香櫞多酚提取工藝優(yōu)化

張 然,徐 敏,何婷婷,蔡 暢

(常熟理工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院,江蘇常熟 215500)

香櫞(CitrusmedicaL.)為蕓香科柑橘屬植物,又名枸櫞子,《本草圖經(jīng)》記載香櫞具有止咳化痰、理氣和中的作用[12]?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究也發(fā)現(xiàn)香櫞在抑制動(dòng)脈擴(kuò)張和治療肝炎方面有顯著療效,香櫞名列2016年國家衛(wèi)生計(jì)生委發(fā)布的《既是藥品又是食品的名單》中,是一種藥食兩用原材料。在我國大部分香櫞生長在云南、福建、浙江、江蘇、廣西、湖北等地[3],因其具有較強(qiáng)的觀賞價(jià)值,目前已發(fā)展成為江蘇和浙江兩省及上海市重要的庭院、道路綠化樹種,香櫞果實(shí)產(chǎn)量逐漸豐富,香櫞的食品產(chǎn)業(yè)開發(fā)有廣闊前景。香櫞中含有豐富的營養(yǎng)素和生物活性物質(zhì),目前國內(nèi)對香櫞功效成分提取的研究主要在果膠、柚皮苷和揮發(fā)油組分方面[3],關(guān)于香櫞多酚提取的報(bào)道很少,植物多酚是植物中具有多元酚結(jié)構(gòu)的物質(zhì),主要存在于植物的根、皮和果實(shí)中,是植物體內(nèi)復(fù)雜酚類的次生代謝產(chǎn)物[46],現(xiàn)代研究認(rèn)為植物多酚具有抗氧化、抗炎、降血糖、降血脂及抗癌等生物學(xué)作用[7]。

本文以香櫞為主要原料,以乙醇為溶劑提取香櫞中多酚,并且對相應(yīng)提取工藝進(jìn)行優(yōu)化,從而為香櫞食品深加工產(chǎn)業(yè)提供一定的理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

香櫞(干品) 江蘇龍升藥業(yè)有限公司;沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品 上海如吉生物對照品專用;福林酚試劑 蘇州晶茂生物科技有限公司;碳酸鈉 天津市永大化學(xué)試劑有限公司,乙醇 天津永大化學(xué)試劑有限公司;蒸餾水 實(shí)驗(yàn)室自制。

紫外可見分光光度計(jì) 上海菁華科技儀器有限公司;EL204型電子精密天平 梅特勒托利多儀器有限公司;HMS112型電熱式恒溫水浴鍋 江蘇金壇宏凱儀器廠;1011AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱 天津泰斯特儀器有限公司;HK20B型搖擺式高速中藥粉碎機(jī) 廣州市旭朗機(jī)械設(shè)備有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程 香櫞55 ℃烘干4 h至恒重、中藥粉碎機(jī)打碎,過60目篩→精確稱量→加入一定濃度乙醇溶液→選擇一定溫度置于恒溫水浴鍋→浸提一定時(shí)間→過濾→水浴→收集香櫞多酚醇提液。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 精確吸取0、1、2、3、4、5、6 mL 0.1 mg/mL沒食子酸溶液于10 mL容量瓶中,定容。再各取1 mL稀釋液于試管中,分別加入0.5 mL福林酚試劑與2 mL 10%的碳酸鈉,定容到10 mL,45 ℃水浴30 min,冷卻后用蒸餾水作為空白,可見分光光度計(jì)在765 nm下測得吸光度值,每個(gè)樣品平行測定三次。以沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度(mg/mL)為橫坐標(biāo),以吸光度值作為縱坐標(biāo),繪制相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線,所得標(biāo)準(zhǔn)曲線的方程為:Y=10.604X+0.0117,R2=0.9998。

1.2.3 香櫞多酚得率計(jì)算 取1 mL提取后的溶液,分別滴加0.5 mL福林酚試劑與2 mL 10%的碳酸鈉溶液,用蒸餾水精確定容到10 mL,放置于45 ℃的水浴鍋中水浴30 min,于765 nm處測其吸光度,按照標(biāo)準(zhǔn)曲線測定香櫞中多酚濃度。多酚得率公式如下:

式中,C為提取液中多酚的濃度(mg/mL);V為提取液體積(mL);n為稀釋倍數(shù),m為香櫞粉的質(zhì)量(g)。

1.2.4 香櫞多酚提取的單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.4.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對香櫞多酚得率的影響 按照料液比1∶20 g/mL,提取溫度70 ℃,提取時(shí)間60 min;以不同乙醇體積分?jǐn)?shù)(20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%)的乙醇溶液為提取液,考察乙醇體積分?jǐn)?shù)對香櫞多酚得率的影響。

1.2.4.2 料液比對香櫞多酚得率的影響 在乙醇體積為40%,提取溫度70 ℃,提取時(shí)間60 min條件下,分別選擇料液比1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30 g/mL以研究不同料液比對香櫞多酚得率的影響。

1.2.4.3 提取溫度對香櫞多酚得率的影響 在乙醇體積為40%,料液比為1∶15 g/mL,提取時(shí)間60 min條件下,分別選擇提取溫度40、50、60、70、80、90 ℃以研究不同提取溫度對香櫞多酚得率的影響。

1.2.4.4 提取時(shí)間對香櫞多酚得率的影響 在乙醇體積為40%,料液比為1∶15 g/mL,提取溫度為60 ℃條件下,測定提取時(shí)間 40、60、80、100、120 min時(shí)香櫞多酚得率,研究不同提取時(shí)間對香櫞中多酚得率的影響。

1.2.5 香櫞多酚提取的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 以香櫞多酚得率為評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn),在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)四因素三水平正交實(shí)驗(yàn),確定提取香櫞多酚的最佳工藝,因素水平表見表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)結(jié)果以均值±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示,每個(gè)處理重復(fù)3次,采用SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對香櫞多酚得率的影響 由圖1可知,乙醇體積分?jǐn)?shù)在30%到40%之間,香櫞多酚得率上升速度最快,乙醇體積分?jǐn)?shù)40%時(shí)香櫞多酚得率達(dá)到最高,這可能是由于乙醇體積分?jǐn)?shù)過低不利于有效成分的溶解和吸收。乙醇體積分?jǐn)?shù)上升到40%以后,隨乙醇體積分?jǐn)?shù)升高香櫞多酚得率反而下降。這可能是因?yàn)橐掖俭w積分?jǐn)?shù)較大時(shí),容易導(dǎo)致多酚類物發(fā)生醇解,而且葉綠素等物質(zhì)溶出也增多,干擾因素的影響也增強(qiáng),導(dǎo)致香櫞多酚得率反而下降[8]。因此乙醇的適宜濃度為40%。

圖1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對香櫞多酚得率的影響Fig.1 Effect of ethanol concentvation on the extraction yield of polyphenols from Citurs medica L.注:不同小寫字母代表組間差異顯著(p<0.05),圖1～圖4同。

2.1.2 料液比對香櫞多酚得率的影響 由圖2可知,在料液比由1∶10 g/mL到1∶15 g/mL時(shí),香櫞多酚得率迅速上升,料液比在1∶15 g/mL達(dá)到最高值為23.53 mg/g,當(dāng)料液由1∶15 g/mL到1∶30 g/m時(shí),香櫞多酚得率緩慢下降。料液比為1∶15 g/mL時(shí),多酚得率最高,與其他料液比相比多酚得率差異顯著(p<0.05)。因此,1∶15 g/mL為適宜料液比。

圖2 料液比對香櫞多酚得率的影響Fig.2 Effect of ratio of material to liquid on the extraction yield of polyphenols from Citurs medica L.

2.1.3 不同提取溫度對香櫞多酚得率的影響 由圖3可知,隨著提取溫度的升高,香櫞多酚的得率先上升后下降,60 ℃時(shí)達(dá)到最高。這是由于提取溫度上升引起分子加速運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致多酚加速滲出,因此表現(xiàn)為香櫞多酚得率上升[9];當(dāng)溫度升高到60 ℃時(shí),香櫞多酚得率開始下降,這可能是由于多酚的熱穩(wěn)定性較差,長時(shí)間受熱發(fā)生氧化水解。因此60 ℃為適宜提取溫度。

圖3 提取溫度對香櫞多酚得率的影響 Fig.3 Effect of extraction temperature on the extraction yield of polyphenols from Citurs medica L.

2.1.4 不同提取時(shí)間對香櫞多酚得率的影響 由圖4可知,提取時(shí)間在40 min至100 min時(shí),隨提取時(shí)間延長,香櫞多酚得率逐漸升高,在100 min時(shí)香櫞多酚得率到達(dá)最大值24.59 mg/g,與其它提取時(shí)間存在顯著差異(p<0.05),提取時(shí)間大于100 min后隨提取時(shí)間的延長香櫞多酚得率反而逐漸減少,這可能是因?yàn)殡S時(shí)間延長香櫞多酚氧化受損引起的[1011]。因此,100 min為適宜提取時(shí)間。

圖4 提取時(shí)間對香櫞多酚得率的影響Fig.4 Effect of extraction time on the extraction yield of polyphenols from Citurs medica L.

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

根據(jù)極差R的大小,判斷香櫞多酚提取的各因素影響作用由強(qiáng)至弱為:B>C>A>D(即料液比>提取溫度>乙醇體積分?jǐn)?shù)>提取時(shí)間)。表2可以看出提取香櫞多酚的最佳工藝為A1B3C3D2,即乙醇體積分?jǐn)?shù)30%,料液比1∶20 g/mL,提取溫度70 ℃,提取時(shí)間100 min。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Experimental design and result of orthogonal experiments

2.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

在最佳工藝條件下:1 g香櫞,20 mL體積分?jǐn)?shù)為30%的乙醇溶液于70 ℃水浴鍋中提取100 min,重復(fù)三次,計(jì)算平均值,見表3,該條件下香櫞多酚得率為40.13 mg/g。

表3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Experimental resuts of verify tests

3 結(jié)論

通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn),確定了從香櫞中提取多酚的最佳工藝參數(shù)為:乙醇體積分?jǐn)?shù)30%,料液比1∶20 g/mL,提取溫度70 ℃,提取時(shí)間100 min,在此最優(yōu)條件下,多酚得率為 40.13 mg/g。本實(shí)驗(yàn)為香櫞的進(jìn)一步純化和活性研究奠定了基礎(chǔ),也為香櫞的綜合利用提供技術(shù)參考依據(jù)。

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