石榴皮多酚超聲波-微波協(xié)同提取技術(shù)

劉煥云，王艷哲，姚楚軒

(河北經(jīng)貿(mào)大學(xué) 生物科學(xué)與工程學(xué)院，石家莊 050061)

石榴果皮為石榴鮮食及加工過程中的主要副產(chǎn)物，約占鮮果重的40%左右，多數(shù)被丟棄，僅有少量曬干作為藥用[1]。國(guó)內(nèi)外研究表明石榴皮富含多酚、黃酮、生物堿等活性物質(zhì)[2-4]，具有抗氧化、抗癌防癌、保護(hù)心腦血管和潤(rùn)膚美容等多種生理和藥理活性，可廣泛用于食品加工、醫(yī)藥等領(lǐng)域。李穎等[5]研究發(fā)現(xiàn)石榴皮提取物能有效抑制生豬肉餅冷藏過程中的脂肪氧化和蛋白氧化，謝貞建等[6]研究表明它對(duì)大豆油有很好的抗氧化效果，作為天然抗氧化劑效果均優(yōu)于丁基羥基茴香醚；多酚提取物用于肉制品的防腐保鮮，效果較好[7-8]，且可作為亞硝酸鹽清除劑，用于發(fā)酵蔬菜和添加亞硝酸鹽作為發(fā)色劑的肉制品加工[9-11]。提取石榴皮多酚傳統(tǒng)的溶劑萃取法及酶法較為成熟，但存在資源消耗大、產(chǎn)率低等問題。近年來采用的超高壓萃取法和超臨界流體萃取法具有高效、快速、無污染等特點(diǎn)，但工業(yè)化生產(chǎn)還不成熟，超聲波和微波輔助提取技術(shù)具有各自優(yōu)點(diǎn)和不足，將二者有機(jī)地結(jié)合起來可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。目前關(guān)于石榴皮多酚的超聲波-微波協(xié)同提取技術(shù)尚未見報(bào)道。本文選用超聲波-微波協(xié)同技術(shù)提取石榴皮中多酚類物質(zhì)，優(yōu)化了其提取工藝參數(shù)，為石榴皮的進(jìn)一步綜合利用奠定了基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料及試劑

石榴皮：購(gòu)自中藥房，新疆吐魯番產(chǎn)；洗凈，于60 ℃烘干后粉碎并過60目篩，得石榴皮粉，干燥避光儲(chǔ)存。

沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品：中檢所；酒石酸鉀鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、硫酸亞鐵、乙醇等：均為分析純?cè)噭慌渲朴盟疄槎握麴s水。

1.1.2 主要儀器

XFB-1000新型密封式中藥粉碎機(jī) 吉首市中誠(chéng)制藥機(jī)械廠；XH-3000A型電腦微波超聲波組合萃取儀 北京祥鵠科技發(fā)展有限公司；723型分光光度計(jì) 上海光譜儀器有限公司；TDZ5-WS離心機(jī) 長(zhǎng)沙湘智離心機(jī)儀器有限公司；BS-124S電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；電熱恒溫干燥箱 上海一恒科技有限公司。

1.2 超聲波-微波協(xié)同技術(shù)提取石榴皮多酚

1.2.1 工藝流程

石榴皮粉(過60目篩)→稱量→室溫下，用一定濃度乙醇溶液浸泡20 min→超聲波-微波處理→離心→上清液→定容→移取→顯色測(cè)定吸光度值→計(jì)算提取得率。

1.2.2 單因素及正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

稱量石榴皮粉1.0 g(準(zhǔn)確至±0.0001 g)，固定其他條件，分別探討乙醇溶液濃度(40%～80%)、料液比(1∶10～1∶35，g/mL)、微波功率(50～450 W)、超聲波功率(100～700 W)、提取時(shí)間(1～5 min)、提取次數(shù)(1～3次)對(duì)石榴皮多酚提取得率的影響(見表1)，各因素試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。在此基礎(chǔ)上采用L9(34)正交試驗(yàn)對(duì)超聲波-微波協(xié)同技術(shù)提取石榴皮多酚工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，其因素水平見表2，各試驗(yàn)重復(fù)2次，取平均值。

1.3 石榴皮提取物多酚含量的測(cè)定

采用劉煥云等[12]的方法對(duì)石榴皮提取液中多酚含量進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，多重比較用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行，平均數(shù)差異顯著性檢驗(yàn)用獨(dú)立樣本T-test法進(jìn)行，同一濃度下，與對(duì)照組相比，不標(biāo)為差異不顯著(P>0.05)，“*”表示差異顯著(P<0.05)，“**”表示差異極顯著(P<0.01)，重復(fù)數(shù)n=3。

2 結(jié)果與分析

2.1 石榴皮多酚提取的單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)多酚提取得率的影響

設(shè)定料液比為1∶20 (g/mL)，微波功率為100 W，超聲波功率為100 W，提取時(shí)間為3 min，浸提次數(shù)為1次，研究不同乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)多酚提取得率的影響(見表1)。結(jié)果表明，在40%～60%范圍內(nèi)，石榴皮多酚得率隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的升高而不斷增大，繼續(xù)增加至80%，多酚得率逐漸下降。這是因?yàn)橐掖俭w積分?jǐn)?shù)不同，極性也不同，其含有的羥基能與多酚類物質(zhì)中的酚羥基形成氫鍵，加大多酚類物質(zhì)溶解程度不同所致[13]。

2.1.2 料液比對(duì)多酚提取得率的影響

設(shè)定乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%，微波功率為100 W，超聲波功率為100 W，提取時(shí)間為3 min，浸提次數(shù)為1次，探討不同料液比對(duì)多酚提取得率的影響(見表1)。結(jié)果表明，在料液比1∶10～1∶30 (g/mL)時(shí)，多酚得率顯著增加，之后下降，故乙醇溶液用量和原料比為30時(shí)多酚已提取完全，繼續(xù)添加溶劑體積，只會(huì)使單位提取液中多酚濃度降低，并造成浪費(fèi)。

表1 不同提取條件對(duì)多酚得率的影響Table 1 Effects of extraction conditions on the yield of polyphenols

續(xù) 表

2.1.3 微波功率對(duì)多酚提取得率的影響

設(shè)定乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%，料液比為1∶30 (g/mL)，超聲波功率為100 W，提取時(shí)間為3 min，浸提次數(shù)為1次，探討不同微波功率對(duì)多酚提取得率的影響(見表1)。結(jié)果表明，微波功率在50～450 W范圍內(nèi)多酚提取得率先隨微波功率的增大而上升，當(dāng)大于250 W后反而下降。這是由于微波輻射能加速破壞細(xì)胞壁，促進(jìn)多酚的溶出[14]，但較高的微波功率會(huì)使溫度升高，加速溶劑的揮發(fā)，破壞酚類化合物的結(jié)構(gòu)。

2.1.4 超聲波功率對(duì)多酚提取得率的影響

設(shè)定乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%，料液比為1∶30 (g/mL)，微波功率為250 W，提取時(shí)間為3 min，浸提次數(shù)為1次，探討不同超聲波功率對(duì)多酚提取得率的影響(見 表1)。結(jié)果表明，隨著超聲波功率的增大，多酚提取得率升高，超過600 W后有所下降。這是因?yàn)槌暡ǖ恼袷幙栈欣诙喾宇愇镔|(zhì)的釋放和溶解，強(qiáng)度過大可能使多酚類物質(zhì)降解[15]。

2.1.5 提取時(shí)間對(duì)多酚提取得率的影響

設(shè)定乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%，料液比為1∶30 (g/mL)，微波功率為250 W，超聲波功率為600 W，浸提次數(shù)為1次，探討不同提取時(shí)間對(duì)多酚提取得率的影響(見表1)。結(jié)果表明，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，多酚得率呈“M”形變化，當(dāng)提取時(shí)間1 min時(shí)，多酚提取得率較高。

2.1.6 提取次數(shù)對(duì)多酚提取得率的影響

設(shè)定乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%，料液比為1∶30(g/mL)，微波功率為250 W，超聲波功率為600 W，提取時(shí)間為1 min，改變浸提次數(shù)，將離心分離出沉淀繼續(xù)提取2次、3次，第2次提取得率從第1次的24.6%降為2.08%，第3次為0，可知第1次提取占總提取量的92.20%，從節(jié)約資源上考慮提取1次。

2.2 石榴皮多酚提取的正交試驗(yàn)結(jié)果

正交表試驗(yàn)結(jié)果見表2和表3。方差分析表明，B，C 2個(gè)因素對(duì)石榴皮多酚提取得率有極顯著影響，D，A 2個(gè)因素對(duì)石榴皮多酚提取得率有顯著影響。各因素影響大小的順序?yàn)锽>C>D>A。超聲波-微波協(xié)同提取石榴皮多酚較佳工藝條件為A2B3C2D1，即石榴皮粉中加入30倍濃度為60%為乙醇溶液浸泡20 min后，在超聲波功率500 W條件下，微波功率250 W處理1 min，在此條件下重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)3次，石榴皮多酚提取得率為(28.78±0.12)%。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 The orthogonal experimental results

表3 正交試驗(yàn)的方差分析Table 3 The variance analysis of orthogonal experiment

3 討論

石榴為藥食兩用植物，選擇較佳工藝提取主要生物活性成分成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。朱彩平綜述國(guó)內(nèi)外石榴皮多酚提取方法，其中以Amyrgialakia等[16]采用酸性乙醇溶液為提取劑提取得率最高，為32.49%，嚴(yán)隴兵等[17]的超高壓溶劑提取法次之，為26%。近年以吳琳等[18]采用20%乙醇回流法提取總多酚得率較高，為23.27%。本試驗(yàn)以60%乙醇溶液為浸提劑，采用超聲波-微波協(xié)同提取石榴皮多酚類物質(zhì)，處理時(shí)間1 min，提取得率為(28.78±0.12)%(n=3)，充分體現(xiàn)出時(shí)間短、得率高等效果，劉常金等[19]的研究結(jié)果也有同樣結(jié)論，雖然原料產(chǎn)地及原料顆粒大小對(duì)多酚提取效果也有影響，但超聲波-微波協(xié)同提取仍是值得推廣的一門技術(shù)。

4 結(jié)論

超聲波-微波協(xié)同提取技術(shù)為多酚類物質(zhì)的提取提供了一種省時(shí)、省力、高效的方法[20]。采用單因素和正交試驗(yàn)確定石榴皮多酚的最佳提取條件為：在石榴皮粉中加入其質(zhì)量30倍的體積分?jǐn)?shù)為60%的乙醇溶液浸泡20 min后，在超聲波功率為500 W，微波功率為250 W下處理1 min，得到石榴皮多酚提取得率的平均值為(28.78±0.12)%(n=3)，提取效果較好。石榴皮多酚作為優(yōu)良的天然抗氧化劑和植物源食品保鮮劑廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)領(lǐng)域。