微波輔助提取果桑花色苷的工藝研究

張朝紅，古月華，房紅娟，樊明濤，李巨秀*

(西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

微波輔助提取果?；ㄉ盏墓に囇芯?/p>

張朝紅，古月華，房紅娟，樊明濤，李巨秀*

(西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

以果桑為試驗(yàn)材料，以花色苷提取率為考察指標(biāo)，采用pH示差法測定總花色苷含量。通過單因素和正交試驗(yàn)，分析料液比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、pH值、微波功率和提取時(shí)間對桑椹花色苷提取效果的影響，并優(yōu)化微波輔助提取果?；ㄉ展に噮?shù)。結(jié)果表明：料液比1:20(g/mL)、乙醇體積分?jǐn)?shù)70%、pH1、微波功率540W和提取時(shí)間100s為最佳工藝參數(shù)，果?；ㄉ盏奶崛÷蕿?.89mg/g；各因素影響的主次順序?yàn)榱弦罕龋疚⒉üβ剩咎崛r(shí)間＞乙醇體積分?jǐn)?shù)，且4個(gè)因素對花色苷提取率的影響都達(dá)到了顯著水平。微波輔助提取果桑花色苷是一種簡單可行、高效的提取方法。

果桑；花色苷；微波輔助；提取工藝

Abstract：Mulberry fruit (Morus Lhou Koidz.) is rich in anthocyanins, which are associated with many health benefits. In this work, we optimized the microwave-assisted extraction process of total anthocyanins from mulberry fruit. The effects of material/liquid ratio (g/mL), ethanol concentration, pH, microwave power and length of extraction time on the extraction of anthocyanins were examined. The quantification of total anthocyanins was carried out using pH differential method. Material/liquid ratio of 1:20, pH of 1, microwave power of 540 W and extraction duration of 100 s were found optimal, and the resultant yield of anthocyanins was 2.89 mg/g. Material/liquid ratio had the most important effect on the yield of anthocyanins, followed by microwave power, extraction duration and ethanol concentration, and all these four factors had significant effect on the yield of anthocyanins. This study reveals that microwave-assisted extraction is a simple, feasible and highly efficient method for extracting anthocyanins from mulberry fruit.

Key words：mulberry；anthocyanins；microwave assistance；extraction technology

果桑是近幾年葉桑基礎(chǔ)上選育出的專用品種，主要栽培的品種有“無核大十”、”紅果1號”、“紅果2號”、“紅果3號”和“白玉王”[1-3]，其果實(shí)又名桑椹，具有獨(dú)特的保健價(jià)值，富含以矢車菊-3-葡萄糖苷和矢車菊-3-蕓香苷為主的花色苷[4-5]，具有抗腫瘤、抗氧化、抗動脈粥樣硬化、抗風(fēng)濕消炎等生理功能[6]。Sakagami等[7-8]還發(fā)現(xiàn)果桑具有抗艾滋病的作用，其活性是藍(lán)莓果汁的4倍多，且具有很強(qiáng)的清除自由基能力。Isabelle等[9]研究認(rèn)為桑果中的花色苷含量、多酚化合物含量、原花青素含量與自由基清除能力間有顯著的相關(guān)性。

微波是一種頻率300～300000MHz的電磁波，微波輔助提取則是利用微波提高提取效率的一種新技術(shù)，具有提取時(shí)間短、效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，在天然產(chǎn)物提取和分析領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛[10-14]。Sutivisedsak等[15]利用微波輔助技術(shù)提取豌豆中的酚類化合物，發(fā)現(xiàn)微波輔助提取產(chǎn)物提取率是常規(guī)方法提取提取率的2～3倍。本研究以果?！盁o核大十”為研究材料，分析料液比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、pH值、微波功率、提取時(shí)間對果桑花色苷提取效果的影響，優(yōu)化微波輔助提取果?；ㄉ盏奶崛」に噮?shù)，為果桑保健產(chǎn)品的開發(fā)和評價(jià)提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

果桑：品種為“無核大十”，2009年5月采自陜西省周至縣果桑產(chǎn)業(yè)示范園。采摘后的果桑裝于保鮮袋，置于－40℃冰箱中保存。使用時(shí)解凍。

NaOH、KCl、磷酸、醋酸鈉、乙醇、冰乙酸(均為分析純)。

1.2 儀器與設(shè)備

SC-3610低速離心機(jī) 安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司；WD900ASL25R-2微波提取裝置(根據(jù)試驗(yàn)要求改裝，圖1) 廣東格蘭仕集團(tuán)有限公司；U V 1700 pharmaspec型紫外-可見分光光度計(jì) 日本島津公司。

圖1 微波提取裝置Fig.1 Schematic diagram for a microwave-assisted extraction instrument

1.3 方法

1.3.1 果桑中總花色苷的微波輔助提取方法

將預(yù)處理過的果桑研磨，稱取2.00g左右的果漿，置于100mL的圓底燒瓶中，加入一定量乙醇提取溶劑，放入微波提取裝置中，在一定條件下微波輔助提取后過濾，將上清液轉(zhuǎn)入50mL的離心管中， 5400r/min離心15min，定容至50mL測定其吸光度。

1.3.2 果?；ㄉ兆畲笪詹ㄩL的確定

取果桑花色苷提取液適量，用紫外-可見分光光度計(jì)在400～700nm掃描測定提取液的吸收光譜，確定其最大吸收波長。經(jīng)掃描后確定果?；ㄉ赵诓ㄩL為515nm處有最大吸收峰。

1.3.3 微波輔助提取果?；ㄉ盏膯我蛩卦囼?yàn)

以料液比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、p H值、微波功率、提取時(shí)間作為考察因素，進(jìn)行單因素試驗(yàn)，以確定各因素的適宜范圍。

1.3.3.1 料液比對果?；ㄉ仗崛⌒Ч挠绊?/p>

分別以料液比(g/mL)1:5、1:10、1:15、1:20和1:25，乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%，pH值為1，在微波功率為450W條件下，提取100s，過濾、離心，定容后在波長515nm處測定吸光度。

1.3.3.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對果桑花色苷提取效果的影響

分別以體積分?jǐn)?shù)30%、40%、50%、60%、70%和80%，pH1的乙醇溶液，料液比1:15，在微波功率450W條件下，提取100s，過濾、離心，定容后在波長515nm處測定吸光度。

1.3.3.3 pH值對果桑花色苷提取效果的影響

以料液比為1:15，分別加入pH值為1、2、3、4和5的60%乙醇溶液，在微波功率450W條件下，提取100s，過濾、離心，定容后在波長515nm處測定吸光度。

1.3.3.4 微波功率對果?；ㄉ仗崛⌒Ч挠绊?/p>

加入pH值為1的60%乙醇溶液，料液比1:15，分別在微波功率為0、270、360、450、540、630W和720W條件下，提取100s，過濾、離心，定容后在波長515nm處測定吸光度。

1.3.3.5 微波提取時(shí)間對果?；ㄉ仗崛⌒Ч挠绊?/p>

以料液比為1:15，加入pH值為1、體積分?jǐn)?shù)60%的乙醇溶液，在微波功率450W條件下分別提取40、60、80、100、120、140s，過濾、離心，定容后在波長515nm處測定吸光度。

1.3.4 微波輔助提取果?；ㄉ盏恼辉囼?yàn)

依據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取L16(45)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，優(yōu)化微波輔助提取的各因素試驗(yàn)條件，因素水平表見表1。

表1 微波輔助提取正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels in the orthogonal array design

1.3.5 果?？偦ㄉ盏臏y定方法

采取pH值示差法測定果?；ㄉ盏奶崛÷蔥16]。

式中：A515為桑椹花色苷在最大吸光處的吸光度；A700為桑椹花色苷在700nm處的吸光度。MW為相對分子質(zhì)量，以矢車菊素-3-葡萄糖苷為標(biāo)準(zhǔn)，449.4；DF為稀釋倍數(shù)；ε為消光系數(shù)，26900L·cm-1·mg-1；1為光程(1cm)。V為提取液總體積/mL；m為樣品質(zhì)量/g。

1.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法

采用DPS7.55設(shè)計(jì)試驗(yàn)和處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波輔助提取果桑花色苷的單因素試驗(yàn)

2.1.1 料液比對桑椹花色苷提取效果的影響

圖2 料液比對果?；ㄉ仗崛⌒Ч挠绊慒ig.2 Effect of material/liquid ratio on the extraction of anthocyanins

由圖2可知，料液比對桑椹花色苷的提取效果有較大影響，提取液的吸光度隨料液比的減小而增大。但當(dāng)料液比低于1:15時(shí)，增幅開始變小。若再增大料液比對于果桑花色苷提取效果影響不大。因此，當(dāng)料液比1:15為提取效果較好。

2.1.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對果桑花色苷提取效果的影響

圖3 乙醇體積分?jǐn)?shù)對果?；ㄉ仗崛⌒Ч挠绊慒ig.3 Effect of material/liquid ratio on the extraction of anthocyanins

乙醇由于成本低、毒性小、提取效率高，是提取多酚類化合物最為常用的溶劑，其體積分?jǐn)?shù)對提取效果有重要的影響。乙醇體積分?jǐn)?shù)對果?；ㄉ盏奶崛⌒Ч鐖D3所示。

由圖3可知，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大，提取液的吸光度也隨之增大。但當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到60%后，吸光度達(dá)到最大值，再增加乙醇體積分?jǐn)?shù)，吸光度變幅很小。由于乙醇是易揮發(fā)性液體，微波輔助提取時(shí)，微波瞬間發(fā)出極大熱量，高體積分?jǐn)?shù)的乙醇易揮發(fā)。所以，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到一定值，再提高乙醇體積分?jǐn)?shù)對于提高花色苷的提取率影響不大。

2.1.3 pH值對果?；ㄉ仗崛⌒Ч挠绊?/h4>

pH值對花色苷穩(wěn)定性影響較顯著，不同的pH值溶液，花色苷結(jié)構(gòu)不同并呈現(xiàn)不同的顏色，當(dāng)pH值較低時(shí)，花色苷穩(wěn)定性較高，當(dāng)pH值逐漸增大時(shí)，花色苷的結(jié)構(gòu)由紅色的花烊式轉(zhuǎn)化為無色的擬堿式，然后經(jīng)過查耳酮式結(jié)構(gòu)分解為褐色產(chǎn)物。pH值對果?；ㄉ仗崛⌒Ч挠绊懸妶D4。

圖4 pH值對果?；ㄉ仗崛⌒Ч挠绊慒ig.4 Effect of pH on the extraction of anthocyanins

由圖4可得出，當(dāng)pH值為1時(shí)，桑椹花色苷的吸光度最大，當(dāng)pH＞1時(shí)，桑椹花色苷的吸光度明顯降低，在pH在2～5范圍內(nèi)，吸光度變化不大，說明當(dāng)pH值為1時(shí)提取效果最好。因此，在進(jìn)行正交試驗(yàn)時(shí)，將pH值確定為1。

2.1.4 微波功率對果?；ㄉ仗崛⌒Ч挠绊?/h4>

圖5 微波功率對果?；ㄉ仗崛⌒Ч挠绊慒ig.5 Effect of microwave power on the extraction of anthocyanins

微波加熱是利用分子極化或離子導(dǎo)電效應(yīng)直接對物質(zhì)進(jìn)行加熱，加熱效率高、升溫快速均勻，不同的微波功率微波的發(fā)射強(qiáng)度不同，對物質(zhì)的提取效果影響也不同。微波功率對果?；ㄉ仗崛⌒Ч挠绊懸妶D5。從圖5可看出，當(dāng)微波功率在0～450W范圍內(nèi)，提取液的吸光度隨著微波功率的增大而增大，當(dāng)微波功率達(dá)到450W時(shí)，提取液的吸光度達(dá)到最大值，再隨著微波功率的增加吸光度沒有明顯的變化，由此可知，微波功率為450W時(shí)為提取效果較好。

2.1.5 提取時(shí)間對果?；ㄉ仗崛⌒Ч挠绊?/h4>

圖6 微波提取時(shí)間對果?；ㄉ仗崛⌒Ч挠绊慒ig.6 Effect of length of microwave treatment time on the extraction of anthocyanins

由圖6可知，隨著提取時(shí)間的延長，提取液的吸光度呈緩慢增加趨勢，當(dāng)提取時(shí)間為100s時(shí)，提取液的吸光度最大，說明提取效果好。當(dāng)提取時(shí)間再增加時(shí)，吸光度開始有下降的趨勢，其原因可能是微波可以瞬間產(chǎn)生大量熱量，溫度較高，當(dāng)加熱時(shí)間過長，對花色苷可能有破壞作用。所以，提取時(shí)間為100s時(shí)為宜。

2.2 微波輔助提取果桑花色苷的正交試驗(yàn)

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Orthogonal array design layout and experimental results

表3 方差分析表Table 3 Variance analysis for the yield of anthocyanins with various extraction conditions

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，確定提取溶劑的pH值為1，以料液比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、微波功率、提取時(shí)間為考察因素，以花色苷提取率為指標(biāo)，選擇L16(45)正交表，進(jìn)行四因素四水平正交試驗(yàn)，試驗(yàn)重復(fù)兩次。正交試驗(yàn)結(jié)果見表2，方差分析結(jié)果見表3。

從表2可得，各因素對果?；ㄉ仗崛÷实挠绊懼鞔雾樞?yàn)锳＞D＞C＞B。微波輔助提取果桑花色苷的最優(yōu)組合為A3B4C3D4，即料液比1:20、乙醇體積分?jǐn)?shù)70%、提取時(shí)間100s、微波功率540W。

由表3可知，各因素對果?；ㄉ仗崛÷实挠绊懢_(dá)到極顯著(P＜0.01)。

由于優(yōu)化出的組合不在正交表中，因此需要進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，在優(yōu)化出的提取條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，重復(fù)3次。花色苷平均提取率為2.89mg/g，高于正交試驗(yàn)16個(gè)組合條件下的提取率，因此確定微波輔助提取果?；ㄉ盏墓に噮?shù)：料液比1:20(g/mL)、70%乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間100s、微波功率540W和pH值為1。

3 結(jié) 論

利用微波輔助提取法，通過單因素和正交試驗(yàn)優(yōu)化果?；ㄉ仗崛〉墓に噮?shù)，最佳提取條件為料液比1:20(g/mL)、乙醇體積分?jǐn)?shù)70%、pH1、微波功率540W和提取時(shí)間100s，在此條件下果?；ㄉ盏奶崛÷蕿?.89mg/g。各因素對果?；ㄉ仗崛÷视绊懙闹鞔雾樞颍毫弦罕龋疚⒉üβ剩咎崛r(shí)間＞乙醇體積分?jǐn)?shù)，且4個(gè)因素對花色苷提取率的影響均達(dá)到了極顯著水平(P＜0.01)。

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Microwave-assisted Extraction of Total Anthocyanins from Mulberry Fruit

ZHANG Chao-hong，GU Yue-hua，F(xiàn)ANG Hong-juan，F(xiàn)AN Ming-tao，LI Ju-xiu*
(College of Food Science and Engineering, Northwest A & F University, Yangling 712100, China)

R284.2

A

1002-6630(2010)18-0192-04

2010-06-23

陜西省科技廳科技計(jì)劃項(xiàng)目(2009K01-17)

張朝紅(1973—)，男，博士研究生，主要從事食品化學(xué)研究。E-mail：zhangchh@nwsuaf.edu.cn

*通信作者：李巨秀(1972—)，女，副教授，博士，主要從事食品功能化學(xué)研究。E-mail：juxiuli@msn.com