紫色馬鈴薯中多酚提取工藝的優(yōu)化

黃佳琦，楊士花，張一鳴，黃勇樺，李海平，李　淳，李永強

(1云南農(nóng)業(yè)大學食品科學技術(shù)學院，昆明　650201； 2云南農(nóng)業(yè)大學外語學院，昆明　650201；3武定縣食品藥品監(jiān)督管理局，云南武定　651600； 4永平縣食品藥品檢驗檢測局，云南永平　672660)

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紫色馬鈴薯中多酚提取工藝的優(yōu)化

黃佳琦1，楊士花2，張一鳴1，黃勇樺1，李海平3，李淳4，李永強1

(1云南農(nóng)業(yè)大學食品科學技術(shù)學院，昆明650201；2云南農(nóng)業(yè)大學外語學院，昆明650201；3武定縣食品藥品監(jiān)督管理局，云南武定651600；4永平縣食品藥品檢驗檢測局，云南永平672660)

以紫色馬鈴薯為原料、以多酚含量為指標，在單因素試驗的基礎上，利用二次通用旋轉(zhuǎn)試驗設計，對紫色馬鈴薯多酚的提取工藝進行優(yōu)化。結(jié)果表明：影響多酚提取效果大小的各因素依次為：提取時間>提取溫度>液料比；最佳提取工藝條件為：提取溫度70℃、液料比為25∶1、提取時間49 min，在此優(yōu)化條件下，測得多酚含量為3 038.84±23.85 μg 阿魏酸/g。

紫色馬鈴薯；多酚；二次通用旋轉(zhuǎn)試驗；提取工藝優(yōu)化

植物多酚是一類廣泛存在于植物體內(nèi)的次生代謝產(chǎn)物[1]，具有抗氧化、清除自由基、降血脂、降血壓、降血糖、抗癌、抗衰老、鎮(zhèn)痛、抗炎、抗菌等作用[2-11]。近年來，由于天然酚類物質(zhì)具有抗氧化活性以及對健康的潛在益處，使其越來越受到廣大消費者的關(guān)注，使得其廣泛地應用在醫(yī)學、食品和日用化工等相關(guān)領(lǐng)域中[12]。水果、茶、咖啡、谷物等植物性食品被認為是飲食中多酚的主要來源[13]。馬鈴薯是一年生草本植物，世界四大種植作物之一[14]，含有豐富的酚類物質(zhì)，已成為人們在日常飲食中重要的抗氧化活性物質(zhì)的來源[15]。2013年中國農(nóng)業(yè)部就已經(jīng)提出了要將馬鈴薯主食化的新政策，2015年中國農(nóng)業(yè)種植業(yè)要點也要求積極推進馬鈴薯主食產(chǎn)品及產(chǎn)業(yè)開發(fā)。紫色馬鈴薯所含的天然酚類物質(zhì)更多于普通馬鈴薯[16]。目前研究者對紫色馬鈴薯中花色苷[17，18]進行了研究，關(guān)于其中多酚的提取優(yōu)化鮮有報道。因此本研究以多酚含量為檢測指標，在單因素試驗的基礎上，采用二次通用旋轉(zhuǎn)試驗設計，對紫色馬鈴薯中多酚的提取工藝進行優(yōu)化，為紫色馬鈴薯中多酚的提取提供理論依據(jù)，也為紫色馬鈴薯深加工及綜合利用提供一定的參考。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

紫色馬鈴薯，購于云南昆明；Folin-Ciocalteau試劑、阿魏酸，Sigma公司；Na2CO3、乙醇等其他試劑均為分析純。

1.2儀器與設備

AOE翱藝A360紫外可見分光光度計，翱藝儀器(上海)有限公司；TDL-5-A型離心機，上海安亭科學儀器廠。

1.3方法

1.3.1多酚含量測定

(1)阿魏酸(FAE)標準曲線的制作[19-21]。阿魏酸標準儲備溶液(40 μg/mL)：準確稱取0.001 g阿魏酸于小燒杯中，用甲醇溶解并移至25 mL棕色容量瓶中，用甲醇定容至刻度線，0～4 ℃下避光儲存?zhèn)溆谩０⑽核峁ぷ饕海河靡埔汗芊謩e移取1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 mL的阿魏酸標準儲備液于10 mL棕色容量瓶中，分別用甲醇定容至刻度線。

分別移取阿魏酸工作液各1 mL于試管中，加入0.5 mL(2 mol/L)Folin-Ciocalteau試劑，充分振搖，加入1 mL飽和CaCO3溶液，再加入7.5 mL蒸餾水，充分混勻，室溫下避光反應35 min，于4 000 g離心10 min，取藍色上清液于725 nm下測定吸光度，建立標準曲線。其回歸方程為Y=0.003 3X-0.003，(R2=0.998 8)。

(2)多酚含量的測定。準確移取3 mL多酚提取液，按照(1)中方法進行多酚含量測定，結(jié)果表示為每g新鮮紫色馬鈴薯中所含的多酚含量相當于阿魏酸的μg數(shù)。

1.3.2單因素試驗

(1)樣品的制備：將新鮮的紫色馬鈴薯洗凈，選擇外表顏色鮮艷，肉質(zhì)堅硬的馬鈴薯，不去皮切薄片，然后用刀切成小塊，放入高速組織搗碎機中搗碎，備用。

(2)單因素試驗：在不同條件下考察提取溫度、液料比、提取時間對紫色馬鈴薯多酚提取效果的影響。根據(jù)文獻，選擇70%(V∶V)的乙醇作為提取溶劑。提取溫度分別為30、40、50、60、70、80 ℃，液料比分別為5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1mL/g，提取時間分別為30、40、50、60、70 min，進行多酚含量測定。

1.3.3二次通用旋轉(zhuǎn)試驗設計以多酚含量為檢測指標，在單因素試驗的基礎上進行二次通用旋轉(zhuǎn)試驗設計，確定紫色馬鈴薯中多酚的最佳提取工藝條件。

2　結(jié)果與分析

2.1單因素試驗

2.1.1提取溫度對提取效果的影響準確稱取6份1 g紫色馬鈴薯樣品，按照液料比10∶1(mL/g)，提取時間50 min，加入70%乙醇溶液，分別置于30、40、50、60、70、80 ℃下進行提取，過濾后定容于50 mL棕色容量瓶中，吸取提取液進行多酚含量測定，重復3次。由圖1可以得出，在溫度的逐漸上升的同時，多酚的提取效果呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，并且在70 ℃時達到最高值，為2 257.56 ±17.54 μg FAE/g，說明在一定溫度范圍內(nèi)，溫度越高，提取效果越好。由于多酚的的熱不穩(wěn)定因素，當超過70 ℃后，多酚會發(fā)生氧化反應、聚合反應[22]，使得多酚的提取效果有所下降，因此選取最佳提取溫度為70 ℃。

圖1　提取溫度對提取效果的影響

2.1.2液料比對提取效果的影響準確稱取6份1 g紫色馬鈴薯樣品，按照液料比 5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1(mL/g)的比例，分別加入5、10、15、20、25、30 mL濃度為70%的乙醇溶液，置于70 ℃的水浴鍋中進行提取，過濾后定容于50 mL棕色容量瓶中，吸取提取液進行多酚含量測定，重復3次。由圖2可以看出，隨液料比的增大，提取效果呈先上升后下降的趨勢，并且在液料比為25∶1(mL/g)時達到最大值，為 2 612.25±19.36 μg FAE/g?？赡苁怯捎陔S著液料比的增加，其他醇溶性成分溶出，使提取效果下降[23]。同時料液比過大也會造成溶劑和能源的浪費給后期的工作造成困難，所以選擇液料比為25∶1(mL/g)比較合理。

圖2　液料比值對提取效果的影響

2.1.3提取時間對提取效果的影響準確稱取5份1 g紫色馬鈴薯樣品，加入25∶1(mL/g)的液料比的乙醇，置于70 ℃的水浴鍋中，分別提取30、40、50、60、70 min，過濾后定容于50 mL棕色容量瓶中，吸取提取液進行多酚含量測定，重復3次。由圖3可以看出，隨著時間的延長，提取效果呈先上升后下降的趨勢，并且在40 min時達到最大值，為2 947.77±10.65 μg FAE/g。理論上提取時間越長提取的多酚應越多，但在本實驗中超過40 min后，多酚含量反而降低，可能是在70 ℃水浴鍋中，酒精揮發(fā)導致提取效果降低，也可能由于酚類物質(zhì)在氧氣和光照條件下，隨著時間的延長會被氧化損耗，導致多酚的提取效果降低。在其實際生產(chǎn)中，延長提取時間會導致生產(chǎn)周期的延長，成本和消耗都會增大，同時提取到的多酚含量也并不理想，所以提取時間選用40 min為宜。

圖3　提取時間對提取效果的影響

2.2二次通用旋轉(zhuǎn)試驗

2.2.1二次通用旋轉(zhuǎn)試驗設計[24-27]以多酚含量為檢測指標，以二次通用旋轉(zhuǎn)試驗設計為試驗方法，在單因素試驗的基礎上，選擇3個因素：提取溫度、液料比和提取時間，進行3因素5水平試驗(表1)。

表1　二次通用旋轉(zhuǎn)因素水平

表2　二次通用旋轉(zhuǎn)試驗方案及結(jié)果

注：多酚含量表示為每g新鮮紫色馬鈴薯中所含的多酚相當于阿魏酸的μg數(shù)。

表3　試驗結(jié)果方差分析

2.3數(shù)學模型尋優(yōu)[31]

2.3.1變量輪換直接尋優(yōu)根據(jù)所建立的數(shù)學模型，對3個因素5個水平進行統(tǒng)計尋優(yōu)，在試驗范圍內(nèi)可得到多酚含量的最高值為3 081.98 μg 阿魏酸/g，此時對應的各因素取值為：X1=1、X2=1、X3=1，相對應的實際條件為：提取溫度為85 ℃、液料比為35∶1(mL/g)、提取時間為50 min。

2.3.2頻率分析及統(tǒng)計尋優(yōu)用變量輪換直接尋優(yōu)法所求出優(yōu)化的配方組合，由于沒有考慮到隨機因素，因此使得其在實際生產(chǎn)中的實施比較困難。所以，本試驗對不同設計水平下的組合進行模擬試驗，以平均值2 986.11為臨界值，最終獲得大于臨界值的方案75個。各變量取值的頻率分布見表4。

表4　優(yōu)化提取方案中Xi取值頻率分布

由表4可以得出，在95%的置信區(qū)間內(nèi)，吸光度大于2 986.11的優(yōu)化方案為：提取溫度為65.8～74.2 ℃、液料比為22.2∶1～27.8∶1(mL/g)、提取時間為47.38～50.5 min。但為了更適用于實際的工業(yè)化生產(chǎn)，因此將優(yōu)化方案定為：提取溫度為70 ℃、液料比為25∶1(mL/g)、提取時間為49 min。最后的優(yōu)化方案應以頻率尋優(yōu)為準，所選數(shù)值應在上面的范圍內(nèi)。對此方案進行試驗驗證得到多酚含量為3 038.84±23.85 μg FAE/g，與優(yōu)化方案中的理論值3 107.85 μg FAE/g比較接近，進一步證實了方案的可靠性。

3　結(jié)論

本試驗用紫色馬鈴薯作為原料，提取其中的多酚，并以多酚含量為檢測指標，先進行單因素試驗，再以單因素試驗為基礎利用二次通用旋轉(zhuǎn)試驗設計方法，得到紫色馬鈴薯多酚的最佳提取工藝條件為：提取溫度70 ℃、液料比25∶1(mL/g)、提取時間49 min，在此條件下提取的多酚含量為3 038.84±23.85 μg FAE/g，與理論值較為接近?！?/p>

[1]吳建華，吳志瑰，裴建國，等.多酚類化合物的研究進展[J].中國現(xiàn)代中藥，2015，17(6)：630-636.

[2]DAE-OK KIM，et al.Antioxidant capacity of phenolic phytochemicals from various cultivars of plums[J].Food Chemistry，2003，81(3)：321-326.

[3]ANOMA CHANDRASEKARA，et al.Bioaccessibility and antioxidant potential of millet grain phenolics as affected by simulated in vitro digestion and microbial fermentation[J].Journal of Functional Food，2012，4(1)：226-237.

[4]FRANCESCO VISIOLI，et al.Polyphenols and Human Health：A Prospectus[J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition，2011，51(6)：524-546.

[5]ANOMA CHANDRASEKARA，F(xiàn)EREIDOON SHAHIDI.Determination of antioxidant activity in free and hydrolyzed fractions of millet grains and characterization of their phenolic profiles by HPLC-DAD-ESI-MSn[J].Journal of Functional Food，2011，3(3)：144-158.

[6]ANOMA CHANDRASEKARA，F(xiàn)EREIDOON SHAHIDI.Inhibitory Activities of Soluble and Bound Millet Seed Phenolics on Free Radicals and Reactive Oxygen Species[J].Journal of Agriculturaland Food Chemistry，2011，59(1)：428-436.

[7]吳正平.茶多酚對小鼠高脂血癥與脂肪肝的預防作用[J].中國實驗方劑學雜志，2010，16(2)：94-95.

[8]MIDORI YASUDAA，et al.Inhibitory effects of polyphenols from water chestnut (Trapa japonica) husk on glycolytic enzymes and postprandial blood glucose elevation in mice[J].Food Chemistry，2014，165(15)：42-49.

[9]ANOMA CHANDRASEKARA，F(xiàn)EREIDOON SHAHIDI.Antiproliferative potential and DNA scission inhibitory activity of phenolics from whole millet grains[J].Journal of Functional Food，2011，3(3)：159-170.

[10]王玲，焦士蓉，雷夢林，等.石榴皮多酚的提取及抑菌作用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2010，38(5)：8995-8897.

[11]張仁堂，等.茉莉花茶中茶多酚的提取分離純化及其抗氧化性能研究[J].中國食物與營養(yǎng)，2010，4：47-51.

[12]初樂，趙巖，和法濤，等.植物多酚提取與檢測方法的研究進展[J].中國果菜，2014，34(4)：62-65.

[13]P.S.THONDRE，L.RYAN，C.J.K.HENRY.Barley β-glucan extracts as rich sources of polyphenols and antioxidants[J].Food Chemistry，2011，126(1)：72-77.

[14]薛順蘭.馬鈴薯儲藏技術(shù)[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，2008，6：32-33.

[15]SONIA PASCUAL-TERESA，MARIA TERESA SANCHEZ-BALLESTA.Anthocyanins：from plant to health[J].Phytochemistry Reviews，2008，1(7)：281-299.

[16]REYES，L.F.MILLER，et al.Antioxidant capacity，anthocyanins and total phenolics in purple and red fleshed potato(Solanunm tuberosum L.)genotypes[J].American Journal of Potato Research，2005，2(82)：271-277.

[17]齊美娜，等.紫色馬鈴薯花色苷抗氧化活性研究[J].食品工業(yè)，2013，34(2)：37-40.

[18]殷麗琴，等.高效液相色譜法測定8個彩色馬鈴薯品種中花青素種類和含量[J].食品科學，2015，36(18)：143-147.

[19]TERRENCE MADHUJITH，et al.Antioxidant potential of barley as affected by alkaline hydrolysis and release of insoluble-bound phenolics[J].Food Chemistry，2009，117(4)：615-620.

[20]WEIWEI GUO，TRUST BETA.Phenolic acid composition and antioxidant potential of insoluble and soluble dietary fibre extracts derived from select whole-grain cereals[J].Food Research International，2013，51(2)：518-525.

[21]ANOMA CHANDRASEKARA，F(xiàn)EREIDOON SHAHIDI.Content of Insoluble Bound Phenolics in Millets and Their Contribution to Antioxidant Capacity[J].Journal of Functional Food，2010，58(11)：6706-6714.

[22]周躍勇，王岸娜，吳立根.從獼猴桃中提取多酚類物質(zhì)的研究[J].食品研究與發(fā)展，2007，28(3)：56-60.

[23]周勝男，陸寧.馬鈴薯中多酚類物質(zhì)提取方法的研究[J].食品工業(yè)科技，2009，30(6)：217-222.

[24]李淳，等.二次通用旋轉(zhuǎn)試驗設計優(yōu)化水代法提取茶油的工藝條件[J].中國食物與營養(yǎng)，2012，18(10)：42-45.

[25]李永強，楊士花，秦源，等.響應面法優(yōu)化藕節(jié)鞣質(zhì)提取工藝研究[J].食品與發(fā)酵科技，2012，48(2)：36-39.

[26]李永強，等.云南櫻花色素的初步定性及提取工藝[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2010，36(5)：174-177.

[27]李永強，楊士花，岳曉川，等.野生滇橄欖多酚提取工藝的優(yōu)化[J].中國食物與營養(yǎng)，2015，21(1)：46-50.

[28]唐啟義，馮明光.實用統(tǒng)計分析及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[M].北京：科學出版社，2002：159-163.

[29]李永強，等.二次通用旋轉(zhuǎn)試驗設計優(yōu)化山茶花紅色素提取的工藝[J].食品研究與開發(fā)，2009，30(11)：193-195.

[30]李永強，等.二次通用旋轉(zhuǎn)試驗設計優(yōu)化三角梅紅色素提取工藝的研究[J].中國食品添加劑，2010，5：68-72.

[31]曲曉婷，等.二次通用旋轉(zhuǎn)組合設計法優(yōu)化米糠蛋白提取工藝[J].食品研究與開發(fā)，2007，28(1)：102-106.

(責任編輯李燕妮)

Optimization of Extraction Technology of Polyphenol from Purple Potatoes

HUANG Jia-qi1，YANG Shi-hua2，ZHANG Yi-ming1，HUANG Yong-hua1，LI Hai-ping3，LI Chun4，LI Yong-qiang1

(1College of Food Science and Technology，Yunnan Agricultural University，Kunming 650201，China；2College of Foreign Languages，Yunnan Agricultural University，Kunming 650201，China；3Wuding County Food and Drug Administration，Wuding 651600，China；4Yongping County Food and Drug Inspection Bureau，Yongping 672660，China)

Polyphenol contents as indicators, the optimal extraction technology of polyphenols from purple potatoes were studied by Quadratic General Rotary Design based on single factor experiments.The results showed that the factors affecting the extraction efficiency were extraction time，extraction temperature，and the ratio of liquor to material.The optimum extraction conditions were extraction temperature 70℃，ratio of liquid to material ratio 25∶1，extraction time 49 min.The content of polyphenol was 3 038.84±23.85 μg ferulic acid equivalents/g under the conditions.

purple potato；polyphenol；Quadratic General Rotary Design；extraction technology optimization

國家自然科學基金項目(項目編號：31360378、31560428)；云南省自然科學基金項目(項目編號：2013FB042)；云南農(nóng)業(yè)大學“國家大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃”項目(項目編號：201510676007)；云南省高校食品加工與安全控制重點實驗室(項目編號：201401)。

黃佳琦(1993—)，女，在讀碩士研究生，研究方向：天然產(chǎn)物化學。

李永強(1975—)，男，博士，副教授，研究方向：功能食品與天然產(chǎn)物化學。