全 文 :黑果腺肋花楸多酚类物质超声波辅助提取工艺的优化
费英敏1,程健博2
(1.黑龙江民族职业学院,哈尔滨 150066;2.哈尔滨商业大学 食品工程学院,哈尔滨 150076)
摘要:以黑果腺肋花楸为原料,采用超声波辅助乙醇提取法从黑果腺肋花楸中提取多酚物质,并使用福
林酚法测定多酚含量。通过单因素试验和正交试验,研究料液比、温度、乙醇浓度、超声时间、超声功率
对多酚得率的影响。试验结果表明:最佳提取工艺为乙醇浓度50%、温度40℃、料液比1∶5、超声时间
40min、超声功率500W、多酚得率0.836%。
关键词:黑果腺肋花楸;多酚物质;超声波辅助;提取
中图分类号:TS202.3 文献标志码:A doi:10.3969/j.issn.1000-9973.2016.04.010
文章编号:1000-9973(2016)04-0048-04
Study on Ultrasonic Extraction of Polyphenols in Black Chokeberrys
FEI Ying-min1,CHENG Jian-bo2
(1.Heilongjiang Vocational Colege for Nationalities,Harbin 150066,China;
2.Colege of Food Engineering,Harbin University of Commerce,Harbin 150076,China)
Abstract:Use black chokeberrys as raw material,extract polyphenols from black chokeberrys by
ultrasonic assisted extraction method,and the polyphenols content is determined by Folin phenol
method.Through single factor test and orthogonal test,the effects of solid to liquid ratio,
temperature,ethanol concentration,ultrasonic time and ultrasonic power on yield of polyphenols are
researched.The experimental results show that the optimum extraction process is ethanol
concentration of 50%,temperature of 40 ℃,ratio of solid to liquid of 1∶5,ultrasonic time of
40min,ultrasonic power of 500W,the extraction rate is obtained for 0.836%.
Key words:black chokeberrys;polyphenols;ultrasonic assisted;extraction
黑果腺肋花楸多酚类物质功能性研究始于20世
纪80年代,随着其在清除自由基、抗癌、降血压、软化
血管等方面的功能性逐渐被发现,有关黑果腺肋花楸
多酚类物质的保健价值也日益突显[1]。研究表明:黑
花楸果实中多酚类物质具有很强的抗氧化性,能够有
效地清除人体内的自由基,保护生物酶系统免遭破坏,
保持人体正常生理机能[2,3]。
近年来,许多学者致力于多酚类物质的提取,
Soong Y Y等[4]应用水提法提取果籽中的多酚,唐远
谋等[5]利用微波辅助醇提法提取洋葱多酚,贤景春
等[6]选择有机溶剂浸提法提取连钱草中多酚。与目前
广泛使用的水提法、微波辅助法、有机溶剂浸提法不同
的是,本试验的创新点体现在:利用超声波辅助法对黑
花楸果多酚类物质进行提取,并通过比色法确定提取
温度、超声时间、超声功率等因素对多酚提取率的影
响,利用单因素及正交试验得到最优提取工艺。该方
法高效便捷、多酚纯度高、制备成本低廉,更适合大规
模工业化生产。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
黑果腺肋花楸(黑河市中俄林业科技合作园区);
氢氧化钠;硫酸亚铁;邻苯三酚;抗坏血酸;无水碳酸
钠;福林酚试剂;焦性没食子酸。
1.2 仪器与设备
KQ-500DE数控超声清洗器;S-3C数字精密pH
收稿日期:2015-11-30
作者简介:费英敏(1973-),女,高级工程师,硕士,研究方向:农产品加工与贮藏。
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计;ALC-1100.2电子天平;HH-S数显恒温水浴锅。
1.3 方法
1.3.1 黑果腺肋花楸中多酚的提取
1.3.1.1 标准曲线的绘制
取出焦性没食子酸标准品,精密称取0.1g,配制
500mL浓度为0.20mg/mL的焦性没食子酸标准溶
液。再分别吸取上述标准液0,0.5,1.0,1.5,2.0,
2.5,3.0,3.5,4.0,4.5mL到100mL的容量瓶中,然
后再分别加入3mL福林试剂定容,静置3min后,分
别向其中加10%的 Na2CO3 溶液3mL,摇匀后,在
20℃条件下,水浴中反应1h。其中,容量瓶中相应的
焦性没食子酸浓度分别为0,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0,
6.0,7.0,8.0mg/L。测吸光值(765nm),并以横坐标
为焦性没食子酸的浓度,纵坐标为吸光度,绘制标准曲
线[7]。
1.3.1.2 样品的制备
称取样品黑果腺肋花楸5.0g,清洗、破碎后,沸水
水浴3min,使其中的氧化酶完全失活。捣碎后制得
匀浆备用[8]。
1.3.2 多酚得率的测定
吸取1.0mL样液、3mL福林试剂、60mL去离
子水于100mL容量瓶中,摇匀后静置3min,加入
3mL 10% Na2CO3 溶液,摇匀,在20℃条件下水浴
1h,蒸馏水定容。参比液选用不添加焦性没食子酸的
空白样。以焦性没食子酸为标准样,采用福林法测定
吸光度(765nm)。其多酚的得率为得到的多酚含量
与原料黑果腺肋花楸的质量之比[9,10]。
多酚得率=C×Vm ×100%
。
式中:C为多酚浓度,μg/mL;V 为提取液体积,
mL;m为黑果腺肋花楸质量,g。
1.3.3 单因素试验
为了获得最佳工艺,本次试验依次对乙醇浓度、料
液比、超声时间、超声温度及超声功率5个因素进行分
析,分别研究各因素对黑果腺肋花楸多酚得率的影响,
最终确定各因素最优水平[11]。每组单因素试验初始
设定值分别为料液比1∶3,提取时间40min,乙醇浓
度60%,提取温度40℃,超声功率500W[12,13]。
1.3.3.1 料液比对多酚提取的影响
将新鲜5.0g黑果腺肋花楸按照料液比(g/mL)
分别为1∶2,1∶3,1∶4,1∶5,1∶6,加入体积分数为
60%的乙醇溶液,在功率500W、温度40℃的条件下
超声处理40min,将样液过滤沉淀[14]。测定提取液中
多酚得率,记录结果并绘图。
1.3.3.2 乙醇浓度对多酚提取的影响
将新鲜5.0g黑果腺肋花楸按照1∶3(g/mL)的
料液比加入体积分数分别为30%,40%,50%,60%,
70%,80%浓度的乙醇溶液,在功率500W、温度40℃
的条件下超声处理40min。测定提取液中多酚的得
率,记录结果并绘图。
1.3.3.3 提取温度对多酚提取的影响
将新鲜5.0g黑果腺肋花楸按照1∶3(g/mL)的
料液比加入体积分数为60%的乙醇溶液,在温度为
30,35,40,45,50℃下分别进行功率为500W、时间为
40min的超声处理。测定提取液中多酚的得率,记录
结果并绘图。
1.3.3.4 超声时间对多酚提取的影响
将新鲜5g黑果腺肋花楸按照1∶3(g/mL)的料
液比加入体积分数60%的乙醇溶液,在功率500W、温
度40 ℃的条件下,分别超声处理30,35,40,45,
50min。测定提取液中多酚的得率,记录结果并绘图。
1.3.3.5 超声功率对多酚提取的影响
将新鲜5g黑果腺肋花楸按照料液比1∶3加入
体积分数为60%的乙醇溶液,分别在超声波功率为
200,300,400,500W的条件下,超声处理40min。测
定提取液中多酚的得率,记录结果并绘图。
2 结果与分析
2.1 焦性没食子酸标准曲线的绘制
以没食子酸的浓度为横坐标,吸光度为纵坐
标[15],绘制标准曲线,见图1。
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
吸
光
度
( A
)
0 2 4 6 8 10
没食子酸溶液浓度(mg/L)
y=0.0923x-0.0005
R2=0.9994
图1 焦性没食子酸标准曲线的绘制
Fig.1The standard curve of pyrogalic acid
得到没食子酸在0~10mg/L浓度范围内,其标
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准曲线回归方程为y=0.0923x+0.0005,相关系数
R2=0.9994,说明没食子酸浓度与吸光度的线性关系
良好,可以用于计算黑果腺肋花楸多酚的浓度。
2.2 单因素试验对黑果腺肋花楸多酚提取的影响
2.2.1 料液比对多酚提取的影响
按试验设置的各料液比对黑果腺肋花楸中多酚进
行提取,试验结果见图2。
2 3 4 5 6
料液比
0.75
0.7
0.65
0.6
0.55
0.5
0.45
0.4
0.35
0.3
多
酚
得
率
( %
)
图2 料液比对多酚得率的影响
Fig.2The effect of ratio of solid to liquid on yield
of polyphenols
由图2可知,随着料液比的逐渐提高,黑果腺肋花
楸多酚的得率也逐渐上升。当料液比在1∶2~1∶5
时,得率明显提高,但当料液比大于1∶5后,随着乙醇
溶液用量的增加,得率的提高不明显。这说明当料液
比为1∶5时黑果腺肋花楸中的多酚物质大部分已溶
出。结合成本、得率及后续处理等因素考虑,确定提取
黑果腺肋花楸多酚的最佳料液比为1∶5。
2.2.2 乙醇浓度对多酚提取的影响
按试验设置的各乙醇浓度对黑果腺肋花楸中多酚
进行提取,试验结果见图3。
30 40 50 60 70 80
乙酸浓度(%)
多
酚
得
率
( %
)
0.55
0.5
0.45
0.4
0.35
0.3
图3 乙醇浓度对多酚得率的影响
Fig.3The effect of ethanol concentration on
the yield of polyphenols
以提取液中多酚得率代表提取效果[16],不同乙醇
浓度对提取效果的影响见图3。当乙醇浓度小于60%
时,随着乙醇浓度的增加;提取液中多酚的含量也随之
增加;当乙醇浓度从50%上升到60%时,多酚含量增
加最为迅速,总酚得率从0.445%上升到0.499%;而
乙醇浓度达到60%以后,继续增加乙醇的浓度,多酚
的得率反而下降。乙醇浓度为60%时,多酚的得率最
大。因此,应选用的最佳乙醇浓度为60%。
2.2.3 温度对多酚提取的影响
按试验设置的各温度对黑果腺肋花楸中多酚进行
提取,试验结果见图4。
30 35 40 45 50
温度(℃)
多
酚
得
率
( %
)
0.55
0.5
0.45
0.4
0.35
0.3
图4 温度对多酚得率的影响
Fig.4Effect of temperature on the yield of polyphenols
由图4可知,提取温度为35~40℃时,随着温度
的增加,黑果腺肋花楸多酚的提取率也随之迅速增加,
这是由于温度的增加可以明显加快黑果腺肋花楸多酚
的溶解扩散速度,同时增加其在溶剂中的溶解度,此时
得率从0.432%增加到0.517%。继续增加温度,多酚
得率反而较40℃略有下降,可能原因是温度较高使多
酚略有损失。因此,确定最佳的提取温度为40℃。
2.2.4 超声时间对多酚提取的影响
按试验设置的各超声时间对黑果腺肋花楸中多酚
进行提取,试验结果见图5。
30 35 40 45 50
超声时间(min)
多
酚
得
率
( %
)
0.65
0.6
0.55
0.5
0.45
0.4
0.35
0.3
图5 时间对多酚得率的影响
Fig.5The effect of time on the yield of polyphenols
由图5可知,多酚的提取率随着提取时间的延长
而增加,在35~40min内提取率增加明显,多酚提取
率在40min时达到最大值0.594%后,继续延长提取
时间,多酚的含量反而降低。这说明40min时多酚物
质已达最高溶解量,过长时间的提取,使得多酚在光照
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或高温条件下发生了反应,黑果腺肋花楸中其他水溶
或醇溶的物质溶解出来,也导致了多酚得率的降低。
因此,确定黑果腺肋花楸多酚提取的最佳时间为
40min。
2.2.5 超声功率对多酚提取的影响
按试验设置的各超声功率对黑果腺肋花楸中多酚
进行提取,试验结果见图6。
200 300 400 500
超声功率(W)
多
酚
得
率
( %
)
0.565
0.56
0.555
0.55
0.545
0.54
0.535
0.53
图6 超声功率对多酚提取的影响
Fig.6The effect of ultrasonic power on polyphenols extraction
由图6可知,随着超声功率的增大,多酚得率增
加,在300~500W内提取率增加迅速,多酚提取率在
500W时达到最大值0.561%。因此,超声功率为
500W时多酚的得率最高。
2.3 黑果腺肋花楸多酚提取正交试验分析
2.3.1 正交试验因素水平
在单因素试验的基础上,确定乙醇浓度、温度、料
液比及超声时间为主要的影响因素,确定正交试验因
素水平表。以黑果腺肋花楸多酚提取率为指标,采用
L9(34)正交试验选择最优的提取条件,平行试验3次
(n=3)。设计的正交试验各因素水平范围见表1。
表1正交试验各因素水平范围表
Table 1Factors and levels of orthogonal experiment
水平
因素
A乙醇浓度(%) B温度(℃)C料液比 D时间(min)
1 50 35 1:4 35
2 60 40 1:5 40
3 70 45 1:6 45
2.3.2 正交试验设计
在单因素试验的基础上,采用正交试验的方法对
黑果腺肋花楸多酚的提取工艺进行优化。以乙醇浓
度、温度、料液比、时间为自变量(因素),以黑果腺肋花
楸多酚得率为指标,选用L9(34)正交表进行优化试
验,正交方案及结果见表2。
表2 正交试验方案、结果与分析
Table 2Orthogonal experimental program,results and analysis
试验号
因素
A乙醇浓度
(%)
B温度
(℃) C
料液比 D时间(min)
多酚得率
(%)
1 1 1 1 1 0.499
2 1 2 2 2 0.836
3 1 3 3 3 0.528
4 2 1 2 3 0.579
5 2 2 3 1 0.696
6 2 3 1 2 0.734
7 3 1 3 2 0.762
8 3 2 1 3 0.632
9 3 3 2 1 0.766
K1 1.863 1.840 1.865 1.961
K2 2.009 2.164 2.181 2.332
K3 2.160 2.028 1.986 1.739
k1 0.621 0.613 0.622 0.654
k2 0.670 0.721 0.727 0.777
k3 0.720 0.676 0.662 0.580
R 0.099 0.108 0.105 0.197
影响程度 D>B>C>A
最佳组合 A1B2C2D2
由表2可知,影响提取效果的主次因素为D>B>
C>A,即时间>温度>料液比>乙醇浓度,得到黑果
腺肋花楸多酚的最佳提取方案为 A1B2C2D2,该方案
在正交试验序列内。因此,确定最佳提取条件为乙醇
浓度50%、温度40℃、料液比1∶5、时间40min,在这
个条件下提取效果最好,多酚得率为0.836%,这与王
鹏等[17]对国外黑果腺肋花楸多酚类物质的研究相符,
与于明等[18]、玄永浩等[19]对黑果腺肋花楸化学成分中
多酚含量的表征也相符。
3 结论
本试验采用超声波辅助法提取黑果腺肋花楸多
酚,最佳提取工艺为乙醇浓度50%、温度40℃、料液
比1∶5、时间40min。在此工艺条件下,多酚得率为
0.836%。试验表明:与目前广泛使用的水提法、微波
辅助法、有机溶剂浸提法相比,超声波辅助法对黑花楸
果多酚类物质进行提取,具有高效便捷、纯度高、制备
成本低廉等优势,更适合大规模工业化生产。
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