微波輔助提取油橄欖果渣多酚*

孔維寶，李陽，白萬明，許曉卉，張繼

1(西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，甘肅蘭州，730070)2(甘肅特色植物有效成分制品工程技術(shù)研究中心，甘肅蘭州，730070)

微波輔助提取油橄欖果渣多酚*

孔維寶1，2，李陽1，白萬明1，許曉卉1，張繼1，2

1(西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，甘肅蘭州，730070)2(甘肅特色植物有效成分制品工程技術(shù)研究中心，甘肅蘭州，730070)

利用微波輔助技術(shù)對(duì)油橄欖加工果渣中多酚的提取工藝進(jìn)行了研究，考察了提取方式、溶劑種類和濃度、料液比、微波提取功率、處理時(shí)間等因素對(duì)油橄欖果渣多酚提取含量的影響。結(jié)果表明:微波輔助提取油橄欖果渣多酚的提取量比常規(guī)溶劑提取方法提高18%～38%，適宜提取溶劑為乙醇。正交實(shí)驗(yàn)確定的優(yōu)化工藝為:料液比1∶20(g∶mL)、微波功率300 W、處理時(shí)間3 min、乙醇體積分?jǐn)?shù)60%，在此優(yōu)化條件下，油橄欖果渣多酚含量可達(dá)1.02%。

油橄欖果渣，微波輔助提取，多酚

多酚物質(zhì)是油橄欖的主要活性物質(zhì)之一，主要存在于橄欖葉和橄欖果中。橄欖多酚具有很強(qiáng)的抗氧化能力，它既能減輕蛋白質(zhì)的氧化、預(yù)防冠心病動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生，還具有舒緩血管平滑肌、降血脂、降血糖的藥理作用［1］。目前，橄欖油均采用冷榨法生產(chǎn)，加工時(shí)產(chǎn)生的大量果渣直接廢棄或利用價(jià)值不高，造成其中富含的活性多酚類物質(zhì)的資源浪費(fèi)。因此，以油橄欖加工果渣作為原料提取生產(chǎn)多酚物質(zhì)，既能獲得天然抗氧化劑，又可延長油橄欖產(chǎn)業(yè)鏈，具有廣闊的開發(fā)前景。

提取多酚物質(zhì)時(shí)多采用常規(guī)的加熱回流提取方法［2－4］，提取效率相對(duì)較低、能耗較高。隨著微波技術(shù)的快速發(fā)展，微波輔助提取方法在植物有效成分的提取領(lǐng)域得到了廣泛的研究［5］。由于微波加熱是一種瞬時(shí)穿透式的加熱方法，在微波場(chǎng)的作用下細(xì)胞被破壁，從而加快了萃取速率，微波輔助提取方法具有穿透力和選擇性強(qiáng)、加熱效率高、操作方法簡單、清潔高效等優(yōu)點(diǎn)［6］。本文利用微波輔助提取技術(shù)，通過單因素和正交實(shí)驗(yàn)研究了提取方式、溶劑種類和濃度、料液比、微波功率、處理時(shí)間等因素對(duì)油橄欖果渣多酚提取含量的影響，優(yōu)化了其提取工藝，以期為油橄欖加工廢棄物的綜合利用提取技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

油橄欖加工果渣由隴南田園油橄欖科技開發(fā)有限公司提供。

1.2 試劑與儀器

蒸餾水，正己烷、無水乙醇、沒食子酸、Na2CO3等均為分析純?cè)噭?復(fù)合纖維素酶(寧夏和氏璧生物技術(shù)有限公司)、Folin-Ciocalteu試劑(上海荔達(dá)生物科技有限公司)。

BS210S型分析天平(北京賽多利斯天平有限公司)，HHS-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋(江蘇國華電器有限公司)，SY-1000型超聲波清洗器(上海寧商超聲儀器有限公司)，101-3型電熱鼓風(fēng)烘箱(上海市上海縣第二五金廠)，Labtech UV-3 000紫外可見分光光度計(jì)(北京萊伯泰科儀器有限公司)，APL17型實(shí)驗(yàn)用微波儀(上海新儀微波化學(xué)科技有限公司)，HR1861型榨汁機(jī)(荷蘭皇家飛利浦電子公司)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 油橄欖果渣樣品的制備

取在－20℃保存的新鮮果渣樣品置于60℃電熱鼓風(fēng)烘箱內(nèi)烘干，先用適量的正己烷萃取果渣油，然后用濾紙過濾，減壓回收溶劑后得到果渣油，殘?jiān)谕L(fēng)櫥中風(fēng)干，用榨汁機(jī)粉碎過篩后作為多酚提取樣品。

1.3.2 油橄欖果渣多酚的提取

稱取樣品5.00 g置于250 mL錐形瓶中，按一定料液比加入提取溶劑，然后置于帶冷凝回流器的不同裝置上萃取。提取結(jié)束后經(jīng)濾紙過濾、溶劑洗滌、定容、稀釋，待測(cè)提取液中的多酚含量。

1.3.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在研究不同提取方式、溶劑種類與濃度對(duì)橄欖果渣多酚含量影響的基礎(chǔ)之上，選取不同料液比、微波功率、處理時(shí)間等分別進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，最后再利用正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化提取工藝。

1.4 多酚含量的測(cè)定

油橄欖果渣多酚含量的測(cè)定采用Folin-Ciocalteu法［7］。取稀釋5倍的樣品0.5 mL加到2.5 mL新鮮稀釋10倍的Folin-Ciocalteu試劑中，搖勻，反應(yīng)2～5 min后加入2 mL 7.5%的Na2CO3溶液，搖勻，1 min后加水至10 mL，室溫放置2 h后在760 nm波長下測(cè)定吸光值，以沒食子酸為標(biāo)樣，由標(biāo)準(zhǔn)方程［y=216.44 x+0.116 2，R2=0.999 3，x:吸光度，y:沒食子酸濃度(mg/L)］計(jì)算提取液中的多酚含量，換算成mg沒食子酸/g橄欖果渣，果渣多酚含量以質(zhì)量%表示。文中所列數(shù)據(jù)均為6次平行測(cè)定的平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同提取方法對(duì)橄欖果渣多酚含量的影響

為了考察不同提取方法對(duì)橄欖果渣多酚提取效率的影響，分別采用常規(guī)提取(按50%乙醇、料液比1∶20、40℃水浴、200 r/min 攪拌提取 30 min)方法，微波1、3 min 處理(50% 乙醇、料液比 1∶20、300W)，纖維素酶處理(先用含0.5%復(fù)合纖維素酶的酶液按料液比1∶10，50℃保溫預(yù)處理果渣1h，然后添加無水乙醇至濃度為50%，在40℃、200 r/min條件下繼續(xù)攪拌提取30 min)，超聲波輔助提取(按50%乙醇、料液比1∶20、40℃、200W超聲波輔助提取30 min)等不同方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同提取方法對(duì)多酚含量的影響

由圖1可知，提取方法對(duì)果渣多酚的提取效率影響顯著。與常規(guī)熱水浴攪拌提取法相比較，微波、超聲波輔助提取顯示出一定的優(yōu)勢(shì)。利用微波輔助提取的多酚含量比常規(guī)方法的含量提高18%(1 min處理)～38%(3 min處理)，超聲波輔助提取比常規(guī)方法提高12%，而纖維素酶預(yù)處理并沒有提高多酚的提取效率。分析原因認(rèn)為，超聲波的機(jī)械粉碎和空化效應(yīng)等作用，可使物質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)頻率和速度增大，組織內(nèi)部或膠體里的有效成分溶出速度和溶出質(zhì)量得到提高［8－9］。而微波處理加快了細(xì)胞的破碎，使極性分子隨微波的頻率擺動(dòng)并產(chǎn)生熱量，使體系更加分散，原料內(nèi)部溫度得到全面、快速、均勻的升高，更有利于物質(zhì)的溶出，從而增強(qiáng)了溶劑對(duì)多酚的提?。?0］。結(jié)果表明，微波輔助萃取技術(shù)適合于橄欖果渣多酚的提取。

2.2 溶劑種類和濃度對(duì)橄欖果渣多酚含量的影響

為了考察橄欖果渣多酚的提取過程中溶劑種類和濃度的影響，分別選用體積分?jǐn)?shù)為50%的甲醇、乙醇、丙酮溶液以及無水甲醇、乙醇、丙酮作為萃取劑，在料液比為1∶20、微波功率300 W、轉(zhuǎn)速200 r/min的條件下，微波提取3 min，結(jié)果如圖2所示。不同乙醇濃度對(duì)果渣多酚提取的影響如圖3所示。

圖2 溶劑種類對(duì)多酚含量的影響

圖3 乙醇濃度對(duì)多酚含量的影響

圖2 的結(jié)果表明，50%丙酮作為萃取溶劑時(shí)，多酚含量最高，為0.68%，50%乙醇次之。無水有機(jī)溶劑的提取效果均低于含水有機(jī)溶劑，無水乙醇的提取效果最差。這主要與橄欖多酚的種類和性質(zhì)有關(guān)，而且乙醇濃度較低時(shí)，溶液中溶解的糖類、水溶性蛋白較多，乙醇濃度較高時(shí)，脂溶性物質(zhì)溶解較多，這些都會(huì)影響多酚的提取率［11］。從提取效率、成本和毒性等方面考慮，乙醇作為果渣多酚的提取溶劑較適宜。

由圖3分析可知，隨著乙醇濃度的增大，多酚含量先明顯提高，至濃度為50%時(shí)達(dá)到最大，之后含量又不斷降低，純水與無水乙醇的提取效果相對(duì)較差。分析其原因主要是由于果渣中的多酚部分為醇溶多酚，部分為水溶性多酚，醇水混合液更有利于不同種類多酚的溶解和浸提［12］。因此，乙醇溶液適宜作為油橄欖果渣多酚的提取溶劑。

2.3 微波提取工藝的單因素實(shí)驗(yàn)

2.3.1 料液比對(duì)多酚含量的影響

料液比是影響多酚浸出率的重要因素之一，適當(dāng)?shù)牧弦罕炔粌H能使原料中的多酚物質(zhì)得到充分提取，而且可減少溶劑的消耗、節(jié)約提取成本［13］。實(shí)驗(yàn)分別以不同料液比，在乙醇體積分?jǐn)?shù)50%、微波功率為300 W的條件下，提取3 min，結(jié)果如圖4所示。

圖4 料液比對(duì)多酚含量的影響

圖4 結(jié)果表明，橄欖果渣多酚含量隨料液比的增大而升高，這是因?yàn)槲⒉ㄝ椛浯崛悠窌r(shí)，會(huì)使其超微結(jié)構(gòu)特性遭到破壞，提取效率升高［14］。但當(dāng)料液比達(dá)到一定值后，繼續(xù)提高料液比對(duì)提取效率影響不大，反而有所下降。這是由于料液比較小時(shí)，果渣吸收的微波能量相對(duì)多，細(xì)胞破碎的程度比較好，多酚更易溶解擴(kuò)散于溶劑中;而溶劑體積增大時(shí)，橄欖果渣吸收的能量相對(duì)減少，細(xì)胞破碎程度相對(duì)減小，多酚溶解擴(kuò)散阻力相對(duì)較大，而且增大溶劑的消耗量使成本投入增加。本實(shí)驗(yàn)選擇的料液比為1∶20。

2.3.2 微波功率對(duì)多酚含量的影響

微波功率直接影響活性物質(zhì)的提取效率，不同微波處理功率對(duì)橄欖果渣多酚含量的影響如圖5所示。結(jié)果表明，隨著微波功率的增大，多酚含量先增高后降低，在微波功率為200 W時(shí)提取率達(dá)到最大，為1.00%。這是由于在一定時(shí)間內(nèi)，微波輻射功率越高，體系升溫越快，固液擴(kuò)散速度也越快，細(xì)胞破壁程度加大，有利于物料有效成分的浸出。但是，但當(dāng)微波功率增大到一定程度時(shí)會(huì)造成局部溫度過高，多酚物質(zhì)易在高溫條件下發(fā)生降解和氧化，使多酚的提取率降低［15］。

圖5 微波功率對(duì)多酚含量的影響

2.3.3 微波處理時(shí)間對(duì)多酚含量的影響

微波處理時(shí)間對(duì)多酚含量的影響如圖6所示。結(jié)果顯示，隨著微波處理時(shí)間的延長，多酚含量呈先上升后下降的趨勢(shì)，處理時(shí)間為2 min時(shí)，多酚含量達(dá)到最大值(1.05%)。這可能是由于隨著微波作用時(shí)間的延長，乙醇不斷蒸發(fā)使提取溶劑的有效濃度下降，同時(shí)由于提取時(shí)間延長時(shí)產(chǎn)生的高溫會(huì)導(dǎo)致多酚降解。

圖6 微波處理時(shí)間對(duì)多酚含量的影響

2.4 正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化橄欖果渣多酚的提取工藝

為獲得優(yōu)化的微波提取工藝，根據(jù)上述單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取乙醇濃度、料液比、提取時(shí)間和微波功率等因素進(jìn)行4因素3水平的正交實(shí)驗(yàn)，L9(34)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和極差分析如表2所示，方差分析結(jié)果如表3所示。

表1 L9(34)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

表3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析

由表2的數(shù)據(jù)分析可知，設(shè)定的各因素對(duì)橄欖果渣多酚含量均有明顯的影響，各因素的極差大小順序?yàn)锽＞D＞C＞A，由此得出四個(gè)因素的影響先后順序?yàn)?料液比＞功率＞時(shí)間＞乙醇體積分?jǐn)?shù)。表3的方差分析結(jié)果表明，在設(shè)定的水平范圍內(nèi)，料液比、微波功率對(duì)果渣多酚含量的影響高度顯著(P＜0.01)，微波處理時(shí)間的影響顯著(P＜0.05)，而乙醇體積分?jǐn)?shù)的影響不顯著。由均值分析可以看出，微波提取果渣多酚的最佳工藝組合為A3B2C3D3，即乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、料液比1∶20、微波處理時(shí)間3 min、微波功率300 W。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在此優(yōu)化條件下，果渣多酚含量為1.02%。

3 結(jié)論

本文通過探討不同提取方法、溶劑種類和濃度對(duì)油橄欖果渣多酚提取效率的影響，確定適宜的提取方法為微波輔助萃取法，最佳的溶劑為乙醇溶液。利用微波輔助提取的果渣多酚含量比常規(guī)溶劑提取方法的含量提高18%(1 min微波處理)～38%(3 min微波處理)。在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)獲得微波輔助提取油橄欖果渣多酚的優(yōu)化工藝為:乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、料液比1∶20、微波處理時(shí)間3 min、功率300 W。方差分析結(jié)果表明，料液比、微波功率和微波處理時(shí)間對(duì)油橄欖果渣多酚含量的影響顯著。在上述優(yōu)化條件下，果渣多酚的提取含量為1.02%。本文的研究表明，微波輔助提取技術(shù)具有高效快速、耗時(shí)短、能耗低等優(yōu)勢(shì)，在植物活性成分的提取生產(chǎn)中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

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Microwave Assisted Extraction of Ployphenols from Olive Processing Pomace

Kong Wei-bao1，2，Li Yang1，Bai Wan-ming1，Xu Xiao-hui1，Zhang Ji1，2
1(Northwest Normal University，Lanzhou 730070，China)2(Bioactive Products Engineering Research Center for Gansu Distinctive Plants，Lanzhou 730070，China)

The microwave assisted extraction(MAE)conditions including extraction methods，solvent types and concentrations，ratio of solid to liquid，microwave power，and controlling time of polyphenol from olive processing pomace were investigated.The results indicated that the polyphenol content extracted under MAE was higher than 18% －38%compared with the conventional solvent extraction method，and the best solvent was ethanol.The optimized MAE parameters using orthogonal experimental design based on the single factor experiments were∶ratio of solid to liquid 1∶20(g∶mL)，microwave power 300 W，extraction time 3 min，extraction solvent 60%ethanol.Verification of the optimization showed that the polyphenol content of 1.02%was obtained under the optimal conditions.

olive pomace，microwave assisted extraction，ployphenols

碩士，講師(張繼教授為通訊作者，E-mail zhangj@nwnu.edu.cn)。

*國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2008BAK51B05);科技部科技人員服務(wù)企業(yè)行動(dòng)項(xiàng)目(2009GJG10004);甘肅省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(0804GKCA028);西北師范大學(xué)青年教師科研計(jì)劃項(xiàng)目(NWNU－LKQN－10－30)

2010－11－04，改回日期:2011－01－09