牛蒡多酚提取護色和提取工藝條件的優(yōu)化研究

任媛媛,高曉光,祁 琪,劉殿武

(1.河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院,河北石家莊 050018；2.河北醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，河北石家莊 050017)

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牛蒡多酚提取護色和提取工藝條件的優(yōu)化研究

任媛媛1，2,高曉光1,祁 琪1,劉殿武2

(1.河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院,河北石家莊 050018；2.河北醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，河北石家莊 050017)

主要研究了牛蒡預(yù)處理中的護色處理及提取時間、乙醇濃度、溫度、料液比等對牛蒡多酚得率的影響,并采用正交實驗設(shè)計對牛蒡多酚的提取工藝進行了優(yōu)化。研究結(jié)果表明,濃度為0.75% VC的護色可提高牛蒡多酚的得率。牛蒡多酚類物質(zhì)提取的最佳條件為:料液比為1∶9、水浴溫度為75 ℃、水浴時間為65 min、乙醇濃度為65%。在此條件下可以得到較理想的提取效果,最大得率為7.12%。

牛蒡,多酚類物質(zhì),提取技術(shù)

牛蒡(ArctiumlappaL.)屬菊科牛蒡?qū)?為二年生草本植物,《本草綱目》中記載“牛蒡性溫、味甘無毒,通十二經(jīng)脈、除五臟惡氣,久服輕身耐老”[1]?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)認(rèn)為,牛蒡具有利尿、消積、祛痰、止泄等作用,其纖維可治療便秘,降低體內(nèi)膽固醇[2]。新鮮牛蒡富含多種多酚類物質(zhì),如綠原酸、異綠原酸、咖啡酸、槲皮素等[3-5]?，F(xiàn)有研究表明,牛蒡多酚對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和沙門氏菌等具有抑菌效果[6],對于幽門螺桿菌引發(fā)的胃潰瘍有輔助治療作用[7-8],并具有抗氧化清除自由基的生理功能[9-11],還能夠降低血脂、減肥[12]。

在牛蒡的預(yù)處理過程中,極易發(fā)生酶促褐變[13-14],多酚類物質(zhì)會因被氧化而減少,而護色處理是一種有效抑制多酚類物質(zhì)氧化的方法。本研究主要探討了護色處理對牛蒡多酚得率的影響,并且采用正交實驗對牛蒡多酚的提取條件進行了優(yōu)化,以期為牛蒡多酚的提取與利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

牛蒡 市售;VC武漢市天楚源醫(yī)藥有限公司;檸檬酸 天津博迪化工股份有限公司;氯化鈣 天津市永大化學(xué)試劑有限公司;乙醇 天津市永大化學(xué)試劑有限公司;沒食子酸 天津博迪化工股份有限公司;福林酚試劑 蘇州晶茂生物科技有限公司;碳酸鈣 天津市恒興化學(xué)試劑有限公司;蒸餾水 實驗室自制。

JJ200型精密電子天平 美國雙杰兄弟有限公司;HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市杰瑞爾電器有限公司;TGL-509型臺式離心機 上海安亭科學(xué)儀器廠;UV-5100B紫外可見分光光度計 上海元析儀器有限公司;101-0AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱 天津市泰斯特儀器有限公司;500 g搖擺式高速中藥粉碎機 溫嶺市林大機械有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品精選 選擇莖直、無蟲咬、無變質(zhì)、無機械性損傷和無物理性損傷、新鮮的牛蒡為原料。

1.2.2 牛蒡多酚類物質(zhì)提取的工藝流程 原料精選→清洗→去皮→護色→吹干→切片→二次護色→二次吹干→干燥→出爐冷卻→粉碎→乙醇提取→離心→測吸光值

1.2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制及得率的計算 用10 mL乙醇溶液溶解50 mg沒食子酸,蒸餾水定容至10 mL,分別移取0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、1.0 mL到10 mL容量瓶中,加入0.1 mL福林試劑和0.2 mL 10%的碳酸鈉溶液,用蒸餾水定容。置于45 ℃水浴5 min后在765 nm波長下測定吸光度。

取 1 mL牛蒡提取液到10 mL容量瓶中,加入0.1 mL福林試劑和0.2 mL 10%的碳酸鈉溶液,用蒸餾水定容。置于45 ℃水浴5 min后在765 nm波長下測定吸光度。

得率(%)=提取液濃度×稀釋倍數(shù)×(提取液體積/測定時所用體積)/牛蒡質(zhì)量

1.2.4 護色劑對多酚提取效果的影響

1.2.4.1 VC對多酚提取的影響 取護色劑VC的濃度分別為0.2%、0.25%、0.5%、0.75%、1.0%、1.25%,護色劑的浸泡時間為0.5 h,進行二次護色。晾干后干燥,粉碎成粉留用。以牛蒡粉∶60%乙醇溶液=1∶10(m/v)的比例在60 ℃的水浴鍋中水浴60 min,通過離心機得到上清液,吸取1 mL上清液,0.5 mL福林試劑,1 mL 10%碳酸鈉溶液于50 mL容量瓶中加蒸餾水定容。在45 ℃水浴鍋中水浴5 min。最后在765 nm下測量吸光度,得出多酚的得率。

1.2.4.2 檸檬酸對多酚提取的影響 護色劑檸檬酸的濃度分別為0.25%、0.5%、0.75%、1.0%、1.25%和1.5%,其他處理同1.2.4.1。

1.2.4.3 氯化鈣對多酚提取的影響 氯化鈣的濃度分別為0.25%、0.5%、0.75%、1.0%、1.25%、1.5%,其他處理同1.2.4.1。

1.2.5 牛蒡多酚提取條件的優(yōu)化

1.2.5.1 時間的單因素實驗 乙醇提取的時間分別為30、40、50、60、70、80 min,乙醇濃度60%,料液比1∶10,水浴鍋70 ℃,其他處理同1.2.4.1。

1.2.5.2 乙醇濃度的單因素實驗 乙醇濃度分別為40%、50%、60%、70%、80%和90%,料液比為1∶10,水浴鍋溫度為70 ℃,提取時間為70 min,其他處理同1.2.4.1。

1.2.5.3 溫度的單因素實驗 水浴溫度分別設(shè)為50、60、70、80、90、100 ℃,料液比為1∶10,乙醇濃度70%,提取時間為70 min,其他處理同1.2.4.1。

1.2.5.4 料液比的單因素實驗 料液比分別為1∶8、1∶10、1∶12、1∶14、1∶16和1∶18,乙醇濃度為70%,提取時間為70 min,水浴鍋80 ℃,其他處理同1.2.4.1。

1.2.6 正交設(shè)計 在單因素實驗的基礎(chǔ)上進行正交實驗設(shè)計L9(34)。四個單因素分別為水浴時間、乙醇濃度、水浴溫度和料液比。正交實驗的因素水平設(shè)計如表1所示。

表1 正交實驗因素水平表Table 1 Factor and level of orthogonal test

1.2.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 各組結(jié)果以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示,每個處理重復(fù)三次,采用SPSS 16.0進行統(tǒng)計分析。采用單因素方差分析(ANOVA)對結(jié)果進行多重比較,顯著性水平為p<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示,得到吸光度值(y)與沒食子酸質(zhì)量濃度(mg/mL)之間的回歸方程為:y=0.0682x+0.2655(R2=0.9994)。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 The standard curve of gallic acid

2.2 護色劑對多酚提取的影響

2.2.1 VC濃度對牛蒡多酚得率的影響 如圖2所示,隨著VC濃度的增大,多酚物質(zhì)的得率也在增加。VC濃度為0.25%至0.75%護色時,多酚得率上升速度較快,不同濃度VC對多酚得率存在顯著性影響(p<0.05)。當(dāng)VC濃度高于0.75%時,多酚得率的增加變緩,VC濃度對多酚得率無顯著影響(p>0.05)。從顏色觀察,0.25%VC、0.50% VC浸泡時牛蒡發(fā)生了褐變,褐變程度前者大于后者,VC濃度為0.75%時牛蒡顏色白嫩。所以較佳的VC濃度為0.75%。

圖2 不同VC濃度對多酚得率的影響Fig.2 The effects of VC on the yield of polyphenols注:不同小寫字母代表差異顯著(p<0.05)，圖3～圖8同。

2.2.2 檸檬酸對牛蒡多酚得率的影響 結(jié)果如圖3所示,檸檬酸濃度在0.5%～1%范圍內(nèi)時,對多酚得率無顯著影響(p>0.05);在1%～1.5%范圍內(nèi)時,多酚得率隨隨檸檬酸濃度的增大而升高,不同濃度對多酚得率存在顯著性影響(p<0.05)。在實驗范圍內(nèi),檸檬酸濃度為1.5%時,多酚類物質(zhì)得率達到最大。

圖3 不同檸檬酸濃度對多酚得率的影響Fig.3 The effects of citric acid on the yield of polyphenols

2.2.3 氯化鈣對多酚得率的影響 如圖4所示,氯化鈣濃度在0.25%～1%范圍內(nèi)時,隨著氯化鈣濃度的增加,多酚得率逐漸增加,不同濃度對多酚得率存在顯著性影響(p<0.05)。在1%～1.25%范圍內(nèi)時,多酚得率隨氯化鈣濃度的增大而緩慢增加,對多酚得率無顯著影響(p>0.05)。在1.25%～1.5%范圍內(nèi)時,多酚得率隨氯化鈣濃度的增大而升高,不同濃度對多酚得率存在顯著性影響(p<0.05)。氯化鈣為1.5%時,牛蒡多酚類物質(zhì)的得率最大。

對以上三種護色劑VC、檸檬酸、氯化鈣對多酚提取的影響進行比較,VC做為護色劑時,能獲得最大的牛蒡多酚得率,VC最佳濃度為0.75%,所以選擇0.75%的VC做為護色劑。

圖4 不同氯化鈣濃度對多酚得率的影響Fig.4 The effects of CaCl2 on the yield of polyphenols

2.3 單因素實驗

2.3.1 時間對多酚得率的影響 時間對多酚得率的影響見圖5。如圖5可知,乙醇提取時間在40 min到70 min之間時,多酚得率是一個逐漸增高的過程,不同時間對多酚得率存在顯著性影響(p<0.05)。乙醇提取時間為70 min時,多酚類物質(zhì)得率最高。在提取時間為70～80 min時,得率下降。可能是因為提取時間過長,多酚物質(zhì)因為分解而損失。所以應(yīng)選擇70 min為乙醇提取的最佳時間。

圖5 時間對牛蒡多酚類物質(zhì)提取的影響Fig.5 The effects of time on the yield of polyphenols注:不同小寫字母代表差異顯著(p<0.05)。

2.3.2 乙醇濃度對多酚得率的影響 乙醇濃度對牛蒡多酚得率的影響如圖6所示,當(dāng)乙醇濃度為70%時,牛蒡多酚得率最高,和其他濃度相比差異顯著(p<0.05)。乙醇濃度70%到90%時,牛蒡多酚得率逐漸降低。因此,乙醇的最佳濃度為70%。

圖6 乙醇濃度對牛蒡多酚提取的影響Fig.6 The effects of ethanol concentration on the yield of polyphenols

2.3.3 溫度對多酚提取的影響 如圖7所示,水浴溫度對牛蒡多酚提取的影響,在水浴溫度50～80 ℃范圍內(nèi),隨著溫度的升高,多酚得率也在逐漸增加,不同溫度對多酚得率的影響存在顯著性影響(p<0.05)。水浴溫度80 ℃時,多酚得率最高。當(dāng)水浴的溫度為水浴溫度80～90 ℃時,多酚得率開始下降,不同溫度對多酚得率無顯著影響(p>0.05)?？赡苁且驗闇囟冗^高,牛蒡多酚類物質(zhì)出現(xiàn)了分解。所以水浴的最佳溫度為80 ℃。

2.3.4 料液比對多酚提取的影響 由圖8料液比對多酚得率的影響可見,隨著料液比的增加,多酚得率先增加后下降。料液比為1∶10時,多酚得率最高,與其他料液比時相比,多酚得率存在顯著差異(p<0.05);當(dāng)料液比為1∶18時,多酚得率最低。因此,最佳料液比為1∶10。

圖8 料液比對多酚得率的影響Fig.8 The effects of solid-liquid ratio on the yield of polyphenols

2.4 正交設(shè)計實驗

為優(yōu)化提取工藝,進行正交實驗。正交實驗結(jié)果見表2。

表2 正交實驗結(jié)果Table 2 Results of orthogonal experiment

由表2分析可知,各因素水浴時間(A)、乙醇濃度(B)、水浴溫度(C)、料液比(D)對牛蒡多酚的得率有不同程度的影響。各因素對牛蒡多酚得率的影響大小順序為水浴溫度(C)>料液比(D)>乙醇濃度(B)>水浴時間(A),提取牛蒡中多酚的最優(yōu)水平組合為C1D1B1A1,即水浴溫度75 ℃、料液比為1∶9、乙醇濃度為65%、水浴時間為65 min,牛蒡多酚的得率最高為7.07%。

按照以上得出的最佳提取條件,對牛蒡中的多酚進行提取,進行驗證實驗,提取條件為水浴溫度75 ℃、料液比為1∶9、乙醇濃度為65%、水浴時間為65 min,牛蒡多酚提取的得率為7.12%,說明優(yōu)化條件可行。

3 結(jié)論

本研究主要探討了牛蒡預(yù)處理中的護色處理對牛蒡多酚得率的影響,研究了VC、檸檬酸、氯化鈣對牛蒡多酚提取的影響,研究表明VC作為護色劑效果最好,可以一定程度上減少酚類物質(zhì)的氧化,增高牛蒡多酚類物質(zhì)的得率。

本研究通過單因素實驗考察了水浴時間、乙醇濃度、水浴溫度和料液比對牛蒡多酚的得率的影響,在此基礎(chǔ)上運用正交實驗設(shè)計,對提取條件進行優(yōu)化,分析得出各因素對牛蒡多酚得率的影響大小順序為水浴溫度>料液比>乙醇濃度>水浴時間,得出牛蒡中多酚類物質(zhì)提取的最佳工藝條件為水浴溫度75 ℃、料液比為1∶9、乙醇濃度為65%、水浴時間為65 min,在此條件下牛蒡多酚得率最高為7.12%。

牛蒡多酚是一種天然的功能性成分,具有抗氧化等重要的生理功能。在牛蒡多酚提取的預(yù)處理過程中,多酚類物質(zhì)會發(fā)生氧化褐變而減少,通過護色處理的方法可以抑制褐變,提高多酚類物質(zhì)的得率,所以其他的抑制多酚類物質(zhì)褐變的方法可能也能夠提高牛蒡多酚的得率。本研究對提高牛蒡多酚得率的研究方法提出了新的思路,并對提取條件進行了優(yōu)化,為牛蒡多酚的開發(fā)應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ)。

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Extraction of polyphenol from burdocks of color protecting and extraction conditions optimization

REN Yuan-yuan1,2,GAO Xiao-guang1,QI Qi1,LIU Dian-wu2

(1.College of Bioscience and Bioengineering,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang 050018,China;2.College of Public Health,Hebei Medical University,Shijiazhuang 050017,China)

Colorprotectingprocessinginthepretreatmentofburdockwasstudiedtoenhancepolyphenolsextraction.Extractiontechnologicalparametersincludingextractiontime,ethanolconcentration,extractiontemperature,andsolid-liquidratiowereoptimizedwithorthogonalexperiment.TheresultsshowedthatVCwasthesuitablecolorprotectionagent.Attheconcentrationof0.75%,thepretreatmentofVCcouldimprovetheextractionrateofburdockpolyphenol.Theresultalsoshowedthattheoptimalextractionconditionwereasfollowing:solid-liquidratioof1∶9,extractiontemperatureof75 ℃,extractiontimeof65min,ethanolsolventconcentrationof65%.Undertheoptimalconditions,theextractionrateofpolyphenolsreached7.12%.

Burdock;polyphenols;extractiontechnology

2016-05-12

任媛媛(1980-)，女，碩士，講師，研究方向：功能性物質(zhì)提取,E-mail:cherry1137@126.com。

TS255.1

B

1002-0306(2016)21-0265-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.21.042