松針中原花青素的提取工藝研究＊

徐麗珊, 黃啟亮, 吳振珍

(浙江師范大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院,浙江金華 321004)

原花青素 (proanthocyanidin)是廣泛存在于植物的葉、花、果、皮中的天然多酚化合物,是目前國(guó)際上公認(rèn)的天然抗氧化劑,具有較強(qiáng)的抗氧化活性,并能預(yù)防心血管疾病,抗腫瘤、抗輻射[1-5].原花青素以其高效、低毒、高水溶性、高生物利用率等特點(diǎn)越來越受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注[6-8],并在食品、化妝品領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用.

目前市場(chǎng)上的原花青素主要從葡萄籽和松樹皮中提取.其中葡萄籽來源有限;我國(guó)松屬植物資源雖然豐富,但松樹皮的采集不利于松樹的生長(zhǎng).松針是一種可持續(xù)利用的天然再生資源,目前關(guān)于松針中的活性成分已有一些研究[9-11],但有關(guān)松針中原花青素提取的報(bào)道很少.為了更好地利用松針資源,充分開發(fā)松針中的原花青素,有必要從浙江省分布較多的馬尾松、濕地松、黑松的松針中篩選原花青素含量最高的松針,并對(duì)其中原花青素的提取工藝進(jìn)行研究.

目前,對(duì)植物中原花青素的提取方法研究較多的有:水浸提法、有機(jī)溶劑提取法等[12-13].產(chǎn)業(yè)化原花青素提取純化方法的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該是得率高、成本低、方法簡(jiǎn)便、綠色環(huán)保.本實(shí)驗(yàn)的目的就是要篩選出一條操作簡(jiǎn)便、成本低、得率高、所用溶劑綠色、環(huán)保的從松針中提取原花青素的工藝路線,為大量生產(chǎn)原花青素及松針的開發(fā)利用奠定基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

濕地松 (Pinus elliottiiEngel m.)松針、馬尾松(Pinus m assonianaLamb.)松針和黑松 (Pinus thunbergiiParl.)松針均采自浙江師范大學(xué)校園內(nèi),中齡,采樣部位為樹干的中下部、樹枝的中部.

原花青素標(biāo)準(zhǔn)品 (純度≥95%)購(gòu)自天津尖峰天然產(chǎn)物有限公司.

1.2 松針提取液的制備

稱取一定量剪成 0.5～1 cm長(zhǎng)度的松針,按一定的料液比加入提取劑,恒溫浸提一定時(shí)間,過濾,定容至一定體積,測(cè)定原花青素的含量.提取液中原花青素的量與所稱取的新鮮松針的量的比值為原花青素的得率.

1.3 原花青素含量的測(cè)定

采用硫酸-香草醛法[14].

1.4 松針提取液的紫外分析

將上述松針提取液及原花青素標(biāo)準(zhǔn)品在紫外區(qū)下掃描比較.

1.5 單因素實(shí)驗(yàn)與正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

選用提取溫度、提取時(shí)間、料液比和酸堿度作為單因素實(shí)驗(yàn)的考察因素.

利用單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,采用 L9(34)正交表,以原花青素得率作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果,確定松針中原花青素的最佳提取條件.

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

所有實(shí)驗(yàn)重復(fù) 3次以上,數(shù)據(jù)以 x ±s表示,采用 SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 松針品種的確定

取等量的馬尾松、濕地松和黑松松針,分別按照料液比為 1∶8加水,在 60℃浸提 1 h,比較在該提取條件下不同品種松針的原花青素得率,確定提取原花青素的松針品種,結(jié)果見表 1.

表 1 相同條件提取 3種松針中原花青素的得率

從表 1可以看出,在相同提取條件下,3種松針原花青素得率的高低順序?yàn)?濕地松 >黑松 >馬尾松.在 3種水提液中,濕地松松針的原花青素含量最高,且顯著高于其他 2種松針的含量.因此,選用濕地松松針作為以后研究的對(duì)象.

2.2 松針處理方式的確定

取等量的濕地松松針 3份,分別用新鮮 (洗凈瀝干)、自然晾干 (室溫陰干)、烘箱烘干 (50℃烘箱)3種不同方法處理,再按照料液比為 1∶8加水,60℃提取 1 h,測(cè)定松針原花青素的提取率,確定提取松針原花青素的原料處理方式,結(jié)果見圖 1.可以得出,新鮮松針的原花青素提取率顯著高于自然晾干和烘箱烘干的.故以新鮮松針為工藝優(yōu)化的原料.

圖 1 松針不同處理方式對(duì)原花青素提取的影響

2.3 提取溶劑的確定

取等量的新鮮濕地松松針,分別按照料液比為 1∶8加入 10%,30%,50%,70%,90%的乙醇溶液,以加入等量的自來水 (不含醇)為對(duì)照,置于 40℃的水浴鍋中浸提 1 h,測(cè)定松針原花青素的得率,結(jié)果見圖 2.

2 不同含量乙醇溶液對(duì)原花青素提取的影響

由圖 2可知:在含醇量為 0～30%時(shí),松針原花青素的提取率隨乙醇含量的增大而提高;但當(dāng)乙醇含量大于 50%以后,原花青素的提取率開始下降.說明在40℃提取時(shí),以 50%乙醇溶液的提取效果最好.

取等量的濕地松松針 2份,分別按照料液比為 1∶8加入 50%乙醇溶液和自來水,均置于80℃水浴中浸提 1 h,測(cè)定松針原花青素的得率,結(jié)果見表 2.

表 2 不同溶劑對(duì)原花青素提取的影響 (80℃)

從表 2可知,在 80℃水浴中,松針用自來水提取原花青素的得率顯著高于 50%乙醇溶液的提取率.并且,以水為提取溶劑,操作簡(jiǎn)單易行,安全環(huán)保,經(jīng)濟(jì)有效.因此,選用水提法作為工藝優(yōu)化的提取方法.

2.4 松針提取液的紫外分析

對(duì)松針提取液進(jìn)行紫外掃描,結(jié)果見圖 3.

圖 3 松針提取液的紫外掃描結(jié)果

從圖 3可以看出,松針提取液與原花青素標(biāo)準(zhǔn)品的紫外吸收較接近,均在 280 nm左右波長(zhǎng)處有較大吸收.由此判斷,松針提取液中含有原花青素,只是提取液中的原花青素含量沒有標(biāo)準(zhǔn)品高,所以吸收值沒有標(biāo)準(zhǔn)品的大.

2.5 水提法最佳工藝條件的確定

2.5.1 單因素實(shí)驗(yàn)

在其他條件一致的情況下,研究了不同的提取溫度、提取時(shí)間、pH及料液比對(duì)水提取松針中原花青素的影響.

2.5.1.1 提取溫度的影響

取等量的濕地松松針,按照料液比為 1∶8加水,分別在 50,60,70,80,90,100℃下提取 1 h,測(cè)定原花青素的得率,結(jié)果見圖 4.

圖 4 提取溫度對(duì)原花青素提取的影響

由圖 4可知,隨著提取溫度的升高,原花青素的得率呈增加的趨勢(shì).

2.5.1.2 料液比的影響

取等量的濕地松松針,分別按照料液比為1 ∶8,1 ∶10,1 ∶12,1 ∶14,1 ∶16加水,在80℃提取 1 h,測(cè)定原花青素的得率,結(jié)果見圖 5.

圖 5 料液比對(duì)原花青素提取的影響

由圖 5可知,隨液料比的增加,原花青素的得率隨之提高,當(dāng)料液比為 1∶14之后,趨勢(shì)稍微平緩.考慮到后續(xù)加工中濃縮的成本,液料比選擇不宜過高.

2.5.1.3 pH的影響

取等量的濕地松松針,按照料液比為 1∶8分別加入 pH為 4,6,8,10的水,80℃提取 1 h,測(cè)定原花青素的得率,結(jié)果見圖 6.

圖 6 pH對(duì)原花青素提取的影響

由圖 6可知,隨 pH值的增大,原花青素的得率急劇下降,以 pH為 4時(shí)的提取效果為最好.

2.5.1.4 提取時(shí)間的影響

取等量的濕地松松針,按照料液比為 1∶8加水,在80℃分別提取30,60,90,120,150,180 min,測(cè)定原花青素的得率,結(jié)果見圖 7.

圖 7 提取時(shí)間對(duì)原花青素提取的影響

從圖 7可以看出:隨著提取時(shí)間的增加,原花青素的得率呈增加的趨勢(shì).提取時(shí)間在 30～120 min時(shí),原花青素的得率幾乎呈直線上升;在120～180 min時(shí),原花青素的得率變化不大.

2.5.2 正交實(shí)驗(yàn)

在上述單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,以原花青素提取率為指標(biāo),采用正交表 L9(34)進(jìn)行優(yōu)化正交實(shí)驗(yàn),因素水平選取如表 3所示,正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析見表 4.

表 3 正交實(shí)驗(yàn)因素和水平

表 4 松針原花青素提取正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表 4可知,從松針中提取原花青素的最好設(shè)計(jì)方案為 A3B3C3D1,即最佳工藝條件為 pH 4,提取溫度 100℃,提取時(shí)間 150 min,料液比1∶14.

2.5.3 最佳提取工藝驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證所選工藝為最佳優(yōu)化工藝,在最優(yōu)條件下進(jìn)行了 3次平行實(shí)驗(yàn),所得濕地松松針原花青素的提取率見表 5.

表 5 最佳工藝條件下松針原花青素的得率

由表 5可以知道,A3B3C3D1條件下松針原花青素的得率確實(shí)高于表 4中每一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,確定A3B3C3D1為最佳工藝優(yōu)化組合.

3 結(jié)論與討論

1)馬尾松、濕地松和黑松 3種浙江省常見的松針中,以濕地松松針為原料提取原花青素得率最高;

2)比較了新鮮、晾干、烘干 3種處理方式,結(jié)果表明用新鮮松針提取原花青素得率最高;

3)從操作簡(jiǎn)便、有效、成本低、所用溶劑綠

色、環(huán)保等因素考慮,水提法提取濕地松松針中的原花青素優(yōu)于乙醇提取法;

4)通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)確定了濕地松松針中原花青素的最佳提取工藝條件:提取溫度 100℃,提取時(shí)間 150 min,pH=4,料液比1∶14(g/mL).在此工藝條件下,濕地松松針原花青素得率為 (33.415±0.286)mg/g.

原花青素為極性物質(zhì),常用的溶劑為水、甲醇、乙醇、丙酮等.在選擇提取溶劑時(shí)必須考慮溶解度、安全性、經(jīng)濟(jì)性等因素,故不考慮甲醇、丙酮等試劑,而以乙醇、水為溶劑設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).

本實(shí)驗(yàn)篩選出了一條操作簡(jiǎn)便、成本低、得率高、綠色環(huán)保的從濕地松松針中提取原花青素的最佳工藝路線.我國(guó)從 20世紀(jì) 70年代中后期到20世紀(jì) 90年代中后期,在許多地方種植了大面積的濕地松,形成了多個(gè)人工濕地松林區(qū)[15],這種既廣泛又相對(duì)較集中的分布極有利于松針原花青素的加工利用.

本實(shí)驗(yàn)主要研究了松針原花青素的最佳提取工藝,還沒有對(duì)提取所得的松針原花青素進(jìn)一步純化,有待今后進(jìn)一步研究.

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