李 琪 李瑤瑤 陳 蘭 陳歡歡 黃新紅 郝梅梅
(天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院,天津300457)
蘋果多酚是蘋果中所含多元酚類物質(zhì)的總稱,是一類重要的活性物質(zhì),具有抗氧化、清除自由基等生理活性,在食品、醫(yī)藥領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[1,2]。我國蘋果加工業(yè)發(fā)展迅速,蘋果加工中產(chǎn)生了大量蘋果皮廢料,而蘋果中的多酚物質(zhì)多集中于果皮中[3],提高果皮廢料中多酚物質(zhì)的提取率,可以提高蘋果產(chǎn)品附加值,延長蘋果產(chǎn)業(yè)鏈。
提高蘋果皮廢料中多酚得率是進(jìn)一步生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)多酚的基礎(chǔ)。有關(guān)蘋果多酚提取方法的報(bào)道多集中在傳統(tǒng)有機(jī)溶劑浸提及超聲波提取等方面[4,5]。微波提取法是近幾年興起的生物活性物質(zhì)提取方法,是根據(jù)吸收微波能力的差異使基體物質(zhì)的某些區(qū)域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱,從而使得被萃取物質(zhì)從基體或體系中分離,進(jìn)入到微波吸收能力相對較差、具有較小介電常數(shù)的萃取溶劑中[6]。微波提取具有效率高、適用范圍廣、節(jié)省時間和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[7]。本文利用微波輔助提取法,通過單因素及正交試驗(yàn)探究最佳蘋果皮中多酚提取工藝,為大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)提供借鑒和參考。
新鮮蘋果,購于天津?yàn)I海新區(qū)金元寶農(nóng)貿(mào)市場,蘋果皮采用鼓風(fēng)干燥箱干燥后進(jìn)行粉碎,分別過20、40、60、80目篩,待用。
1.2.1 提取工藝流程
新鮮蘋果皮→干燥→粉碎→加入乙醇→微波法提取→抽濾→濾液→濃縮定容→測吸光度→計(jì)算結(jié)果
1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制
精確稱取沒食子酸0.1000g,用蒸餾水溶解后,轉(zhuǎn)入50mL容量瓶中,用蒸餾水定容至刻度線,搖勻得2.0mg/mL的沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液。精確移取標(biāo)準(zhǔn)品溶液 0mL,0.2mL,0.4mL,0.6mL,0.8mL,1.0mL,1.2mL 于25mL比色管中,依次加酒石酸亞鐵溶液5mL、pH值7.5的磷酸鹽緩沖溶液至刻度線,在540nm處測定吸光度。以標(biāo)準(zhǔn)品濃度作為橫坐標(biāo),吸光度為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,求回歸方程。
1.2.3 蘋果多酚提取方法
取研磨后的蘋果皮粉末10g于250mL錐形瓶中,加入適量乙醇溶解,于不同的微波功率下進(jìn)行微波提取,提取液冷卻后在5000r/min條件下進(jìn)行離心10min,取上清液,定容到100mL。
吸取樣品試液1mL置于25mL容量瓶中,加入蒸餾水4mL和酒石酸亞鐵溶液5mL,搖勻,再加入pH值7.5的磷酸鹽緩沖液稀釋至刻度,以蒸餾水代替樣品試液,加入同樣的試劑作空白,選擇540nm波長和1cm的比色杯測定吸光值。
選取乙醇濃度、微波提取功率、料液比以及提取時間四個因素進(jìn)行單因素試驗(yàn),在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,進(jìn)行正交設(shè)計(jì)優(yōu)化微波提取蘋果皮中多酚物質(zhì)的最佳提取工藝。
2.1.1 不同乙醇濃度對多酚提取率影響
分別在乙醇濃度為40%,50%,60%,70%,80%的條件下,在料液比為1:10,微波功率400W,提取時間為60s的基礎(chǔ)上進(jìn)行提取試驗(yàn),研究不同的乙醇濃度對提取效果的影響。由圖1可以看出,隨著乙醇濃度的增加,提取到的多酚量也在不斷增加,但在乙醇濃度超過60%后,多酚含量又逐漸降低。原因是在40~60%的濃度范圍內(nèi),乙醇濃度增加,多酚物質(zhì)的溶解度增加,提取量增多,增幅明顯;濃度超過60%后,過高的濃度可能會造成多酚物質(zhì)的分解,導(dǎo)致含量下降。
圖1 乙醇濃度對多酚提取率的影響Fig.1 The influence of concentration on extracting by m icrowave extraction
2.1.2 不同料液比對提取效果的影響
分別在料液比為 1:5,1:10,1:15,1:20,1:25 的條件下,在乙醇濃度為60%,微波功率400W,提取時間為60s的基礎(chǔ)上進(jìn)行提取試驗(yàn),研究不同的料液比對提取效果的影響。由圖2可以看出,隨著料液比的增加,計(jì)算所得多酚含量也在增加,但在料液比達(dá)到1:15之后,多酚含量逐漸降低。出現(xiàn)這種結(jié)果的原因可能是在1:5~1:15的范圍內(nèi),料液比的增加也會使多酚物質(zhì)更易溶出,含量增大,吸光度增加,增幅較明顯;料液比超過1:15之后,有部分多酚物質(zhì)分解導(dǎo)致1:20條件下的多酚得率與1:15條件下相差不大。
可見,料液比繼續(xù)增大會造成溶劑的浪費(fèi)和生產(chǎn)成本的增加,不利于實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用。
圖2 微波法料液比對提取效果的影響Fig.2 The influence of solid-liquid ratio on extracting by m icrowave extraction
2.1.3 微波功率對提取效果的影響
在微波功率 200W,400W,600W,700W,800W的條件下,在乙醇濃度為60%,提取時間為60s,料液比為1:10的基礎(chǔ)上進(jìn)行提取試驗(yàn),研究不同的微波功率對提取效果的影響。由圖3可以看出,隨著微波功率的增加,計(jì)算所得的多酚含量也在增加,但在微波功率超過400W后,多酚得率又逐漸降低??赡苁怯捎谠?00~400W的范圍內(nèi),隨著微波功率的增加,相應(yīng)的溶液溫度也逐漸升高,加速多酚物質(zhì)的溶出,并使多酚溶出完全;在微波功率超過400W后,過高的功率使溶劑溫度偏高,反而會使溶出的多酚物質(zhì)部分分解,造成吸光度偏低,多酚得率減少。所以,最佳的微波提取功率為400W。
圖3 微波功率對提取效果的影響Fig.3 The influence ofm icrowave power on extracting by m icrowave extraction
2.1.4 提取時間對提取效果的影響
分別在提取時間為 40s,50s,60s,70s,80s 的條件下,在乙醇濃度為60%,微波功率為400W,料液比為1:10的基礎(chǔ)上進(jìn)行提取試驗(yàn),研究不同的提取時間對提取效果的影響。由圖4可以看出,隨著提取時間的不斷增加,計(jì)算所得的多酚含量也在增加,但在提取時間超過50s后,多酚得率略有降低,趨于平穩(wěn)。原因可能是在40~50s的范圍內(nèi),隨著提取時間的增加,可以使更多的多酚物質(zhì)溶于乙醇溶劑中;在提取時間超過50s后,由于多酚物質(zhì)基本溶出完全且隨時間的推移而有少量分解,故多酚得率較之前略有降低,整體呈現(xiàn)平緩趨勢。故微波提取的最佳時間為50s。
圖4 微波法提取時間對提取效果的影響Fig.4 The influence of time on extracting by m icrowave extraction
在單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,對影響蘋果皮中多酚物質(zhì)提取效果的各因素進(jìn)行優(yōu)選,采用L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),見表1。確定微波法提取蘋果皮中多酚物質(zhì)的最佳條件。
表1 微波法正交試驗(yàn)的因素和水平Tab.1 Method ofm icrowave extraction in orthogonal experiment design
表2 微波法正交試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 The result of orthogonal experiment by m icrowave extraction
由表2可以看出,在微波法提取蘋果皮中多酚物質(zhì)的試驗(yàn)中,主要有四個因素影響多酚提取效果,其作用的主次順序?yàn)椋篋>A>C>B,即微波功率>乙醇濃度>提取時間>料液比,其中,乙醇濃度的最佳水平為60%,微波功率的最佳水平為600W,提取時間的最佳水平為50s,料液比的最佳水平為1:10。所以根據(jù)計(jì)算所得的極差結(jié)果可知,微波法提取蘋果皮中多酚物質(zhì)的最佳提取工藝為A2B1C2D3,最優(yōu)組合與表1中的結(jié)果相一致,吸光度為0.417,據(jù)此計(jì)算可得蘋果皮中多酚含量為0.28%。
本試驗(yàn)通過單因素及正交試驗(yàn)對影響蘋果皮中多酚物質(zhì)微波提取法的最佳工藝參數(shù)進(jìn)行探討,篩選出最佳微波提取條件為乙醇濃度60%,料液比1:10,微波功率600W,提取時間為50s,在此條件下提取蘋果皮多酚得率為0.28%??梢?,微波提取法多酚得率明顯高于傳統(tǒng)的溶劑浸提法,有較高的提取率,而且微波提取法還具有節(jié)省時間和成本等優(yōu)點(diǎn),適合于實(shí)際生產(chǎn)。
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