離子沉淀法制備菜籽餅粕中多酚的工藝

潘麗軍，韓智宏，趙春華，周 俊

(合肥工業(yè)大學(xué)生物與食品工程學(xué)院，安徽省農(nóng)產(chǎn)品精深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230009)

離子沉淀法制備菜籽餅粕中多酚的工藝

潘麗軍，韓智宏，趙春華，周 俊

(合肥工業(yè)大學(xué)生物與食品工程學(xué)院，安徽省農(nóng)產(chǎn)品精深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230009)

為提高菜籽餅粕的綜合利用價(jià)值，采用熱水浸提結(jié)合離子沉淀的方法，對菜籽餅粕中的多酚類物質(zhì)進(jìn)行提取純化，并制備出菜籽多酚。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過正交試驗(yàn)得到的最佳浸提工藝條件為浸提溫度50℃、浸提時(shí)間75min、液料比13:1、浸提2次；浸提液離子沉淀的較適參數(shù)組合為氯化鋅為沉淀劑、沉淀劑用量為粗提液中多酚質(zhì)量的1.5倍、pH6.0，在此工藝條件下，獲得的菜籽多酚成品為淡黃色粉末，得率1.66%，純度90.03%。

菜籽多酚；蛋白質(zhì)；提?。患兓浑x子沉淀

油菜是我國重要的油料作物，每年油菜籽榨油后產(chǎn)生的菜籽餅粕達(dá)數(shù)百萬噸[1]。菜籽餅粕中蛋白含量達(dá)45%左右，但是由于菜籽多酚、植酸、硫苷等抗?fàn)I養(yǎng)因子及毒素的存在，大大降低了菜籽餅粕的利用價(jià)值[2-4]。多酚類物質(zhì)具有抗氧化活性，可廣泛應(yīng)用于食品抗氧化、功能性食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域[5-8]。從菜籽餅粕中將多酚、植酸等物質(zhì)分離出來，不但能提高菜籽蛋白的品質(zhì)，而且有效提升了菜籽餅粕的綜合利用價(jià)值[9-10]。

目前，對多酚類物質(zhì)提取的常用方法主要為有機(jī)溶劑浸提法，超臨界CO2流體萃取法等。有機(jī)溶劑法提取效果好，但對環(huán)境污染較大、成本較高；超臨界CO2萃取法對酚類溶解度強(qiáng)，安全無污染，但設(shè)備投入高，萃取量一般只有幾升，不宜規(guī)?；a(chǎn)[11-12]。而對多酚類物質(zhì)純化的主要方法有沉淀法、膜分離法、層析法等。膜分離法操作簡單，環(huán)境友好，但產(chǎn)品純度偏低，膜清洗困難；層析法分離多酚的效果好、選擇性強(qiáng)，但操作周期較長；沉淀法生產(chǎn)安全性好、成本低、產(chǎn)品品質(zhì)較好，但操作條件不好控制，容易造成多酚的損失[13-14]。本實(shí)驗(yàn)以菜籽餅粕為原料，采用熱水浸提結(jié)合離子沉淀的方法制備菜籽多酚，通過提取條件的優(yōu)化及離子沉淀?xiàng)l件的控制，提高菜籽多酚的得率，為菜籽餅粕的綜合利用提供一定的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

菜籽餅粕 安徽大平油脂公司。

氯化鋅(分析純) 天津市博迪化工有限公司；無水碳酸鈉(分析純)、鹽酸(分析純) 汕頭市西隴化工廠；乙酸乙酯(分析純) 無錫展望化工試劑有限公司；福林酚(分析純) 北京素寶來科技有限公司；無水乙醇(分析純) 上海中試化工總公司。

1.2 儀器與設(shè)備

25型數(shù)顯pH計(jì) 上海雷磁創(chuàng)益儀器儀表有限公司；SS300型三足離心機(jī) 上海浦東天本離心機(jī)設(shè)備機(jī)械公司；SHY-2A型水浴恒溫振蕩器 金壇市金城國勝實(shí)驗(yàn)儀器廠；721E型分光光度計(jì) 上海精密儀器有限公司；DGZ20/4-I型真空干燥箱 南京實(shí)驗(yàn)儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 菜籽多酚工藝流程

菜籽餅粕→蒸餾水浸提→離心→濾液→離子沉淀→離心→菜籽多酚絡(luò)合物→酸轉(zhuǎn)溶→乙酸乙酯萃取→脂層→旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)→真空干燥→菜籽多酚成品

1.3.2 菜籽多酚提取

稱取50.0g的脫脂菜籽餅粕(已過60目篩，含水量(9.63±0.19)%)，以蒸餾水為浸提劑，控制提取溫度、提取時(shí)間、液料比、提取次數(shù)，在水浴恒溫振蕩器中提取，轉(zhuǎn)速200r/min，將料液于6000r/min離心20min，得到菜籽多酚粗提液，每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果取其平均值。

1.3.3 離子沉淀

取上述多酚粗提液50mL，在室溫下，加入離子沉淀劑，控制沉淀劑的種類、沉淀pH值、沉淀劑用量，沉淀完全后立即于6000r/min條件下離心15min，得到菜籽多酚和沉淀劑的絡(luò)合物沉淀，每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果取其平均值。

1.3.4 酸轉(zhuǎn)溶及萃取

向上述絡(luò)合物沉淀中加入0.5mol/L HCl溶液，使其完全溶解。再向溶解液中加入1.5倍體積的乙酸乙酯萃取，萃取兩次。

1.3.5 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)及真空干燥

將上述萃取液中的脂相于40℃條件下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，得到菜籽多酚濃縮液，并回收乙酸乙酯；在溫度50℃條件下對菜籽多酚濃縮液進(jìn)行真空干燥，得到菜籽多酚成品。

1.3.6 多酚含量測定以及多酚浸提得率的計(jì)算

以沒食子酸為標(biāo)準(zhǔn)品，采用Folin-Ciocalteu 比色法[15]，并略做改進(jìn)進(jìn)行測定。

式中：m1為浸提液中多酚質(zhì)量/g；M為菜籽餅粕質(zhì)量/g。

1.3.7 多酚沉淀率和總得率的計(jì)算

式中：A1為浸提液中多酚初始質(zhì)量/g；A2為沉淀過后浸提液中多酚質(zhì)量/g。

式中：m2為多酚成品質(zhì)量/g；M為菜籽餅粕質(zhì)量/g。

2 結(jié)果與分析

2.1 菜籽多酚浸提單因素試驗(yàn)

2.1.1 浸提溫度對多酚得率的影響

圖1 浸提溫度對多酚得率的影響Fig.1 Effect of extraction temperature on the yield of polyphenols

圖1表示，液料比為12:1、浸提時(shí)間60min、浸提溫度分別為30、40、50、60、70、80℃條件下多酚得率的變化。溫度較低時(shí)，多酚的得率也較低，溫度高于50℃時(shí)，多酚的得率反而下降，可能是由于溫度過高，多酚發(fā)生氧化，50℃時(shí)多酚的浸提得率最大，初步確定最佳浸提溫度為50℃。

2.1.2 浸提時(shí)間對多酚得率的影響

圖2 時(shí)間對多酚浸提得率的影響Fig.2 Effect of extraction time on the yield of polyphenols

圖2表示，浸提溫度50℃，其他條件不變情況下，浸提時(shí)間分別為30、45、60、75、90、105min對多酚得率的影響。隨著浸提時(shí)間的延長，多酚得率逐漸提高，在75min時(shí)達(dá)到最大值，當(dāng)浸提時(shí)間繼續(xù)延長時(shí)，多酚得率反而緩慢下降，可能是時(shí)間過長，多酚發(fā)生局部氧化，初步確定最佳浸提時(shí)間為75min。

2.1.3 液料比對多酚得率的影響

圖3表示浸提時(shí)間60min，其他條件不變情況下，液料比分別為10:1、11:1、12:1、13:1、14:1、15:1(V/m)對多酚浸提得率的影響。隨著液料比的增大，多酚得率也隨之變大，在液料比為13:1時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，而后又趨于穩(wěn)定，初步確定最佳液料比為13:1。

2.2 菜籽多酚浸提正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以多酚浸提得率為考察指標(biāo)，進(jìn)行溫度、時(shí)間、液料比的多因素試驗(yàn)考察，采用L9(34)的正交表進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)方案與結(jié)果分析見表1，方差結(jié)果見2。

表1 菜籽多酚浸提正交試驗(yàn)方案與結(jié)果分析Table 1 Orthogonal array design protocol and corresponding results for extraction process optimization

由表1可知，各因素對菜籽多酚浸提的效果的影響順序?yàn)榻釡囟龋窘釙r(shí)間＞液料比，通過對因素水平與考察指標(biāo)之間關(guān)系的分析，可得最佳工藝條件為A2B2C2。

表2 方差分析結(jié)果Table 2 Analysis of variance for the experimental results of orthogonal array design

由表2方差分析可知，溫度A和時(shí)間B對多酚浸提得率影響顯著，液料比對多酚浸提得率不顯著。雖然計(jì)算分析與直接分析最佳組合條件在C因素的水平上取值不一致，但由于C因素對指標(biāo)的影響不顯著，從節(jié)約成本、降低能耗的角度出發(fā)，確定最優(yōu)組合條件為A2B2C2，即浸提溫度50℃，浸提時(shí)間75min，液料比13:1，將該組合進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)得到的菜籽多酚浸提得率為1.24%。

2.3 浸提次數(shù)的選擇

由于浸提得率是隨著浸提次數(shù)的增加而提高，因此，在2.2節(jié)獲得的最佳浸提條件下，進(jìn)行不同浸提次數(shù)的考察，其多酚得率見表3。

表3 浸提次數(shù)對多酚得率的影響Table 3 Effect of repeat extraction number on yield of polyphenols

從表3可以看出，前2次浸提已經(jīng)浸提出絕大部分菜籽餅粕中的多酚，從綜合成本考慮，確定浸提次數(shù)為2次。

2.4 浸提液的離子沉淀

2.4.1 最佳沉淀劑的確定

根據(jù)1.3.3節(jié)的條件，分別以氯化鋅、氯化鎂、氯化鋁、三氯化鐵、氯化鋇為沉淀劑，使菜籽多酚均沉淀完全，得到不同沉淀劑的多酚沉淀率，結(jié)果見圖4。

圖4 不同沉淀劑對多酚沉淀的影響Fig.4 Effects of different precipitants on the precipitation of polyphenols

由圖4可知，不同沉淀劑的多酚沉淀率為：氯化鋁＞氯化鋅＞三氯化鐵＞氯化鎂＞氯化鋇。氯化鋁和氯化鋅作為沉淀劑最好，且效果幾乎差不多，由于鋁離子的殘留可能會(huì)引發(fā)老年癡呆[16]，所以選擇氯化鋅作為沉淀劑。

2.4.2 沉淀劑用量的確定

氯化鋅作為沉淀劑，選擇沉淀劑加入量分別多酚粗提液中多酚質(zhì)量的0.5、1.0、1.5、2.0、2.5倍，進(jìn)行多酚沉淀率影響，結(jié)果見圖5。

圖5 沉淀劑用量對多酚沉淀的影響Fig.5 Effect of precipitant amount on the precipitation of polyphenols

由圖5可知，隨著沉淀劑用量的加大，多酚的沉淀率先逐漸增大后趨于平穩(wěn)。當(dāng)沉淀劑的加入量大于1.5倍粗提液中多酚質(zhì)量時(shí)，多酚沉淀率增幅不顯著，從經(jīng)濟(jì)及環(huán)保的角度考慮，沉淀劑的加入量為1.5倍粗提液中多酚質(zhì)量時(shí)的沉淀劑用量是最佳的。

2.4.3 沉淀pH值的確定

以氯化鋅作為沉淀劑，其加入量為1.5倍粗提液中多酚質(zhì)量，用1.5mol/L的NaHCO3溶液調(diào)節(jié)pH值，考察pH值分別為5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0對多酚沉淀率的影響，結(jié)果見圖6。

圖6 pH值對多酚沉淀的影響Fig.6 Effect of pH on the precipitation of polyphenols

從圖6可知，隨著pH值的不斷升高，多酚的沉淀率先增大后變小，在pH值為6左右時(shí)到最大值。可能是由于pH值過低，不利于多酚與鋅離子形成絡(luò)合物，而pH值過高，多酚易氧化。所以沉淀pH值確定為6.0。由此可得浸提液離子沉淀的較適參數(shù)組合為：氯化鋅為沉淀劑，沉淀劑用量為粗提液中多酚質(zhì)量的1.5倍，pH6.0。

將得到的菜籽多酚絡(luò)合沉淀物，根據(jù)1.3.4節(jié)和1.3.5節(jié)的條件進(jìn)行轉(zhuǎn)溶、萃取、濃縮及干燥后，得到的菜籽多酚成品為淡黃色粉末，得率1.66%，純度90.03%。

3 結(jié) 論

采用水浸提結(jié)合離子沉淀工藝，通過正交試驗(yàn)確定浸提溫度和時(shí)間為影響菜籽多酚浸提效果的顯著性因素，獲得最佳工藝條件為：浸提溫度50℃，浸提時(shí)間75min，液料比13:1，浸提2次；離子沉淀的較適參數(shù)組合為沉淀劑為氯化鋅，沉淀劑用量為1.5倍粗提液中多酚的質(zhì)量，沉淀pH值為6.0；在此條件下制備出的菜籽多酚成品為淡黃色粉末，純度為90.03%，多酚總得率為1.66%。

目前菜籽餅粕中多酚的制備工藝大都存在成本高，能耗高，易污染環(huán)境等問題。水浸提結(jié)合離子沉淀法經(jīng)濟(jì)、環(huán)保且操作簡便，利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，在菜籽餅粕中多酚的制備及菜籽餅粕的綜合利用方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1]陸勝民, 鄭美瑜, 陳劍兵. 食用菜籽蛋白的提取和純化研究進(jìn)展[J].中國糧油學(xué)報(bào), 2008, 23(6): 234-238.

[2]鈕琰星, 黃鳳洪. 油菜籽加工技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 中國油脂, 2007, 32(10): 7-10.

[3]潘雷, 愛科, 茂基, 等. 菜籽餅粕脫毒方法研究進(jìn)展[J]. 中國油脂,2009, 34(10): 32-35.

[4]MAHAJAN A, DUA S. Improvement of functional properties of rapeseed(Brassia campestrisvar toria) meal by reducing antinutritional factors employing enzymatic modification[J]. Food Hydrocolloids, 1998, 12(3): 349-355.

[5]嚴(yán)奉偉, 羅祖友, 薛照輝, 等. 菜籽多酚的抗氧化作用[J]. 中國油脂,2005, 30(7): 54-57.

[6]DU Guorong, LI Mingjun, MA Fengwang, et al. Antioxidant capacity and the relationship with polyphenol and vitamin C inActinidia fruit[J]. Food Chemistry, 2009, 113(2): 557-562.

[7]FALLER A, FIALHO E. Polyphenol content and antioxidant capacity in organic and conventional plant foods[J]. Journal of Food Composition and Analysis, 2010, 23(6): 561-568.

[8]嚴(yán)奉偉, 王辰, 嚴(yán)贊開, 等. 菜籽多酚對S180小鼠肉瘤及其免疫功能的影響[J]. 中國糧油學(xué)報(bào), 2007, 22(5): 81-84.

[9]鄭美瑜, 陳劍兵, 陸勝民, 等. 菜籽蛋白的提取和純化[J] . 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2008, 24(8): 267-270.

[10]嚴(yán)奉偉, 鄧明, 朱建飛. 菜籽餅粕綜合利用[J]. 糧食與油脂, 2005(9): 6-8.

[11]SILVA E, ROGEZ H, LARONDELLE Y. Optimization of extraction of phenolics fromInga edulisleaves using response surface methodology[J]. Separation and Purification Technology, 2007, 55(3): 381-387.

[12]NAWAZ H, SHI H, MITTAL G, et al. Extraction of polyphenols from grape seeds and concentration by ultrafiltration[J]. Separation and Purification Technology, 2006, 48(2): 176-181.

[13]王承明, 陳建峰, 任出杰, 等. 菜籽餅粕中多酚的提取新工藝研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè), 2007, 33(5): 143-147.

[14]李群梅, 楊昌鵬, 李健, 等. 植物多酚提取與分離方法的研究進(jìn)展[J].保鮮與加工, 2010, 1(1): 16-19.

[15]韓菊, 魏福祥. Folin-Ciocalteu比色法測定蘋果渣中的多酚[J]. 食品科學(xué), 2010, 31(4): 179-182.

[16]韋星船, 陳小宏, 王琪瑩. 微波-離子沉淀法提取茶葉中茶多酚的工藝研究[J]. 食品科技, 2007, 32(8): 132-138.

Preparation of Rapeseed Polyphenols from Rapeseed Meal by Ion Precipitation Method

PAN Li-jun，HAN Zhi-hong，ZHAO Chun-hua，ZHOU Jun
(Key Laboratory for Agricultural Products Processing of Anhui Province, School of Biotechnology and Food Engineering,Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

In order to improve the comprehensive value of rapeseed meal, hot-water extraction followed by ion precipitation was applied to prepare polyphenols from rapeseed meal. Using an orthogonal array design based on one-factor-at-a-time experiments, the optimal extraction conditions were determined as 50 ℃ of extraction temperature, 75 min of extraction time,1:13 of material-to-liquid ratio, and 2 of repeated extraction number. Moreover, the largest amount of rapeseed polyphenols was precipitated by adding a 1.5-fold weight excess of ZnCl2 and adjusting the pH to 6.0. The obtained rapeseed polyphenols were light yellow powder and showed a yield of 1.66% and a purity of 90.03%.

rapeseed polyphenols；protein；extraction；purification；ion precipitation

TQ914.1

A

1002-6630(2012)18-0041-04

2011-08-18

安徽省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(11010301012)

潘麗軍(1955—)，女，教授，碩士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品資源綜合利用。E-mail：panlijun1955@163.com