楊梅渣中多酚類物質(zhì)的超聲波輔助提取研究

朱瑞瑜，方忠祥，葉興乾，陳健初，劉東紅，吳 丹

(浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，浙江杭州310029)

楊梅渣中多酚類物質(zhì)的超聲波輔助提取研究

朱瑞瑜，方忠祥*，葉興乾，陳健初，劉東紅，吳 丹

(浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，浙江杭州310029)

楊梅中的多酚類物質(zhì)具有獨(dú)特的生物活性。利用超聲波輔助提取楊梅渣中的多酚類物質(zhì)、總花色苷，得出的最佳提取條件為20kHz的超聲頻率、30W的超聲功率，在60℃下提取70min。

楊梅渣，多酚，花色苷，超聲波提取

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

楊梅渣 含水量約為70%，由浙江聚仙莊飲品有限公司提供;甲醇、乙醇、丙酮、濃鹽酸、碳酸鈉、沒食子酸、福林酚試劑 均為分析純，購自上?；瘜W(xué)試劑有限公司。

水浴恒溫振蕩器THZ-82 江蘇金壇億通電子有限公司;KA-1000臺式離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠;722光柵分光光度計(jì) 上海第三分析儀器廠;旋轉(zhuǎn)式超聲波聚焦儀處理器 廣州市辛諾科超聲設(shè)備有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 總酚含量的測定 采用 Sellappan［8］等人的Folin-Ciocalteau方法，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)稍有改動(dòng)。取樣品液(提取液)0.5mL，加入到25mL容量瓶中，同時(shí)加入9.5mL蒸餾水，再加入1mL福林酚試劑，混勻后加5mL濃度為5%的碳酸鈉溶液，混勻，室溫避光放置1h后，加蒸餾水定容至25mL，利用分光光度計(jì)在750nm下測定吸光值。配制濃度梯度為100、200、300、400、500mg/L的沒食子酸(GA)標(biāo)準(zhǔn)溶液，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。測定結(jié)果以相當(dāng)于多少mg/g鮮重(FW)表示。

1.2.2 總花色苷含量的測定 取10mL的試管兩支，各加入0.5mL樣品液，再分別加入pH1.0和pH4.5的緩沖液各9.5mL，避光平衡30min，以蒸餾水作對照，用紫外-可見分光光度計(jì)在510nm和700nm處分別測定吸光度值?；ㄉ蘸坑?jì)算如下［9］:

其中:A510、A700為pH1.0下的吸光度值;A'510、A'700為pH4.5下的吸光度值;L為比色杯的寬度，大多數(shù)為1cm，即L值為1;ε為楊梅中主要花色苷矢車菊3-葡萄糖苷的摩爾吸光系數(shù)26900;449.2為矢車菊3-葡萄糖苷的相對分子量?；ㄉ蘸拷Y(jié)果以mg/g鮮重(FW)表示。

1.2.3 超聲波輔助提取 在前期預(yù)備實(shí)驗(yàn)中，采用普通的溶劑提取楊梅渣中花色苷及多酚類物質(zhì)的最佳條件為用60%的乙醇，料液比(質(zhì)量/體積比)為1∶10，在60℃下恒溫水浴振搖提取1h。以此為參照，稱取楊梅渣5g(精確到0.01g)，加入60%乙醇50mL，以不同的超聲頻率、超聲處理時(shí)間、超聲提取溫度和超聲功率輔助提取后，用4000r/min的速度離心10min，取上清液，測定總酚和花色苷的含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為三次測定的平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同提取方法的比較

根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，比較了相同條件下溶劑提取和超聲波提取這兩種方法對楊梅渣中多酚類物質(zhì)(包括花色苷)提取效果的影響?？紤]到60℃時(shí)超聲波處理可能會(huì)使溶劑溫度明顯上升，從而影響到溶劑提取和超聲波提取的可比較性，因此，選擇了室溫(15℃)條件，此溫度下，超聲處理1h對溶劑溫度的影響不大。綜合考慮，溶劑提取的條件為采用60%的乙醇，料液比為1∶10，在暗處室溫下水浴振搖提取1h。超聲波提取的條件為采用60%的乙醇，料液比為1∶10，超聲頻率20kHz，功率8W，在暗處室溫下1h。同時(shí)，設(shè)立一個(gè)對照，采用60%的乙醇，料液比為1∶10，在暗處室溫自來水環(huán)境中靜置1h。結(jié)果如表1所示。

表1 提取方法對楊梅渣中的總酚和總花色苷提取效果的影響

由表1可知，三種提取方法中，超聲波輔助提取法的提取效果最佳，溶劑振搖提取法其次，對照組溶劑靜置提取法效果最差。利用超聲波提取的總酚含量和花色苷含量分別比溶劑振搖提取高13.3%和21.8%;比對照組高54.5%和58.3%。

因此，進(jìn)行超聲波輔助法提取楊梅渣中多酚類物質(zhì)的研究是有意義的。

2.2 超聲頻率的影響

根據(jù)本實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有超聲設(shè)備和儀器的性能，選擇的超聲頻率分別為20、60、100kHz，設(shè)定超聲功率為8W，在室溫(15℃)避光下超聲提取30min，結(jié)果如圖1所示。

圖1 超聲頻率對楊梅渣中的總酚和總花色苷提取的影響

由圖1可知，選用20、60、100kHz三個(gè)頻率，楊梅渣提取液中總酚的含量分別為16.5、11.9、5.1mg/g;楊梅渣的總花色苷含量分別為2.2、1.7、1.4mg/g，20kHz的超聲頻率對楊梅渣中的總酚和總花色苷提取效果均為最佳。20kHz的超聲頻率對楊梅渣中總酚和花色苷的提取效果最好，而頻率上升時(shí)提取效率卻下降的原因，其機(jī)理有待于進(jìn)一步的研究。本實(shí)驗(yàn)選擇20kHz為楊梅渣提取的超聲頻率。

2.3 超聲處理時(shí)間的影響

設(shè)定超聲波頻率為20kHz，超聲功率為8W，在室溫(15℃)避光條件下分別超聲處理10、30、50、70、90、110min，以提取楊梅渣中的花色苷及多酚類物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 超聲時(shí)間對楊梅渣中的總酚和總花色苷提取的影響

由圖2可知，隨著提取時(shí)間的延長，楊梅渣中總酚提取物的含量緩慢增加，當(dāng)時(shí)間達(dá)到90min時(shí)，含量最高，之后，總酚提取物的含量緩慢下降。超聲時(shí)間分別為70、90、110min時(shí)，所提取的總酚含量分別為16.2、17.1、16.3mg/g，90min的提取含量比70min和110min的提取含量分別提高了5.6%和4.9%，但沒有達(dá)到統(tǒng)計(jì)意義上的顯著性差異。

當(dāng)超聲處理時(shí)間達(dá)到90min時(shí)，提取效果最佳。超聲時(shí)間為90min時(shí)的總花色苷提取含量(3.2 mg/g)比70min時(shí)的總花色苷提取含量(3.1mg/g)提高了3.4%，但也沒有達(dá)到顯著性差異。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)一個(gè)比較特別的現(xiàn)象，在10～50min之間，花色苷的提取含量增加較緩慢，這可能是因?yàn)樵谶@個(gè)時(shí)間段內(nèi)，提取出來的花色苷都是游離狀態(tài)的花色苷;在50～70min之間，楊梅渣中總花色苷提取物的含量明顯上升，可能在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，和纖維素、蛋白質(zhì)等物質(zhì)結(jié)合的花色苷大量溶出。90min后，隨著時(shí)間的延長，提取物的含量反而緩慢降低，推測可能是由于過長時(shí)間的超聲處理導(dǎo)致總酚及花色苷的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。另外，超聲波處理會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)，使得溫度升高，當(dāng)時(shí)間過長，多酚(包括花色苷)的氧化效應(yīng)超過超聲波提取效應(yīng)，就會(huì)造成多酚(包括花色苷)提取率下降［10］。

根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，同時(shí)考慮到超聲處理的時(shí)間越長，能耗越高，而90min的提取效率與70min相比并沒有顯著性提高，實(shí)驗(yàn)選擇70min作為超聲提取楊梅渣中總酚和總花色苷的最佳時(shí)間。

2.4 最佳超聲功率的確定

設(shè)定超聲波頻率為20kHz，分別以3.2、8、30、56W的功率在室溫(15℃)避光條件下超聲處理70min，楊梅渣中總酚和花色苷的含量如圖3所示。

圖3 超聲功率對楊梅渣中總酚和總花色苷提取的影響

由圖3可知，隨著超聲功率的增大，楊梅渣中多酚的提取含量也隨之增大，30W時(shí)的多酚提取物含量為16.0mg/g，56W時(shí)的多酚提取物含量為16.4mg/g，比前者提高了2.5%，但兩者也沒有顯著性差異。

隨著超聲功率的增大，楊梅渣中花色苷的提取物含量也隨之增大。當(dāng)功率達(dá)到30W時(shí)，花色苷的提取物含量最高，達(dá)到3.0mg/g。之后，隨著功率的繼續(xù)增大，提取物中花色苷的含量反而下降，當(dāng)功率為56W時(shí)，花色苷的含量為2.9mg/g，過高的功率可能導(dǎo)致了花色苷的破壞。考慮到節(jié)約能耗，本實(shí)驗(yàn)選擇30W作為最佳的超聲功率。

2.5 超聲處理溫度的影響

設(shè)定超聲波頻率為20kHz，超聲功率為30W，在室溫避光條件下分別以30、45、60、75、90℃的溫度超聲處理70min，楊梅渣提取物中總酚和花色苷的含量如圖4所示。

圖4 超聲溫度對楊梅渣中的總酚和總花色苷提取的影響

由圖4可知，隨著溫度的上升，楊梅渣中多酚的提取含量也增加，當(dāng)溫度達(dá)到75℃時(shí)，楊梅渣多酚提取物的含量最高，達(dá)到27.6mg/g。隨著溫度的繼續(xù)上升，多酚的含量反而明顯下降(16.7mg/g)。

楊梅渣中總花色苷提取物的含量也隨著溫度的上升緩慢增加，但增加的速度沒有總酚明顯。當(dāng)溫度達(dá)到60℃時(shí)總花色苷提取物的含量達(dá)到最大(3.0mg/g)。隨著溫度的繼續(xù)上升，總花色苷的含量明顯下降，當(dāng)溫度從75℃升高到90℃時(shí)，提取物中花色苷的含量幾乎為零，說明90℃的高溫可導(dǎo)致花色苷的急速降解。同時(shí)，在高溫和超聲的共同作用下，提取液乙醇的揮發(fā)非常明顯，也可能是提取效果下降的一個(gè)原因。有人研究認(rèn)為，當(dāng)超聲提取的溫度升高時(shí)，溶劑中的小氣泡增多，對超聲波的空化作用有利;但是當(dāng)溫度過高時(shí)，氣泡中的蒸汽壓太高，從而使得氣泡在閉合時(shí)增強(qiáng)了緩沖作用，而空化作用減弱，提取效率反而下降［11］。

因此，本實(shí)驗(yàn)選擇60℃作為提取楊梅渣中總酚物質(zhì)和總花色苷的最佳溫度。

3 結(jié)論

綜上考慮，得到提取楊梅渣中多酚類物質(zhì)及花色苷的超聲波條件為20kHz的超聲頻率、30W的超聲功率，在60℃下暗處提取70min。本實(shí)驗(yàn)參數(shù)對于工業(yè)化超聲輔助提取楊梅渣中的多酚類物質(zhì)具有一定參考價(jià)值。

［1］Zai L，Zhang S L，Chen D M.Red Bayberry—A valuable evergreen tree fruit for tropical and subtropic areas［J］.Acta Horticulture，1992，32:112-121.

［2］Auger C，Caporiccio B，Landrault N.et al.Red wine Phenolic compounds reduce plasma lipids and apolipoprotein B and prevent early aortic atheroselerosis in hypercholesterolemic Golden Syrian hamster(Mesocricetus auratus)［J］.Nutr Metab，2001，131:2837 -2842.

［3］Chethan S，G.MalleshiN.Fingermilletpolyphenols: Optimization of extraction and the effect of pH on their stability［J］.Food Chem，2007，105:862-870.

［4］Javier R L，Cesar O F，Pedro W E.Changes in anthocyanin concentration in lychee(litchi chinensis sonn)pericarp during maturation［J］.Food Chem，1999，65:195-200.

［5］黃鎖義，羅建華，蒙春越，等.超聲波提取腎蕨總黃酮及鑒別［J］.時(shí)珍國醫(yī)國藥，2007(1):154-155.

［6］黃阿根，董瑞建.功能性成分提取與分離純化方法研究進(jìn)展［J］.揚(yáng)州大學(xué)烹飪學(xué)報(bào)，2006(1):59-62.

［7］Fang Z X，Zhang M，Sun Y F，et al.How to improve bayberry (Myrica rubra Sieb.et Zucc.)juice color quality:the effect of juice processing on bayberry anthocyanins and polyphenolics［J］.J Agric Food Chem，2006，54:99-106.

［8］Sellappan S，Akoh C C，Krewer G.Phenolic compounds and antioxidantcapacity of Georgia- grown blueberries and blackberries［J］.J Agric Food Chem，2002，50:2432-2438.

［9］Giusti M M，Wrolstad R E.Unit F1.2:Anhtocynins. Characterization and measurement with UV-visible spectroscopy［M］.In:Wrolstad，R.E.，editor.Current Protocols in Food Analytical Chemistry.New York:John Wiley＆Sons，2001.

［10］金瑩.蘋果多酚的超聲波提取及其抗氧化性研究［D］.山東:山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

［11］李春陽，許時(shí)嬰，王璋.從葡萄廢棄物中提取分離多酚類生物活性物質(zhì)［J］.食品科技，2004(6):88-93.

Ultrasound assisted extraction of polyphenols from bayberry pomace

ZHU Rui-yu，F(xiàn)ANG Zhong-xiang*，YE Xing-qian，CHEN Jian-chu，LIU Dong-hong，WU Dan
(School of Biosystems Engineering and Food Science，Zhejiang University，Hangzhou 310029，China)

Polyphenols in the pomace of bayberry(Myrica rubra Sieb.et Zucc.)have some particular biological activities.Ultrasound assisted extraction was used to extract polyphenols from bayberry pomace.A frequency of 20kHz and a ultrasonic power of 30W were suitable to extract the polyphenols at 60℃ for 70min.

bayberry pomace;polyphenols;anthocyanins;ultrasound assisted extraction

TS255.44

B

1002-0306(2011)11-0315-03

楊梅(Myrica rubra Sieb et Zucc.)是原產(chǎn)于中國的亞熱帶果樹，已有2000多年的栽培歷史，其風(fēng)味獨(dú)特，果色艷麗，有較高的營養(yǎng)與保健價(jià)值，深受人們的喜愛［1］。植物多酚是植物體內(nèi)的多羥基酚類衍生物，具有較強(qiáng)的生物活性。據(jù)報(bào)道，紅酒多酚具有抗炎活性［2］，穇子多酚可降低患糖尿病和胃腸道疾病的風(fēng)險(xiǎn)［3］，楊梅果實(shí)中的花色苷等多酚類物質(zhì)有較好的抗氧化和清除自由基的能力［4］。目前，從植物中提取多酚類物質(zhì)的方法主要有溶劑浸提法、超聲波輔助提取法、酶解提取法、超臨界流體萃取法等。其中，超聲波能產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，運(yùn)用其機(jī)械效應(yīng)、空化效應(yīng)及熱效應(yīng)，破壞植物細(xì)胞壁，加速胞內(nèi)物質(zhì)的釋放、擴(kuò)散和溶解，具有能量消耗低、提取效率高、不破壞有效成分等特點(diǎn)，其應(yīng)用日益受到研究者的重視［5-6］。楊梅渣是楊梅榨汁后的副產(chǎn)物，目前工廠大都把它作為廢棄物而處理掉。然而，楊梅渣中仍含有大量的有效成分如花色苷等多酚類物質(zhì)［7］。將楊梅渣中的多酚類物質(zhì)提取出來加以利用，不僅可以提高產(chǎn)品的附加值，還可以減少環(huán)境污染。本實(shí)驗(yàn)研究了超聲波輔助提取法對楊梅渣中多酚類物質(zhì)提取效率的影響，為工業(yè)化生產(chǎn)提供依據(jù)。

2009-12-24 *通訊聯(lián)系人

朱瑞瑜(1986-)，女，博士研究生，研究方向:農(nóng)產(chǎn)品加工。

浙江省重大科技專項(xiàng)(2008C02005-2);教育創(chuàng)新工程重大項(xiàng)目培育資金(707034)。