陈 娟 卢克强 朱门君 蒋雪薇

(1.湖南皇爷食品有限公司，湖南 湘潭 411228；2.长沙理工大学，湖南 长沙 410000)

食用槟榔是指以槟榔干果(也称槟榔原籽)为原料经甜味剂及香精发制而制成的一类休闲食品[1]。据报道[2]，截至2017年底，仅湖南省湘潭市天易全区的槟榔年制成品就超过10万t，而槟榔在加工过程中会产生槟榔核、槟榔蒂及报废槟榔片等下脚料，其中下脚料约占槟榔成品量的10%～15%，然而目前这些下脚料常常作为废弃物或生活垃圾以焚烧等方式处置，不仅浪费了资源，也易造成环境污染。有研究[3-4]表明，槟榔果的各个部位均含有槟榔碱，其中鲜果槟榔核的槟榔碱含量为0.118%、槟榔壳的含量为0.043%，且槟榔碱含量随熟度的增加而增加。因此可将槟榔下脚料用作提取槟榔碱的原料。

目前，槟榔碱的提取方法有有机试剂提取法[5-6]、超声波辅助提取法[7]、微波辅助提取法[8]、超临界CO2流体萃取法[9-10]、亚临界水提取法[11]等，在大规模生产过程中，低沸点易燃的有机试剂有一定的安全隐患，超声波、微波、超临界和亚临界CO2流体萃取等方法的辅助设备的造价过高。研究拟采用酸水提取法提取槟榔碱，并将经响应面法优化的最佳提取工艺得到的提取物应用于槟榔产品中，以期低成本高值化利用槟榔下脚料这一资源。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

槟榔加工下脚料：湖南皇爷食品有限公司；

甲醇：色谱纯，默克股份两合公司；

乙腈：色谱纯，国药集团化学试剂有限公司；

盐酸、磷酸、乙二胺：分析纯，国药集团化学试剂有限公司；

槟榔碱氢溴酸盐：色谱纯(纯度98.5%)，国家计量标准物质网。

1.1.2 主要仪器设备

烘箱：DKN412C型，日本雅马拓公司；

粉碎机：RRH-A350型，上海缘沃工贸有限公司；

超声波：KQ-500E型，昆山市超声仪器有限公司；

高效液相色谱仪：RF-20A型，日本岛津公司；

水浴恒温振荡器：SHZ-A型，上海博讯医疗生物仪器股份有限公司。

1.2 方法

1.2.1 槟榔下脚料的选择 将收集的槟榔下脚料于50 ℃ 干燥至水分含量为10%～15%，再按核、蒂、废弃槟榔片分类分开，粉碎机分别粉碎后，测定其槟榔碱含量。每组试验重复3次。

1.2.2 槟榔碱的提取 称取5 g过60目筛的槟榔核，按照试验方案加入一定量的溶剂，在恒温振荡水浴锅(105 r/min)中以一定的温度处理一定时间后，过滤，收集滤液，测定滤液中槟榔碱含量。

1.2.3 单因素试验

(1) 粉碎粒度对槟榔碱提取量的影响：槟榔核经粉碎机处理后过20，40，60，80，100，120目筛，分别测定不同粉碎粒度下槟榔核提取物的槟榔碱含量。

(2) 提取时间对槟榔碱提取量的影响：在粉碎粒度60目，盐酸质量浓度0.00%，料液比(m槟榔∶V水)为1∶15 (g/mL)，提取温度70 ℃，提取次数1次的条件下测定提取时间为15，30，45，60，75 min时滤液的槟榔碱含量。

(3) 提取温度对槟榔碱提取量的影响：在粉碎粒度60目，盐酸质量浓度0.00%，料液比(m槟榔∶V水)为1∶15 (g/mL)，提取时间30 min，提取次数1次的条件下测定提取温度为50，60，70，80，90 ℃时滤液的槟榔碱含量。

(4) 料液比对槟榔碱提取量的影响：在粉碎粒度60目，盐酸质量浓度0.00%，提取时间30 min，提取温度70 ℃，提取次数1次的条件下测定料液比(m槟榔∶V水)分别为1∶5，1∶10，1∶15，1∶20，1∶25 (g/mL)时滤液的槟榔碱含量。

(5) 盐酸质量浓度对槟榔碱提取量的影响：在粉碎粒度60目，料液比(m槟榔∶V水)为1∶15 (g/mL)，提取温度70 ℃，提取时间30 min，提取次数1次的条件下测定盐酸质量浓度分别为0.00%，0.15%，0.30%，0.45%，0.60%时滤液的槟榔碱含量。

(6) 提取次数对槟榔碱提取量的影响：在粉碎粒度60目，盐酸质量浓度0.00%，料液比(m槟榔∶V水)为1∶15 (g/mL)，提取温度70 ℃，提取时间30 min的条件下测定提取次数分别为1，2，3，4，5次时滤液的槟榔碱含量。

每组试验3次重复。

1.2.4 响应面试验设计 根据中心试验设计原理，在单因素试验结果的基础上，考察提取时间、提取温度、盐酸质量浓度对槟榔碱提取量的影响，确定最佳提取工艺。

1.2.5 槟榔碱含量的测定及提取量的计算 根据文献[12]修改如下：

(1) 样品处理方式：取适量样品于比色管中，加甲醇定容至25 mL。混匀后超声波处理1 h，过0.45 μm有机膜，进样。

(2) 标准曲线的制定：配制0.1 mg/mL的氢溴酸槟榔碱对照品溶液，分别吸取0.06，0.20，0.40，0.80，1.60，3.20，4.00 mL对照品溶液加流动相定容至4 mL，混匀后进样。根据试验所得结果以氢溴酸槟榔碱标准品的峰面积为纵坐标，氢溴酸槟榔碱的浓度(mg/mL)为横坐标，绘制槟榔碱标准曲线，得到线性关系式：y=2×107x+173 859。

(3) 槟榔碱提取量计算：按式(1)计算。

(1)

式中：

Y——槟榔碱提取量，mg/g；

X——检测样品的槟榔碱含量，mg/g；

C——检测样品对应的标准曲线的浓度，mg/mL；

V——检测样品的定容体积，mL；

m1——检测样品的质量，g；

m2——滤液质量，g；

m3——槟榔核的质量，g。

1.2.6 槟榔提取物对槟榔产品品质的影响 按槟榔原籽→煮籽→发制→烤籽→闷香→压籽→上胶→切籽→去核→点卤→晾片→包装的工艺流程制作槟榔产品。其中试验样品在发制步骤中用槟榔碱最优提取方案得到的提取物浓缩5倍后等量替代熬料用水，其余不变。测定试验样品与对照样品中的槟榔碱含量，并组织10名经过训练的品评人员对样品按照表1中的项目打分，最后统计各项的平均得分。

1.3 数据处理与分析

数据均使用SPSS、Design-Expert 8.0.6软件进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 槟榔下脚料的选择

槟榔核、槟榔蒂和废弃槟榔片中槟榔碱含量见图1。由图1 可知，槟榔核中的槟榔碱含量远高于槟榔蒂和废弃槟榔片，与刘蕊等[13]试验得出的鲜槟榔中槟榔碱含量槟榔核>纤维层>表皮基本一致。由于槟榔在高温水洗、烘烤的加工过程中会破坏槟榔壳、蒂中的槟榔碱，而槟榔核被壳包裹能较好地保留槟榔碱，而且槟榔下脚料中槟榔核占总量的90%左右，因此选择槟榔核作为槟榔碱的提取原料。

2.2 单因素试验

由图2～7可知，最佳的单因素参数为：粉碎粒度60目，料液比(m槟榔∶V水)1∶15 (g/mL)，提取时间30 min，提取温度70 ℃，盐酸质量浓度0.15%，提取次数2次。

表1 感官品评表Table 1 Sensory evaluation table

图1 不同类别槟榔下脚料的槟榔碱含量对比Figure 1 Arecoline content at different catagory of the betel-nut waste

图2 不同粉碎粒度下提取的槟榔碱含量Figure 2 Extracted arecoline content at different grinding particle sizes

2.3 响应面优化试验

2.3.1 试验设计及结果 根据SPSS软件进行单因素方差分析，结果表明粉碎粒度、提取时间、提取温度、料液比、提取次数、盐酸质量浓度对于槟榔碱提取量的影响都是极显著的(P<0.01)。试验得出的料液比与提取次数的结果与相关研究[14]的结果基本一致，考虑到粉碎粒度、料液比、提取次数与试验设备、操作难易和成本耗费紧密相关，在选定粉碎粒度60目，料液比(m槟榔∶V水)1∶15 (g/mL)，提取次数2次的基础上，选择提取时间、提取温度及盐酸质量浓度作为响应面优化的因素，试验因子与水平表见表2。具体试验设计与结果见表3。

图3 料液比对槟榔碱提取量的影响Figure 3 Impact analysis of solid-liquid ratio

图4 提取时间对槟榔碱提取量的影响Figure 4 Impact analysis of extraction time

图5 提取温度对槟榔碱提取量的影响Figure 5 Impact analysis of extraction temperature

图6 盐酸质量浓度对槟榔碱提取量的影响Figure 6 Impact analysis of hydrochloric acid concentration

图7 提取次数对槟榔碱提取量的影响Figure 7 Impact analysis of extraction times

2.3.2 模型与数据分析 运用Design-Expert 8.0.6软件试验数据进行统计分析，得到槟榔碱提取量与提取参数的二次回归方程为：

Y=7.84+0.30A+0.25B+0.65C-0.075AB+0.035AC+0.24BC-0.12A2-0.14B2-0.71C2。

(2)

表2 响应面试验因素水平表Table 2 Factors and levels of response surface experiment

表3 响应面试验设计和结果Table 3 Design and results of response surface experiment

表4 响应面模型方差分析†Table 4 ANOVA for the response surface quadratic model

由图8～10可知，3个因素对槟榔碱提取量的影响大小依次为：盐酸质量浓度>提取时间>提取温度。当盐酸质量浓度固定为0.15%时，槟榔碱提取量随着提取时间和提取温度的增加而缓慢增加，可能是作为主要影响因素的盐酸质量浓度还未达到最佳浓度，此时，增加提取时间和提取温度有助于提高提取效率。当提取温度固定为70 ℃时，提取率随盐酸质量浓度的增加先升高后降低，随提取时间的增加呈缓慢上升的趋势；当提取时间固定为30 min时，提取量随盐酸质量浓度和提取温度的增加先上升后降低，可能是高盐酸质量浓度可大大提升槟榔碱的提取量，但长时间的高温会导致被提取槟榔碱损失，造成其提取量下降。因此，在确定适当的盐酸质量浓度后，尤其要控制好提取温度以使槟榔碱提取量达到最大值。

图8 提取时间与盐酸质量浓度交互作用的等高线图和响应曲面图Figure 8 Response surface and contour plots for interaction effects of time and hydrochloric acid concentration

图9 提取时间与提取温度交互作用的等高线图和响应曲面图Figure 9 Response surface and contour plots for interaction effects of time and temperature

图10 提取温度与盐酸质量浓度交互作用的等高线图和响应曲面图Figure 10 Response surface and contour plots for interaction effects of temperature and hydrochloric acid concentration

2.3.3 最优工艺条件的验证 由Design-Expert 8.0.6软件分析得出的最优工艺条件为：提取时间45 min，提取温度80 ℃，盐酸质量浓度0.22%，此优化条件下预测的槟榔碱提取量为8.365 mg/g。对其进行3次重复实验，得到槟榔碱提取量的平均值为(8.330±0.109) mg/g，与理论提取量的相对误差为0.42%，说明该工艺条件合理可行，能用于实际生产。

2.4 应用试验

水的极性大，除了能提取槟榔碱外，也能较全面地提取出具有槟榔风味的物质。由表5可知，添加了槟榔提取物的槟榔产品风味更加浓郁且无异味，嚼食时更有浆汁感和劲道，说明槟榔提取物的加入可以提升槟榔产品的品质。其次，测定的试验样品的槟榔碱含量和劲道评分高于对照产品，表明样品劲道的提升可能与槟榔碱有关。

表5 试验样品与对照样品的对比Table 5 Comparison between experimental products and control products

3 结论

采用酸水提取法提取槟榔核中槟榔碱的最佳提取工艺条件为粉碎粒度60目、料液比(m槟榔∶V水)1∶15 (g/mL)、提取次数2次、提取时间45 min、提取温度80 ℃、盐酸质量浓度0.22%，该条件槟榔碱提取量为(8.330±0.109) mg/g，与传统乙醇提取法(提取率1.90 mg/g[15])相比，槟榔碱的提取效率大幅提高。

将槟榔提取物添加至槟榔产品可以提升其品质，并且能够提高槟榔下脚料的附加值，具有极大的应用前景。槟榔提取物不仅可以应用于槟榔产品中，还可以应用于医药领域。因此，下一步可根据其具体的应用领域来开发适宜的提取、纯化方法，以充分利用槟榔下脚料这一资源。