结果用 SAS8.0系统软解包进行方差分 析[5]，结果见表 3 所示。 表 3 结果的方差分析 Table3 The analysis of variance zj 因子 z1 液料比/A 因子 z2 超声浸提温度/℃/B 因子 z3 超声时间/min/E 上星臂号（+1.682） 13.682 76.82 28.41 上水平（+1） 13 70 25 零水平（0） 12 60 20 下水平（-1） 11 50 15 下星臂号（-1.682） 10.318 43.18 11.59 变化区间 Δj 3.364 33.64 16.82 表 1 因子水平编码表 Table1 Coding table of factor levels 试验 z1 z2 z3 W 1 -1 -1 -1 3.88 2 -1 -1 1 3.98 3 -1 1 -1 3.92 4 -1 1 1 4.19 5 1 -1 -1 4.27 6 1 -1 1 4.32 7 1 1 -1 4.26 8 1 1 1 4.41 9 -1.682 0 0 4.29 10 1.682 0 0 4.52 11 0 -1.682 0 4.1 12 0 1.682 0 4.01 13 0 0 -1.682 4.02 14 0 0 1.682 4.27 15 0 0 0 4.25 16 0 0 0 4.26 17 0 0 0 4.26 18 0 0 0 4.25 19 0 0 0 4.25 20 0 0 0 4.27 21 0 0 0 4.25 21 0 0 0 4.26 23 0 0 0 4.26 变异来源 自由度 平方和 均方 F 值 Pr > F z1 1 0.205882 0.205882 52.17131 0.0001 z2 1 0.002337 0.002337 0.592136 0.455349 z3 1 0.071831 0.071831 18.20234 0.000919 z1×z1 1 0.029653 0.029653 7.514206 0.016818 z1×z2 1 0.003612 0.003612 0.915422 0.356135 z1×z3 1 0.003612 0.003612 0.915422 0.356135 z2×z2 1 0.103079 0.103079 26.12076 0.0002 z2×z3 1 0.009113 0.009113 2.309145 0.152556 z3×z3 1 0.037722 0.037722 9.558893 0.008582 回归 9 0.46722 0.051913 13.15506 0.0001 误差 13 0.051301 0.003946 总计 22 0.518522 图 1 单宁酸标准曲线 Fig1 Standard curve of tannin acid A 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 0.003 0.006 0.009 0.012 单宁酸质量浓度 mg/ml y=49.057x+0.1039 R2=0.9997 12 第 45卷（总第 149期） 生活小百科 从表 3可以看出，二次项的 Z1×Z1 是显著的，一 次项的 Z1、Z3，二次项的 Z2×Z2、Z3×Z3是非常显著的； 其余的影响不显著，回归方程已达到 0.0001 的显著 统计程度，因此，可以用该回归方程代替实验真实点 对实验结果进行分析。 决定系数 R=0.9011，即回归 方程中所有自变量的变化可以解释 90.11%的因变 量变化[6]，这主要是因为提取五倍子中单宁酸的影响 因素很多，未计如方程的变量对回归方程造成一定 影响；另一方面是由于实验的过程中总会有不可避 免的随机误差[7-8]。 最后得到的回归方程： W = 4.257627 + 0.12278×Z1 + 0.013081×Z2 + 0.072524×Z3 + 0.0432×Z1×Z1- 0.02125×Z1×Z2 - 0.02125×Z1×Z3 - 0.080544×Z2×Z2 + 0.03375×Z2×Z3- 0.048724×Z3×Z3 2.4 最佳工艺条件的求取 对 2.1.3方程中的 Z1、Z2和 Z3分别求偏导并等 于零，得 Z1=-1.031981、Z2=0.456086、Z3=1.125976，预 测最大值 W=4.238，得率 84.76%。 求得的最佳工艺 条件：液料比为 10.97g/g.、超声浸提温度 55.44°C、超 声浸提时间 25.63min。 2.5 最佳工艺条件的验证 按 2.2.2 中的最佳条件，即液料比 10.97 g/g.、超 声浸提温度 55.44°C、超声时间 25.63min。 进行 1.2.1 的提取实验，验证最佳工艺条件下的单宁酸得率，并 测定单宁酸的得率， 平行四组， 产物取平均值后按 1.2.3的测定方法测得单宁酸的得率 85.2%。 与预测 得率误差 0.52%。 3 结论 3.1 通过二次回归正交旋转组合设计优化了超声 辅助提取五倍子中单宁酸的提取工艺。结果表明：最 佳工艺条件为液料比 10.97g/g、 超声浸提温度 55.44℃、 超声浸提时间 25.63min。 在最佳工艺条件 下，单宁酸的得率最高可达到 85.2%。 3.2 本实验以超声辅助法改进了水温浸法时间长 的缺点，操作简单，比较适合工业大量生产。 以二次 回归正交旋转组合设计优化五倍子中单宁酸的提取 工艺，得到了一个较适合的模型，为工业化提取五倍 子中的单宁酸提供了一定的理论依据。 参考文献： [1] 杨泽方.冯海燕.傅洵.由五倍子萃取液中的单宁酸制取鞣 花酸的液相色谱分析[J].山东化工.2004.33(2):29-30. [2] 柳祝勇.鄂西南地区五倍子资源现状调查与利用对策研 究[J].湖北林业科技 2004.(4):46-50 [3] 柳世萍.五倍子提取单宁酸的工艺研究[J] 河北化工. 2007.30(10):44-45. [4] 黄绍华.严慧和.孙健.单宁的提取与纯化[J].南昌大学学 报,2000.24(3):278-281. [5] 罗启剑.祝德秋.翠岚等.分光光度法测定湘产苦丁茶中熊 果酸含量[J].光谱实验室.2006.23(2):227-230. [6] 翁定军编著.社会定量研究的数据处理：原理与方法[M]. 上海大学出版社,2002,155-164 [7] 沈其军.社会定量研究的数据处理.原理与方法[M].上海: 上海大学出版社.2002,155-164. [8] 何少华等编著.实验设计与数据处理[M].长沙:国防科技 大学出版社.2002,62-186. !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! "!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! " 世界卫生组织于2008年年底发布的“食物微 量脂肪排行榜”中，茶类脂肪被称为世界上最好 的微量脂肪，绿茶、红茶、乌龙茶尽被归入其中。 但是， 却惟独缺少了为国人熟知并常喝的菊花 茶。 这是为什么呢？ 据专家介绍，菊花茶中含有的微量脂肪含量 仅为0.9%，与菊花中的黄酮共同作用，有清热解 毒的作用。 但研究显示，菊花茶中的微量脂肪有可能让 人体发寒，使免疫力下降。 中医就强调，有些茶饮 属清热解毒的药性，应该是在感冒或是感染期中 饮用，如平时喝太多，会让体质越来越虚寒。 菊花 茶即属寒性，对中医所指的“阳虚体质”就不太合 适，不能长期大量饮用。 此外，有过敏体质的人如 果想喝菊花茶，应先泡一两朵试试，如果没问题 再多泡。 ———中国食品报 菊花茶不宜长期大量饮用 姜创等： 超声辅助法提取五倍子中单宁酸的工艺研究 13