超聲波輔助提取葡萄皮渣中白藜蘆醇的工藝優(yōu)化及穩(wěn)定性研究

繆文玉，秦楠

（1.太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院管理工程系，山西太原030027；2.山西中醫(yī)學(xué)院制藥與食品工程學(xué)院，山西太原030619）

超聲波輔助提取葡萄皮渣中白藜蘆醇的工藝優(yōu)化及穩(wěn)定性研究

繆文玉1，秦楠2

（1.太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院管理工程系，山西太原030027；2.山西中醫(yī)學(xué)院制藥與食品工程學(xué)院，山西太原030619）

以葡萄皮渣為材料，研究超聲波輔助提取法從葡萄皮渣中提取白藜蘆醇的工藝條件；以白藜蘆醇吸光度值為考察指標(biāo)，通過單因素和正交試驗(yàn)研究超聲時(shí)間、占空比、乙醇濃度、料液比和功率對白藜蘆醇提取率的影響程度及最佳提取工藝條件。結(jié)果表明，對白藜蘆醇提取率影響因素的大小順序依次為超聲時(shí)間＞占空比＞功率＞料液比＞乙醇濃度；最優(yōu)工藝條件：超聲時(shí)間為6 min，占空比為1∶2，乙醇濃度為60%，料液比為1∶35，功率為400 W，經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)，其提取率為0.277%。穩(wěn)定性研究結(jié)果表明，白藜蘆醇受溫度和紫外燈照射的影響較大，對室內(nèi)日光燈照射比較穩(wěn)定。

白藜蘆醇；葡萄皮渣；超聲波輔助提取；穩(wěn)定性

葡萄品種豐富，酸甜適口風(fēng)味濃郁，廣受人們的喜好。除鮮食以外，其還是釀造葡萄酒、葡萄汁及其飲品的絕佳原材料。由于葡萄酒釀造行業(yè)的興起，葡萄酒的副產(chǎn)物——葡萄皮渣的數(shù)量急劇增加，其主要用作動物飼料，造成了極大的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[1-2]。近年研究發(fā)現(xiàn)，葡萄果實(shí)含有豐富的白藜蘆醇（Resveratro1，Res），屬非黃酮類多酚化合物，是一種天然的活性物質(zhì)。葡萄皮是主要的合成場所，白藜蘆醇含量很高，而且具有廣泛的生物學(xué)活性，在抗癌、抗菌、抗氧化、預(yù)防心臟病、降血壓和抗誘變等藥理方面具有重要作用[3-5]。據(jù)報(bào)道，白藜蘆醇尤其對鼻咽癌、胃癌、乳癌、腸癌、肺癌、肝癌、白血病、甲狀腺癌等疾病有顯著的治療效果[6-7]。將白藜蘆醇進(jìn)一步開發(fā)為藥品、功能性食品、美容化妝品等產(chǎn)品將是一種必然趨勢[8]。因此，從葡萄皮中提取白藜蘆醇既可以解決葡萄加工企業(yè)下腳料廢物處理問題，又可以更好地開發(fā)葡萄皮渣的用途，變廢為寶，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[9-10]。

有機(jī)溶劑提取、微波提取和超臨界CO2萃取等方法是提取白藜蘆醇較為常見的手段，但是這3種方法受到耗時(shí)長、得率低以及微波促使白藜蘆醇發(fā)生生化反應(yīng)、提取成本增高等限制[11-13]。而超聲波輔助提取是近些年在功能活性物質(zhì)方面研究較多的新方法之一，其工作原理是利用超聲波輻射壓強(qiáng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的空化效應(yīng)、擊碎和攪拌作用等多級效應(yīng)，大幅度提高物質(zhì)分子運(yùn)動頻率和速度，增加溶劑穿透力，促進(jìn)提取的進(jìn)行[14]。超聲波輔助萃取方法在類黃酮、花色苷等天然物質(zhì)方面已經(jīng)成功應(yīng)用，并取得了良好的效果[15-16]。目前，白藜蘆醇的研究主要集中在藥理和提純等方面，對于其穩(wěn)定性研究報(bào)道罕見。

本研究在前期有機(jī)溶劑振蕩提取的基礎(chǔ)上，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)探討白藜蘆醇受熱和光的穩(wěn)定性，旨在為白藜蘆醇的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

葡萄皮渣（清徐葡萄酒廠）；白藜蘆醇標(biāo)準(zhǔn)品（純度≥95%，天津尖峰天然產(chǎn)物有限公司）；乙醇、NaOH等為分析純（天津市天大化工試驗(yàn)廠）；水為超純水。

R201D-11旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，鄭州長城科工貿(mào)有限公司；SHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵，鞏義市英峪予華儀器廠；SHA-C型水浴恒溫振蕩器，常州市華普達(dá)教學(xué)儀器有限公司；DZF型真空干燥箱，北京科偉永興儀器有限公司；752型紫外－可見分光光度儀，上海精密儀器有限公司；NJC03-2型微波提取設(shè)備，日本SHIMADZU公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 超聲波提取工藝[17-18]葡萄皮渣→篩選、除雜→烘干→粉碎→過篩→稱質(zhì)量→超聲波萃取→離心→蒸餾濃縮→干燥→白藜蘆醇粗粉→稱質(zhì)量。

1.2.2 白藜蘆醇標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制以體積分?jǐn)?shù)為95%的乙醇作溶劑，按照白藜蘆醇標(biāo)品質(zhì)量濃度（0.8，1.6，3.2，4.8，6.4，8.0 μg/mL），分別定容至25.0 mL，306 nm波長下測定各標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度值。

1.2.3 白藜蘆醇提取率測定

其中，m為查標(biāo)準(zhǔn)曲線樣品液吸光度值對應(yīng)的白藜蘆醇的含量（μg）；V1為取樣體積（mL）；V2為樣品液體積（mL）；G為樣品稱取的質(zhì)量（g）；D為樣品溶液的稀釋倍數(shù)。

1.2.4 超聲波萃取條件的優(yōu)化

1.2.4.1 單因素試驗(yàn)選取5個(gè)因素，以白藜蘆醇提取率為判斷標(biāo)準(zhǔn)，確定各因素的最適范圍，詳細(xì)情況如表1所示。

表1 單因素水平設(shè)計(jì)

1.2.4.2 正交試驗(yàn)在1.2.4.1單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用正交表L16（45）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定最佳超聲波輔助提取條件，詳細(xì)情況如表2所示。

表2 超聲強(qiáng)化提取正交試驗(yàn)因素水平

1.2.5 穩(wěn)定性試驗(yàn)

1.2.5.1 溫度對白藜蘆醇穩(wěn)定性的影響取含量為15 μg/mL的白藜蘆醇甲醇溶液30 mL，在20～70℃條件下加熱30 min，于306 nm處測定其吸光度的變化。

1.2.5.2 光照對白藜蘆醇穩(wěn)定性的影響取含量為15 μg/mL的白藜蘆醇甲醇溶液30 mL分別倒入試管中，各試管重復(fù)3次，分別在室內(nèi)及紫外燈照射下放置30 min，于306 nm處測定其吸光度的變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線及回歸方程

按照1.2.2的方法，以白藜蘆醇質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)、吸光度值為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，標(biāo)準(zhǔn)曲線及回歸方程如圖1所示。

2.2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 超聲時(shí)間對白藜蘆醇提取效果的影響由圖2可知，隨著處理時(shí)間的延長，對物料的作用越完全，提取率逐漸提高；當(dāng)超聲6 min時(shí)提取率趨于恒定。因此，確定6 min為最適提取時(shí)間。

2.2.2 占空比對白藜蘆醇提取效果的影響將超聲時(shí)間與間隙時(shí)間（脫氣時(shí)間）之比稱為占空比。其對于控制液體中由超聲波產(chǎn)生的空化現(xiàn)象及其附加作用的效果顯著。由圖3可知，占空比對白藜蘆醇提取率的規(guī)律影響不明顯，但對提取率的影響顯著，占空比為1∶1提取率最高。

2.2.3 乙醇濃度對白藜蘆醇提取效果的影響從圖4可以看出，隨乙醇濃度提高，提取率呈現(xiàn)先升后降的趨勢，可能是由于乙醇濃度為50%～60%時(shí)，溶劑對白藜蘆醇的親合力隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加而增強(qiáng)，當(dāng)乙醇濃度為60%時(shí)提取率最高。

2.2.4 料液比對白藜蘆醇提取效果的影響由圖5可知，料液比在1∶10（25 mL）～1∶25（62.5 mL）時(shí)，白藜蘆醇提取率呈上升趨勢；料液比為1∶25時(shí)提取率最高；之后隨著料液比增大，提取率逐漸下降。所以，確定料液比1∶25為優(yōu)。

2.2.5 超聲功率對白藜蘆醇提取效果的影響由圖6可知，隨著超聲波功率的不斷增大，白藜蘆醇提取率呈現(xiàn)出先升后降的趨勢，這是由于功率由弱到強(qiáng)導(dǎo)致空化作用和機(jī)械作用逐步加強(qiáng)，促使白藜蘆醇溶出率增加，當(dāng)功率為400 W時(shí)，提取率達(dá)到最高。

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果

從表3可以看出，影響超聲提取白藜蘆醇的提取率的主次順序?yàn)锳＞C＞D＞E＞B，即超聲時(shí)間＞占空比＞功率＞料液比＞乙醇濃度。由表4可知，超聲時(shí)間對提取率有極顯著影響（P＜0.01）；占空比、超聲波功率對提取率有顯著影響（P＜0.05）；乙醇濃度、料液比對提取率影響不顯著。最優(yōu)工藝組合是A2B2C3D2E4，即超聲時(shí)間為6 min，乙醇濃度為60%，占空比為1∶2，超聲功率為400 W，料液比為1∶35。

表3 超聲強(qiáng)化提取正交試驗(yàn)結(jié)果

表4 超聲強(qiáng)化提取正交試驗(yàn)方差分析

2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

為了確定優(yōu)化組合條件A2B2C2D2E4的穩(wěn)定性和可靠性，按照此條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，重復(fù)3次，測得其平均提取率為0.277%，RSD為1.01%。在最優(yōu)工藝條件下白藜蘆醇提取率均高于正交試驗(yàn)中各組合提取率，說明該提取工藝穩(wěn)定可靠。

2.5 白藜蘆醇穩(wěn)定性研究

2.5.1 溫度對穩(wěn)定性的影響從圖7可以看出，在室溫20℃下白藜蘆醇的吸光度值最高；30～60℃時(shí)，隨溫度升高吸光度值下降；60～70℃時(shí)吸光度值趨于平緩，因此，白藜蘆醇受熱影響較敏感。

2.5.2 光照對穩(wěn)定性的影響白藜蘆醇分別放置于距室內(nèi)日光燈和紫外燈（功率20 W）30 cm處照射30 min后，3次重復(fù)，結(jié)果如圖8所示。經(jīng)紫外燈照射的白藜蘆醇吸光度值較室內(nèi)日光燈照射分別下降了55.1%，40.6%，43.5%，表明紫外燈照射對白藜蘆醇可能有分解或降解的作用，因此，在提取和貯存環(huán)境中應(yīng)避免紫外光的照射。

3 討論與結(jié)論

近年來，白藜蘆醇在食品、美容、生物學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域研究較多。但是限于其含量低，加之提取純化成本高等因素不斷地限制了該活性物質(zhì)的廣泛應(yīng)用[19-20]。本試驗(yàn)采用超聲波輔助提取，可以最大程度地提取出葡萄皮渣中的白藜蘆醇得率，為實(shí)際生產(chǎn)提供了理論支撐。同時(shí)，將清徐葡萄酒廠釀造葡萄酒后產(chǎn)生的葡萄皮渣變廢為寶，不僅節(jié)約資源而且保護(hù)環(huán)境，具有極為重要的意義。因此，通過試驗(yàn)確定白藜蘆醇的最佳提取工藝，既獲得了天然白藜蘆醇，又可以解決酒廠廢渣再利用的問題。

本研究通過單因素和正交試驗(yàn)得出，超聲波時(shí)間對白藜蘆醇提取率的影響最顯著，其他影響順序依次為：占空比＞功率＞料液比＞乙醇濃度。最優(yōu)工藝條件組合為：超聲時(shí)間6 min，占空比1∶2，乙醇濃度60%，料液比1∶35，超聲功率400 W，按照該組合得到的白藜蘆醇提取率達(dá)到了0.277%。說明超聲波輔助提取白藜蘆醇的試驗(yàn)方法有效、可靠。穩(wěn)定性研究結(jié)果表明，白藜蘆醇受溫度和紫外燈照射的影響較大，對室內(nèi)日光燈照射比較穩(wěn)定。本研究可為開發(fā)白藜蘆醇相關(guān)產(chǎn)品提供科學(xué)理論依據(jù)，同時(shí)也為葡萄皮渣的再利用和提高附加值開辟新的途徑。

［1］楊治元.巨峰系葡萄家譜研究[J].中外葡萄與葡萄酒，2005（2）：38-41.

［2］高學(xué)峰，楊繼紅，王華.葡萄及葡萄酒生產(chǎn)過程中副產(chǎn)物的綜合利用研究進(jìn)展[J].食品科學(xué)，2015，36（7）：289-295.

［3］CARUSO F，TANSKI，J Villegas-Estrada A，et al.Strctural basis for antioxidant activity of trans-resveratrol：AB initio calculations and crystal and molecular structure[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2004，52（24）：7279-7285.

［4］繆文玉，楊海燕.葡萄皮渣中白藜蘆醇動態(tài)吸附試驗(yàn)的研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工·學(xué)刊，2008（3）：29-32.

［5］王彪，何英姿，王曉，等.廣西都安釀酒葡萄皮渣中白藜蘆醇的提取工藝研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（15）：6912-6914.

［6］白楊，潘雋麗，蘇薇薇，等.白藜蘆醇與白藜蘆醇甙的研究進(jìn)展[J].中藥材，2004，27（1）：55-56.

［7］SHIH A，DAVIS F B，LIN H Y J.Clin endocrinol[J].Metab，2002，87（3）：1223-1226.

［8］張喜峰，李靜雅，錢悅，等.葡萄皮中白藜蘆醇提取條件優(yōu)化[J].中國釀造，2014，33（10）：87-90.

［9］汪開拓，馬莉，盧霞.超聲波輔助提取葡萄皮渣中白藜蘆醇工藝的優(yōu)化研究[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，26（3）：1201-1205.

［10］李善菊，張梟男.發(fā)酵后葡萄皮中白藜蘆醇提取工藝的優(yōu)化[J].食品工業(yè)，2016（11）：28-31.

［11］林勇，陳靜.葡萄皮中白藜蘆醇提取工藝初步研究[J].中藥材，2013，36（7）：1177-1179.

［12］SOVOVAH，OPLETALL，BARTLOVAM，et al.Supercritical fluid extraction of lignans and cinnamic acid from Schisandra chinensis[J].Journal ofSupercritial Fluids，2007，42（1）：88-95.

［13］賈俊強(qiáng)，吳瓊英.微波萃取技術(shù)的應(yīng)用[J].食品科技，2006，3（7）：5-8.

［14］LAI F R，WEN Q B，LI L，et al.Antioxidant activities of water soluble polysaccharide extracted from mung bean（Vigna radiate L.）hull with ultrasonic assisted treatment[J].Carbohydr Polym，2010，81（2）：323-329.

［15］賴紅芳，潘立衛(wèi)，黃秀香.超聲波輔助酶法提取板栗殼總黃酮的工藝優(yōu)化[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，44（7）：153-156.

［16］張樂，王趙改，陳麗娟，等.板栗殼原花青素的穩(wěn)定性及抗氧化活性[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，22（2）：9-14.

［17］朱立賢，金征宇，羅欣.白藜蘆醇和白藜蘆醇苷抗氧化作用的研究[J].食品研究與開發(fā)，2007，28（5）：22-25.

［18］張煥麗，李凡姝，馬慧，等.巨峰葡萄皮中白藜蘆醇提取工藝的研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工·學(xué)刊，2016（9）：29-30.

［19］傅喆暾，張蓉，黃寶康，等.天然植物中活性成分白藜蘆醇的作用研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代中藥研究與實(shí)踐，2005，19（2）：62-64.

［20］張燕，何芳芳，代紅軍.葡萄白藜蘆醇的應(yīng)用與研究進(jìn)展[J].中外葡萄與葡萄酒，2014（2）：54-59.

Study on Stability and Process Optimization of Ultrasonic-assisted Extraction of Resveratrol from Grape Skin

MIAOWenyu1，QINNan2>

（1.Department ofManagement Engineering，Taiyuan CityVocational College，Taiyuan 030027，China；2.College ofPharmaceutical and Food Engineering，Shanxi UniversityofTraditional Chinese Medicine，Taiyuan 030619，China）

To explore the optimal condition of resveratrol from grape skin,taking resveratrol extraction yield as selection standard, this paper researched the optimal extraction condition and the impact of extraction time,the time of work and intermission,ethonal concentration,the proportion of water to material and the ultrasound power on resveratrol extraction yield by single factor and orthogonal experiments.The results showed that the order of the impact of above five factors on resveratrol extraction yield was extraction time>the time ofwork the and intermission>ultrasound power>the proportion ofwater tomaterial>ethonal concentration.The optimal extraction conditions were as follows,extraction time was 6 min,the time of work and intermission was 1∶2,ethonal concentration was 60%,the proportion of water to material was 1∶35,the ultrasound power was 400 W.Certified test,the highest resveratrol extraction yield was 0.277%.The results indicated that there was widelyimpact oftemperature and ultraviolet lamp，but it was stable tothe fluorescent lamp.

resveratrol;grape skin;ultrasonic-assisted extraction;stability

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.06.35

TS201.2

：A

：1002-2481（2017）06-1006-05

2017-03-28

山西省衛(wèi)計(jì)委科研項(xiàng)目（201601115）

繆文玉（1982-），女，天津人，助教，主要從事食品天然成分提取研究工作。秦楠為通信作者。