凍融-超聲提取高三萜酸含量山楂汁的工藝條件優(yōu)化

劉　慧，張春嶺，陳大磊，呂真真，楊文博，焦中高*

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所，河南鄭州450009）

凍融-超聲提取高三萜酸含量山楂汁的工藝條件優(yōu)化

劉慧，張春嶺，陳大磊，呂真真，楊文博，焦中高*

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所，河南鄭州450009）

為了優(yōu)化提高山楂汁中三萜酸含量的工藝條件，分析冷凍時(shí)間、超聲溫度、超聲時(shí)間和超聲功率對(duì)山楂汁中三萜酸含量的影響。確定高三萜酸含量的山楂汁制備最佳工藝條件為：冷凍20 h，超聲溫度50℃，超聲功率150 W，超聲提取40 min。在優(yōu)化條件下提取的山楂汁中三萜酸含量為341.18 mg/100 g，凍融-超聲提取是一種制備高含量三萜酸山楂汁的有效技術(shù)。

山楂汁；三萜酸；超聲提取；凍融

山楂（Rataegus pinnatifidaBge.）又名山里紅、紅果，屬薔薇科山楂屬落葉喬木。果實(shí)富含山楂酸、檸檬酸、維生素C、三萜類、黃酮類、多酚類、原花青素等多種生物活性成分［1-5］。其中三萜類物質(zhì)含量在水果中名列前茅，已經(jīng)被證實(shí)具有助消化、降血脂、抗心肌缺血、強(qiáng)心、增強(qiáng)免疫功能、抗腫瘤等作用，引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注［5-7］。

山楂已經(jīng)有多種加工制品，其中山楂汁營(yíng)養(yǎng)豐富、色澤艷麗、具有多種功效，已有較多相關(guān)研究［8-10］。超聲波輔助酶法制備果汁具有操作簡(jiǎn)單快速、提取率高、可以保持活性成分等優(yōu)勢(shì)［11-13］，在果汁加工過(guò)程中可以降低果汁黏性，利于果漿細(xì)化，提高出汁率［14-15］，但用于山楂汁制備未見研究報(bào)道。此外，將果實(shí)進(jìn)行冷凍-融化前處理已經(jīng)被證實(shí)有利于果汁制備過(guò)程中活性成分的溶出［10，16］。本研究以三萜酸含量為主要考察指標(biāo)，采用鮮山楂冷凍融化-超聲輔助酶法提取山楂汁的方法，優(yōu)化得到高效制備高品質(zhì)山楂汁的工藝條件，進(jìn)而為改進(jìn)山楂汁生產(chǎn)工藝、提高山楂汁產(chǎn)品質(zhì)量提供技術(shù)支持及理論參考。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

新鮮山楂，無(wú)病蟲害、無(wú)畸形果，完熟期采摘，由河南省登封市惠農(nóng)山楂專業(yè)合作社提供；齊墩果酸標(biāo)準(zhǔn)品：中國(guó)藥品生物制品檢定所；果膠酶（酶活30 000 U/g）：廣州奇云生物技術(shù)有限公司；無(wú)水乙醇、甲醇、香草醛、冰乙酸、高氯酸、乙酸乙酯等均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2儀器與設(shè)備

JYL-350料理機(jī)：九陽(yáng)股份有限公司；KQ3200DE型數(shù)控超聲波清洗器（40 kHz）：昆山市超聲儀器有限公司；Specord50紫外分光光度計(jì)：德國(guó)Analytic Jena公司；L-550臺(tái)式離心機(jī)：湖南湘儀儀器開發(fā)有限公司；TGL-16G高速臺(tái)式離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠；PAL-1手持糖度計(jì)：日本ATAGO公司。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1山楂汁制備工藝流程及操作要點(diǎn)

山楂→切片→去核→冷凍→解凍→勻漿→加酶→超聲提取→離心→山楂汁

鮮果切成5 mm山楂片，去核，為防止褐變，切片后立即放置在-18℃冰箱開始冷凍計(jì)時(shí)。冷凍時(shí)間結(jié)束后，將山楂片取出加水勻漿。按質(zhì)量比添加1.0‰的果膠酶，在相應(yīng)試驗(yàn)條件下超聲處理。提取結(jié)束后，4000r/min離心10min，收集上清液為山楂汁。

1.3.2測(cè)定指標(biāo)

（1）可溶性固形物

可溶性固形物（soluble solid content，SSC）含量在（20±0.5）℃條件下用PAL-1手持糖度計(jì)測(cè)定。

（2）三萜酸提取及含量測(cè)定

參考羅小鳳等［7］方法超聲提取山楂汁中三萜酸，取2 g山楂汁于離心管中，加入4 mL體積分?jǐn)?shù)為95%乙醇，30℃超聲10 min，9 000 r/min離心10 min，收集上清液，殘?jiān)貜?fù)提取1次，合并兩次上清液定容至10 mL；用香草醛-冰乙酸比色法［17］測(cè)定三萜酸含量，取1.0 mL樣液于具塞試管中，加熱揮去溶劑，之后加入5%香草醛-冰乙酸0.4 mL和高氯酸1.6 mL搖勻，在70℃水浴恒溫15 min，冷卻至室溫，加入8.0 mL乙酸乙酯，充分搖勻，在波長(zhǎng)560 nm處測(cè)定吸光度值。以齊墩果酸為標(biāo)準(zhǔn)品，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，以標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程計(jì)算樣液中三萜酸含量。

1.3.3單因素試驗(yàn)

取50 g山楂切片，置于250 mL三角瓶中，加入150 mL水，在不同超聲條件下制備山楂汁，以山楂汁中三萜酸含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)單因素試驗(yàn)確定冷凍時(shí)間、超聲溫度、超聲時(shí)間、超聲功率的較佳值。

1.3.4正交優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以三萜酸含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用L9（34）正交試驗(yàn)對(duì)凍融-超聲輔助提取山楂汁的工藝進(jìn)行優(yōu)化。

2　結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)

2.1.1冷凍時(shí)間對(duì)山楂汁三萜酸含量的影響

分別將山楂切片冷凍0、5 h、10 h、15 h、20 h，取出后勻漿、加酶，在50℃、150 W功率條件下，超聲30 min制備山楂汁。測(cè)定山楂汁SSC和三萜酸含量，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，將山楂冷凍一定時(shí)間可以有效增加山楂汁中SSC及三萜酸含量。冷凍處理形成的冰晶會(huì)破壞細(xì)胞壁，使得組織液更易完全釋放，增加山楂果實(shí)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的溶出［10，18］。細(xì)胞壁內(nèi)外表面溫度變化速度不同，冷凍-解凍過(guò)程中胞壁兩面產(chǎn)生很大溫差，這種沖擊熱應(yīng)力會(huì)引起斷裂現(xiàn)象，增加活性物質(zhì)的釋放量［19］。當(dāng)凍結(jié)時(shí)間為15 h時(shí)，三萜酸含量和SSC達(dá)到最大值，分別為330.99 mg/100 g和5.20%。因此，選擇15 h為冷凍時(shí)間最佳點(diǎn)。

圖1　冷凍時(shí)間對(duì)山楂汁可溶性固形物（A）及三萜酸（B）含量的影響Fig.1 Effect of freezing time on soluble solid content（A）and tritepenoidic acid content（B）in hawthorn juice

2.1.2超聲溫度對(duì)山楂汁三萜酸含量的影響

將山楂切片冷凍15 h，勻漿加酶后分別在30℃、40℃、50℃、60℃、70℃條件下，150 W功率超聲30 min制備山楂汁。測(cè)定山楂汁SSC和三萜酸含量，結(jié)果如圖2所示。

圖2　超聲溫度對(duì)山楂汁可溶性固形物（A）及三萜酸（B）含量的影響Fig.2 Effect of ultrasonic extract temperature on soluble solid content（A）and tritepenoidic acid content（B）in hawthorn juice

由圖2可知，隨著超聲溫度的升高SSC變化不存在顯著差異，超聲溫度為60℃時(shí)，SSC達(dá)到最大值5.21%。而三萜酸含量在30～50℃時(shí)，從299.18 mg/100 g顯著增加到331.54 mg/100 g，之后隨著溫度升高有所下降。超聲產(chǎn)生的劇烈振動(dòng)可促進(jìn)細(xì)胞破裂，和酶提取聯(lián)用可以明顯加速細(xì)胞內(nèi)容物的溶出，降低提取溫度，縮短提取時(shí)間，提高提取率［20-21］。但是溫度升高一方面造成酶活性降低，另一方面高溫作用下超聲對(duì)生物活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)有破壞。因此，選擇50℃為溫度最佳點(diǎn)。

2.1.3超聲時(shí)間對(duì)山楂汁三萜酸含量的影響

將山楂切片冷凍15h，勻漿加酶后在50℃條件下，150 W功率分別超聲10 min、20 min、30 min、40 min、50 min制備山楂汁。測(cè)定山楂汁SSC和三萜酸含量，結(jié)果如圖3所示。

圖3　超聲時(shí)間對(duì)山楂汁可溶性固形物（A）及三萜酸（B）含量的影響Fig.3 Effect of ultrasonic extract time on soluble solid content（A）and tritepenoidic acid content（B）in hawthorn juice

由圖3可知，隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，SSC和三萜酸含量先顯著增加后下降。超聲提取具有空化、振動(dòng)、粉碎和攪拌的功效，可以使細(xì)胞內(nèi)容物快速溶出，與傳統(tǒng)方法相比，極顯著的縮短提取時(shí)間［22］。超聲提取30 min、40 min，山楂汁中三萜酸和SSC含量達(dá)到最高值，分別為328.62 mg/100 g和5.42%。但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)含量有所下降，可能由于超聲波具有較強(qiáng)的機(jī)械剪切作用，長(zhǎng)時(shí)間作用會(huì)使三萜酸物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)被破壞。過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的超聲作用不利于提高山楂汁中三萜酸物質(zhì)的含量，且增加能耗，因此選擇30 min為超聲提取時(shí)間的最佳水平。

2.1.4超聲功率對(duì)山楂汁三萜酸含量的影響

將山楂切片冷凍15h，勻漿、加酶后分別在60W、90 W、120 W、150 W功率下，50℃條件下超聲30 min制備山楂汁。測(cè)定山楂汁SSC和三萜酸含量，結(jié)果如圖4所示。

圖4　超聲功率對(duì)山楂汁可溶性固形物（A）及三萜酸（B）含量的影響Fig.4 Effect of ultrasonic power on soluble solid content（A）and tritepenoidic acid content（B）in hawthorn juice

由圖4可知，山楂汁中三萜酸含量隨著超聲功率的增大而增加，在儀器最大功率150 W時(shí)山楂汁中三萜酸含量和SSC達(dá)到最高，分別為327.65 mg/100 g和5.22%。超聲功率在超聲提取過(guò)程中起著重要的作用［23］，適當(dāng)?shù)某晽l件可以保持生物活性分子結(jié)構(gòu)和特性。在一定范圍內(nèi)提高超聲功率會(huì)增加山楂細(xì)胞的破碎程度，使山楂汁中三萜酸的溶出率升高。但是由于超聲波的強(qiáng)機(jī)械作用，極端的增加超聲波能量會(huì)破壞生物活性物質(zhì)的分子鏈，造成活性物質(zhì)分子的不正常降解，同時(shí)增加能耗［24-25］，因此將最佳超聲功率確定為120 W。

2.2提取條件正交試驗(yàn)優(yōu)化

綜合以上單因素試驗(yàn)結(jié)果，利用正交試驗(yàn)考察冷凍時(shí)間、超聲溫度、超聲時(shí)間、超聲功率對(duì)山楂汁中三萜酸含量的影響，正交試驗(yàn)結(jié)果、方差分析分別見表1及表2。

通過(guò)表1中各個(gè)因素的k值和R值大小可知，4個(gè)因素對(duì)山楂汁中三萜酸含量的影響程度大小依次為超聲功率（D）＞超聲時(shí)間（C）＞冷凍時(shí)間（A）＞超聲溫度（B）。從表2方差分析結(jié)果可知，超聲功率是影響山楂汁中三萜酸含量最重要的因素，對(duì)結(jié)果有顯著影響（P＜0.05），超聲時(shí)間對(duì)三萜酸的含量起次要作用（P＜0.1），其他2個(gè)因素中超聲溫度對(duì)結(jié)果影響最小，分析時(shí)用作誤差列。在試驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，綜合極差及方差分析結(jié)果，最終優(yōu)化得到高三萜酸含量山楂汁超聲制備的最佳工藝條件為A3B2C3D3，即冷凍20 h后，50℃溫度下，功率150 W超聲40 min。在該條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)制備山楂汁，測(cè)定其三萜酸含量平均值為（341.18±2.39）mg/100 g，SSC為（5.44±0.02）%。

表1　提取條件優(yōu)化正交試驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果與分析Table 1 Results and analysis of orthogonal tests for extraction technology optimization

表2　正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 2 Variance analysis of orthogonal experimental results

3　結(jié)論

通過(guò)單因素及正交試驗(yàn)優(yōu)化得到制備高三萜酸含量山楂汁的最佳工藝條件為：冷凍時(shí)間20 h，超聲溫度50℃，超聲時(shí)間40 min，超聲功率150 W。在此條件提取的山楂汁中三萜酸含量為341.18 mg/100 g，SSC為5.44%。

凍融-超聲輔助提取山楂汁，可以有效增加三萜酸類物質(zhì)的溶出，縮短提取時(shí)間，降低能耗，是一種高效制備高品質(zhì)山楂汁的技術(shù)方法。

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Extraction optimization of hawthorn juice with high tritepenoidic acids content assisted by freeze-thawing and ultrasonic technique

LIU Hui，ZHANG Chunling，CHEN Dalei，LV Zhenzhen，YANG Wenbo，JIAO Zhonggao*
（Zhengzhou Fruit Research Institute，Chinese Academy of Agricultural Science，Zhengzhou 450009，China）

In order to optimize the processing condition of increasing tritepenoidic acids content in hawthorn juice，the effects of 4 factors including freezingtime，ultrasonic temperature，ultrasonic extraction time and ultrasonic power were investigated.The optimal extracting conditions for hawthorn juice with high tritepenoidic acid content were as follows:freezing time 20 h，ultrasonic temperature 50℃，ultrasonic extraction time 40 min and ultrasonic power 150 W.The content of tritepenoidic acids in hawthorn juice under these conditions was 341.18 mg/100 g.Freeze-thawing with ultrasonic technique was an efficient method for extracting hawthorn juice with high content of tritepenoidic acids.

hawthorn juice；tritepenoidic acids；ultrasonic extract；freeze-thawing

TS255.44

A

0254-5071（2015）10-0091-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.10.020

2015-09-09

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（CAAS-ASTIP-2015-ZFRI）；河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目（152102110111）

劉慧（1984-），女，助理研究員，碩士，研究方向?yàn)楣坊瘜W(xué)與營(yíng)養(yǎng)。

焦中高（1972-），男，副研究員，博士，研究方向?yàn)楣芳庸づc貯藏。