蘋果渣中多酚的提取及抗氧化性研究

王 偉

(陜西理工學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 陜西 漢中 723000)

0 引 言

中國(guó)已經(jīng)成為世界上最大的蘋果生產(chǎn)國(guó)，2012年蘋果產(chǎn)量達(dá)到3 800萬噸，占世界蘋果總產(chǎn)量的63.3%[1]。隨著蘋果果汁加工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，必然產(chǎn)生越來越多的果渣。我國(guó)每年排出的鮮蘋果渣達(dá)100多萬噸，大部分被廢棄[2]，但是蘋果渣中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如多酚[3-5]、果膠、多糖、膳食纖維素和一些微量元素[6]。

蘋果多酚主要成分分為單環(huán)酚酸(對(duì)羥基苯甲酸和對(duì)羥基肉桂酸衍生物)、黃烷-3-醇類和原花色素類化合物(縮和型單寧類)、黃酮醇類化合物、二氫查爾酮和花色苷等多類化合物[7]，其中縮合型單寧類約占總酚化合物總量的50%[8]。蘋果多酚的組分分布、含量因蘋果的品種、種植條件、成熟度等的不同而表現(xiàn)出較大的差異性[9]。成熟蘋果的多酚類主要為綠原酸、兒茶素和原花青素等[10]。蘋果多酚在預(yù)防人類的慢性疾病，如癌癥、心血管混亂、糖尿病等方面起著重要的作用[6]。植物多酚能夠有效地抑制肉類中脂肪和蛋白質(zhì)的氧化[11]。因此，深入研究蘋果中多酚提取及其生物活性具有非常重要的意義。

本文以蘋果渣為原料，乙醇為提取劑，采用超聲波輔助提取蘋果多酚，通過單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn)，對(duì)提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，然后用提取的多酚進(jìn)行抗氧化性試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)過程

1.1 試劑與儀器

乙醇、沒食子酸、2,6-二叔丁基對(duì)甲苯酚(Butylated hydroxytoluen，縮寫B(tài)HT)、乙酸、三氯甲烷、碘化鉀、硫代硫酸鈉、磷酸、鎢酸鈉、鉬酸鈉、鹽酸、淀粉(玉米)、硫酸鋰和溴素均為分析純。蒸餾水自制。富士蘋果、豬油、芝麻油均購(gòu)于漢中市集貿(mào)市場(chǎng)。

九陽(yáng)原汁機(jī)(JYZ-E7)，九陽(yáng)股份有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(DUG-90304)，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；粉碎機(jī)(FE177)，天津市泰斯儀器有限公司；電子天平(AL204-IC)，梅特勒-托利多儀器有限公司；超聲波清洗器(KQ3200E)，昆山市超聲儀器有限公司；低速離心機(jī)(LD5-10)，北京京立離心機(jī)有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(RE-2000A)，上海亞榮生化儀器廠；電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱(DGG-9140B)，上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；紫外分光光度計(jì)(CARY-50)，美國(guó)瓦里安公司；循環(huán)水式真空泵(SHZ-D(Ⅲ))，鞏義予華儀器有限責(zé)任公司。

1.2 工藝路線

蘋果渣多酚的提取工藝流程圖如圖1所示，選用富士蘋果、清洗、切塊，用榨汁機(jī)進(jìn)行壓榨榨汁得到蘋果汁和蘋果渣，蘋果渣粉碎，加入溶劑進(jìn)行超聲提取，提取液濃縮得到蘋果渣多酚樣，然后對(duì)其含量進(jìn)行測(cè)定和抗氧化性試驗(yàn)。

圖1 蘋果渣多酚提取工藝流程圖

1.3 蘋果多酚含量的測(cè)定

1.3.1 溶液的配制

(1)沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱取0.100 0 g沒食子酸，體積分?jǐn)?shù)70%的乙醇溶解并定容到100 mL容量瓶中，濃度為1.000 0 mg/mL，用移液管移去1.0 mL定容至10 mL容量瓶，濃度為100.0 μg/mL。

(2)Folin-Ciocalteu(F-C)試劑的配制參考文獻(xiàn)[12]。

(3)吸取0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液于7個(gè)10 mL的容量瓶中，分別加入2.0 mL F-C試劑，充分振蕩后加入2.0 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的Na2CO3溶液，搖勻并用蒸餾水定容至10 mL，在25 ℃恒溫水浴中反應(yīng)2 h，濃度分別為0、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 μg/mL。

1.3.2 蘋果渣多酚的提取

稱取1.0 g蘋果渣于錐形瓶中，加15 mL體積分?jǐn)?shù)60%的乙醇溶液，40 ℃水浴超聲波輔助提取2次，每次30 min，合并提取液，過濾減壓濃縮，用體積分?jǐn)?shù)60%的乙醇溶液定容于50 mL容量瓶，待用。

1.4 抗氧化活性研究

1.4.1 油脂過氧化值的測(cè)定

稱取芝麻油、豬油各50.0 g放入廣口瓶中，按油重的0.02%計(jì)算BHT和蘋果多酚用量，稱取后溶于1 mL無水乙醇中，然后把乙醇溶液加入瓶中，充分?jǐn)嚢杈鶆?，置?60±1)℃電熱恒溫培養(yǎng)箱中，強(qiáng)化保存，定期取樣參照GB/T5538-2005《油脂過氧化值測(cè)定》測(cè)芝麻油、豬油的過氧化值(POV值)。

1.4.2 對(duì)油脂的抗氧化性能研究

稱取1.4.1中2.0 g油樣，放入具塞錐形瓶中，加入10 mL三氯甲烷、15 mL乙酸和1 mL飽和碘化鉀溶液，迅速蓋好瓶塞，混勻1 min，避光靜置5 min。然后加入75 mL蒸餾水，以0.5 %淀粉液為指示劑加入1 mL，用0.1 mol/L硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，直到藍(lán)色消失，計(jì)算油樣的過氧化值，計(jì)算對(duì)油脂氧化的抑制率。

2 結(jié)果與分析

2.1 吸收波長(zhǎng)的選擇

多酚類化合物分子上有極易氧化的羥基，在堿性條件下與F-C試劑反應(yīng)后顯色。顯色液置于紫外-可見分光光度計(jì)中，波長(zhǎng)在420～800 nm范圍內(nèi)掃描。沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的紫外-可見吸收光譜圖見圖2。從圖2中可以看出，沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的最大吸收波長(zhǎng)為765 nm。

2.2 測(cè)定多酚的工作曲線

按照1.3.1方法配制的沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，同時(shí)做空白，在765 nm下測(cè)定吸光度，以沒食子酸溶液的吸光度為縱坐標(biāo)、沒食子酸濃度為橫坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸，相關(guān)曲線如圖3所示。

圖2 紫外-可見吸收光譜圖 圖3 沒食子酸濃度與吸光度相關(guān)曲線

從圖3可以看出，沒食子酸濃度在0～10 μg/mL范圍內(nèi)與吸光度值有良好的線性關(guān)系，線性方程為：y=0.115 5x+0.000 6，相關(guān)系數(shù)R2=0.999 7。表明Folin-Ciocalteu比色法能快速、準(zhǔn)確地測(cè)定多酚含量。

2.3 超聲波輔助提取蘋果多酚工藝研究

稱取1 000.0 g富士蘋果經(jīng)榨汁機(jī)榨汁分離得到740.0 g蘋果汁和255.0 g蘋果渣。分別對(duì)蘋果渣的提取參數(shù)——乙醇體積分?jǐn)?shù)、液料比、提取溫度和提取時(shí)間進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

2.3.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)蘋果多酚提取率的影響

從文獻(xiàn)中了解到甲醇、丙酮都有良好的提取效果，但二者毒性都比較大，因此本試驗(yàn)選用乙醇作為提取劑，考察不同乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)多酚提取率的影響。分別稱取1.0 g蘋果渣于5個(gè)比色管中，分別加入10 mL體積分?jǐn)?shù)40%、50%、60%、70%、80%的乙醇溶液，在40 ℃超聲波提取20 min，提取完畢過濾定容至50 mL的容量瓶中測(cè)定，結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出：在乙醇濃度較低的情況下，蘋果多酚提取率隨著乙醇濃度的增加而逐漸增加；當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到60%時(shí)，蘋果多酚提取率最高2.622 1 mg/g；當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)超過60%并增加時(shí)，多酚得率卻逐漸開始下降?？赡苁且掖紳舛鹊脑龃髲奶O果渣中提取出來的雜質(zhì)增大，導(dǎo)致多酚類提取率減少。所以最佳乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%。

2.3.2 料液比對(duì)多酚提取率的影響

分別取蘋果渣1.0 g，加入體積分?jǐn)?shù)60%的乙醇，在溫度40 ℃下，超聲提取時(shí)間20 min，選擇液料比(單位為mL∶g)分別為5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1對(duì)多酚提取率的影響，其結(jié)果如圖5所示。

圖4 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)提取率的影響 圖5 液料比對(duì)提取率的影響

由圖5可以看出，多酚提取率隨著液料比的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)液料比15(mL)∶1(g)時(shí)達(dá)到最大值2.654 5 mg/g，以后逐漸下降?？赡苁怯捎谔崛┑脑黾訉?dǎo)致蘋果渣中雜質(zhì)增多。因此吸光度下降，最佳液料比為15(mL)∶1(g)。

2.3.3 溫度對(duì)多酚提取率的影響

分別稱取蘋果渣1.0 g，加入15 mL體積分?jǐn)?shù)60%的乙醇，在20、30、40、50、60、70 ℃提取20 min，提取完畢過濾定容至50 mL的容量瓶中測(cè)定，結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知，隨著溫度的升高多酚提取率在逐漸增加，40 ℃時(shí)達(dá)到最大值2.621 2 mg/g，以后隨著溫度的增加而減小。由于隨著溫度的升高乙醇雜質(zhì)的溶解性增大，多酚容易在溫度較高時(shí)變質(zhì)等，最佳提取溫度為40 ℃。

2.3.4 提取時(shí)間對(duì)多酚提取率的影響

分別稱取蘋果渣1.0 g，加入15 mL體積分?jǐn)?shù)60%的乙醇，在溫度40 ℃分別提取10、20、30、40、50、60 min，提取完畢過濾定容至50 mL的容量瓶中測(cè)定，結(jié)果如圖7所示。

圖6 溫度對(duì)提取率的影響 圖7 提取時(shí)間對(duì)提取率的影響

從圖7可以看出，隨著提取時(shí)間的增長(zhǎng)多酚提取率呈先增大后減小的趨勢(shì)，在40 min時(shí)多酚提取率達(dá)到最大值2.664 2 mg/g，最佳提取時(shí)間為40 min。

2.4 正交試驗(yàn)優(yōu)化最佳工藝條件

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過正交試驗(yàn)選擇最佳工藝條件，提取因素為乙醇濃度、液料體積質(zhì)量比、提取時(shí)間和提取溫度，分別選擇三個(gè)水平，因素水平表見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

由四因素三水平生成的正交表L9(34)及試驗(yàn)提取結(jié)果如表2所示。

表2 L9(34)的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

續(xù)表

由表2可以看出，乙醇濃度對(duì)提取結(jié)果有較大的影響，其次是液料比，隨后是提取時(shí)間，影響最小的因素是提取溫度。即影響蘋果多酚提取因素的影響順序?yàn)锳﹥B﹥C﹥D，試驗(yàn)采用最佳因素水平組合為A2B2C2D1，即乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、料液比15(mL)∶1(g)、超聲時(shí)間40 min、溫度30 ℃。在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，蘋果多酚提取率為2.760 6 mg/g。

2.5 蘋果多酚對(duì)油脂抗氧化性能研究

2.5.1 對(duì)芝麻油的抗氧化作用

油脂抗氧化劑分為天然及人工合成兩大類，雖然人工合成在價(jià)格等方面占有一定優(yōu)勢(shì)，但隨著安全性問題的提出，對(duì)天然抗氧化劑的研究開發(fā)越來越受到人們的重視，從天然產(chǎn)物中尋找抗氧化劑已成為一種趨勢(shì)。本試驗(yàn)分別用蘋果多酚和BHT對(duì)芝麻油進(jìn)行處理，結(jié)果如圖8所示。

可見，蘋果多酚和BHT對(duì)芝麻油的氧化具有明顯的抑制作用。且隨著貯藏時(shí)間的增加，抗氧化能力越明顯，第十天時(shí)蘋果多酚和BHT對(duì)芝麻油氧化的抑制率分別為38.44%和33.06%，蘋果多酚比BHT對(duì)芝麻油氧化的抑制效果更好。

2.5.2 對(duì)豬油的抗氧化作用

本試驗(yàn)分別用提取多酚和BHT處理豬油，并在(60±1)℃恒溫培養(yǎng)定期取樣測(cè)其POV值，結(jié)果如圖9所示。

圖8 蘋果多酚與BHT分別 圖9 蘋果多酚與BHT分別 對(duì)芝麻油的抗氧化作用 對(duì)豬油的抗氧化作用

從圖9可以看出，蘋果多酚和BHT對(duì)豬油均具有較好的抗氧化作用，其抑制率隨時(shí)間的增加而增強(qiáng)。第十二天時(shí)蘋果多酚和BHT對(duì)豬油氧化的抑制率分別為44.93%和35.62%，蘋果多酚比BHT對(duì)豬油氧化的抑制效果更好。

通過蘋果多酚對(duì)芝麻油和豬油的抗氧化性試驗(yàn)，表明蘋果多酚有良好的抗氧化活性。

3 結(jié) 論

采用超聲波法提取蘋果渣中的多酚物質(zhì)，不僅可以縮短提取時(shí)間，而且可以在低溫條件下降低能耗。通過正交試驗(yàn)優(yōu)化，確定超聲輔助提取蘋果渣中蘋果多酚的最優(yōu)工藝條件為：乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、液料比15(mL)∶1(g)、提取時(shí)間40 min、提取溫度30 ℃，在此條件下蘋果多酚提取率為2.760 6 mg/g。

蘋果多酚提取物的抗氧化試驗(yàn)研究表明，蘋果多酚具有很好的抗氧化能力。本工作對(duì)蘋果渣的開發(fā)利用具有一定的指導(dǎo)意義。

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