紅樹莓籽黃酮提取工藝及成本分析

李永麗，趙佳麗

(1.周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 周口 466000；2.呂梁學(xué)院，山西 呂梁 033001)

紅樹莓俗名有山莓、木莓和懸鉤子，屬于薔薇科懸鉤子屬，是多年生小灌木，最早分布于俄羅斯和歐洲一些國家[1-2]，后傳入中國，廣泛分布于我國的華北、西南和東北等地區(qū)。紅樹莓果實為聚合果，甜而酸，風(fēng)味獨特[3]。

紅樹莓營養(yǎng)成分豐富，富含多種礦物質(zhì)元素如鉀、磷、鎂、鋅和鈉。紅樹莓含有的維生素量遠遠高于其他水果[4]，有“黃金水果”之稱。紅樹莓中還含有類黃酮物質(zhì)[5]、水楊酸[6]和花青素[7]等多種天然活性成分，有“天然抗癌物質(zhì)”之稱[8]。水楊酸具有鎮(zhèn)痛[9]、消炎凝血的功效，在抑制人類疾病結(jié)腸癌和宮頸癌方面功效顯著，被稱為“天然阿司匹林”[10]。

黃酮是植物經(jīng)過次生代謝而產(chǎn)生的天然有機物[11]，在自然界中的形式多種多樣，主要存在于花、果實、種子、根和莖中，呈現(xiàn)的顏色為淺黃色或者淡黃色[12]。目前提取籽黃酮的方法主要有微波輔助法[13]、有機溶劑法[14]、超聲波輔助法[15]、酶輔助法和超臨界流體提取法。紅樹莓籽黃酮中的生物活性多種多樣，含有的氫氧根離子能夠清除機體內(nèi)的自由基，具有明顯抗氧化功能；此外，還有一些對紅樹莓籽黃酮的其他研究[16]結(jié)果也證明了紅樹莓籽黃酮具有抗疲勞、降血糖和抑菌等多種生物功能活性。

紅樹莓果在常溫下不容易被儲藏和運輸，所以，我國的紅樹莓加工產(chǎn)業(yè)紅樹莓果醋和果醬迅速地崛起、發(fā)展并成為新興產(chǎn)業(yè)[17]。隨著紅樹莓被生產(chǎn)和加工，大量的紅樹莓籽不能得到有效的利用，而紅樹莓籽重量占紅樹莓總重量的10%，同時，紅樹莓籽黃酮加工作為一個綠色安全的產(chǎn)業(yè)，具有廣闊的市場和發(fā)展前景。本研究基于此，對紅樹莓籽黃酮提取工藝進行優(yōu)化，同時對紅樹莓籽黃酮提取工藝成本效益進行分析，旨在為紅樹莓籽黃酮的提取提供理論指導(dǎo)[18]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料、試劑和儀器

紅樹莓籽；亞硝酸鈉、硝酸鋁、乙醇、氫氧化鈉；恒溫箱、研磨機、篩子、離心機。

1.2 試驗方法

1.2.1 紅樹莓籽黃酮提取工藝流程

將冰凍紅樹莓解凍，使用榨汁機進行榨汁，用紗布過濾出紅樹莓籽；

將一些損壞霉變的紅樹莓籽挑選出來；

將紅樹莓籽放于55～60 ℃的烘箱中烘烤60 min，放于研磨機中研磨20 min，用80目篩子過篩；

添加正己烷作為溶液，在50 ℃的條件下，使用微波儀超聲脫脂30 min，去除紅樹莓籽中的油脂；

添加70%濃度的乙醇水溶液，提取2 min，使用離心機在4000 r/min的條件下離心20 min；將溶液進行濃縮和烘干，獲得紅樹莓籽黃酮。

1.2.2 紅樹莓籽黃酮提取單因素試驗

1.2.2.1 乙醇濃度對紅樹莓籽黃酮提取率的影響

設(shè)定料液比為1∶30，微波功率為300 W，微波時間為5 min，研究乙醇濃度40%、50%、60%、70%、80%對紅樹莓籽提取黃酮效果的影響。

1.2.2.2 微波功率對紅樹莓籽黃酮提取率的影響

設(shè)定料液比為1∶30，乙醇濃度為70%，微波時間為5 min，研究微波功率250，300，350，400，450 W對紅樹莓籽提取黃酮效果的影響[19]。

1.2.2.3 料液比對紅樹莓籽黃酮提取率的影響

設(shè)定乙醇濃度為70%，微波功率為300 W，微波時間為5 min，研究料液比1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶30、1∶35對紅樹莓籽提取黃酮效果的影響。

1.2.2.4 微波時間對紅樹莓籽黃酮提取率的影響

設(shè)定料液比為1∶30，微波功率為300 W，乙醇濃度為70%，研究微波時間3，4，5，6，7 min對紅樹莓籽提取黃酮效果的影響。

試驗選擇乙醇濃度、微波功率、料液比和微波時間等因素作為考察變量，以黃酮的獲得量作為考察指標(biāo)進行分析，獲得最佳的紅樹莓籽黃酮提取工藝。

表1 試驗因素水平表Table 1 The factors and levels of test

1.2.4 黃酮得率計算

總黃酮得率=[(C×V×N)/1000M]×100%。

式中：C為由標(biāo)準(zhǔn)曲線計算樣品中的黃酮質(zhì)量濃度；V為待測溶液體積；N為稀釋倍數(shù)；M為樣品質(zhì)量。

1.2.5 紅樹莓籽黃酮提取工藝成本效益分析

分析數(shù)據(jù)來源于紅樹莓籽黃酮提取某公司2015-2019年度生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，相關(guān)的原材料以市場價格作為基礎(chǔ)，具體企業(yè)成本及計算方式如下。

1.2.5.1 固定設(shè)備折舊成本

其中：Q為錨桿錨固力；K為安全系數(shù)，取2；A為錨桿間排距，取0.7 m；H為需要懸吊的巖層厚度，取2.5 m；γ為承載巖體容重，取25 kN/m3；計算可得Q=61.25 kN，采用1卷2850樹脂錨固劑端錨錨固力不低于80 kN，滿足要求。

生產(chǎn)設(shè)備折舊=(設(shè)備總值/折舊年限)/(月產(chǎn)量×生產(chǎn)月數(shù))。

廠房折舊分?jǐn)偝杀?(廠房總價值/折舊年限)/(月產(chǎn)量×生產(chǎn)月數(shù))。

1.2.5.2 設(shè)備租賃

設(shè)備租賃成本=(設(shè)備租金單價×租用數(shù)量)/(月產(chǎn)量×生產(chǎn)月數(shù))。

1.2.5.3 工資成本

生產(chǎn)工資成本=每月人員工資/月產(chǎn)量。

停產(chǎn)工資成本=(每月人員總工資×月份數(shù))/(月產(chǎn)量×月份數(shù))。

1.2.5.4 能源成本

能源成本=每月能源費/月產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素分析

2.1.1 乙醇濃度對紅樹莓籽黃酮得率的影響

乙醇濃度對紅樹莓籽黃酮得率的影響見圖1。

圖1 乙醇濃度對紅樹莓籽黃酮得率的影響Fig.1 The effect of ethanol concentration on the yield of flavonoids from Rubus idaeus L. seeds

由圖1可知，當(dāng)乙醇濃度在40%～70%之間時，紅樹莓籽的黃酮得率明顯呈現(xiàn)增長的趨勢；隨著乙醇濃度的增大，溶液中的含水量逐漸降低，有利于紅樹莓籽中的黃酮溶于溶液中，紅樹莓籽中的黃酮得率達到37 mg/g。當(dāng)溶液中的乙醇濃度超過70%時，紅樹莓籽黃酮的得率逐漸降低，因為隨著乙醇濃度的增加，乙醇的極性增加，致使紅樹莓籽中溶解出更多的脂溶性物質(zhì)，降低了黃酮的溶解率，所以以70%的乙醇濃度作為最佳的紅樹莓籽黃酮提取條件。

2.1.2 微波功率對紅樹莓籽黃酮得率的影響

微波功率對紅樹莓籽黃酮得率的影響見圖2。

圖2 微波功率對紅樹莓籽黃酮得率的影響Fig.2 The effect of microwave power on the yield of flavonoids from Rubus idaeus L. seeds

由圖2可知，當(dāng)微波功率小于300 W時，紅樹莓籽黃酮得率明顯隨著微波功率的增大而增大，這是由于隨著微波功率的增加，細(xì)胞結(jié)構(gòu)被加速破壞，溶劑更易通過細(xì)胞壁進入細(xì)胞內(nèi)部，加速了紅樹莓籽中黃酮的溶解，使黃酮更易溶解于溶液中。當(dāng)微波功率達到300 W時，紅樹莓籽的黃酮提取率最高，為46.8 mg/g。當(dāng)微波功率超過300 W時，紅樹莓籽的黃酮得率開始降低，這是由于微波功率的增大，破壞了黃酮的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致黃酮得率降低，所以選取300 W作為紅樹莓黃酮提取的最佳工藝。

2.1.3 料液比對紅樹莓籽黃酮得率的影響

料液比對紅樹莓籽黃酮得率的影響見圖3。

圖3 料液比對紅樹莓籽黃酮得率的影響Fig.3 The effect of the ratio of solid to liquid on the yield of flavonoids from Rubus idaeus L. seeds

由圖3可知，當(dāng)料液比為1∶25時，紅樹莓籽的黃酮得率達到最高，為45 mg/g，此時溶液中的紅樹莓籽黃酮達到飽和和平衡，紅樹莓中的黃酮不再溶解到溶液中。隨著料液比的增加，紅樹莓中的黃酮不再溶解于溶液中，反而增加提取紅樹莓中黃酮的成本，所以選擇料液比1∶25作為紅樹莓提取黃酮的最佳工藝。

2.1.4 微波時間對紅樹莓籽黃酮得率的影響

微波時間對紅樹莓籽黃酮得率的影響見圖4。

由圖4可知，當(dāng)微波時間為3～5 min時，紅樹莓籽的黃酮得率明顯增加。當(dāng)微波時間為5 min時，紅樹莓籽提取液中的黃酮得率達到最高，為38.5 mg/g。當(dāng)微波時間超過5 min時，紅樹莓籽提取液中的黃酮得率逐漸降低，因為長時間的高溫導(dǎo)致了溶液中黃酮結(jié)構(gòu)被破壞，除此之外，長時間的提取也容易致使紅樹莓籽中的其他物質(zhì)進入溶劑，增加了溶劑的黏稠度，使紅樹莓籽中的黃酮析出受到影響，所以單因素試驗選擇微波時間為5 min。

圖4 微波時間對紅樹莓籽黃酮得率的影響Fig.4 The effect of microwave time on the yield of flavonoids from Rubus idaeus L. seeds

2.2 正交試驗優(yōu)化提取工藝

根據(jù)單因素試驗，選擇料液比、乙醇濃度、微波時間和微波功率4個因素進行正交試驗，以紅樹莓籽黃酮提取得率作為指標(biāo)，進行四因素三水平正交試驗，以獲得最佳的紅樹莓籽黃酮提取工藝。

由表2可知，各個因素對紅樹莓籽黃酮提取工藝效果的影響順序為微波時間>料液比>乙醇濃度>微波功率，最佳組合為A1B1C1D1，即料液比為1∶30，乙醇濃度為70%，微波時間為5 min和微波功率為300 W。

表2 紅樹莓籽黃酮提取工藝正交試驗方案及結(jié)果Table 2 Orthogonal test scheme and results of extraction process of flavonoids from Rubus idaeus L. seeds

2.3 紅樹莓籽黃酮提取成本效益分析

紅樹莓籽黃酮提取的成本主要包括設(shè)備投入、生產(chǎn)廠房、生產(chǎn)管理、設(shè)備維修、能源消耗、租金和一些其他成本。

由表3可知，紅樹莓籽黃酮提取工藝具有客觀的經(jīng)濟效益，隨著生產(chǎn)周期的增長，紅樹莓籽黃酮提取成本越來越低，加工獲得的利潤也越來越高。

3 小結(jié)

隨著紅樹莓果醋和果酒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，紅樹莓的加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物也逐漸增加。本研究基于此，對紅樹莓籽黃酮提取工藝進行優(yōu)化，研究結(jié)果表明最佳的紅樹莓黃酮提取工藝為料液比1∶30，乙醇濃度70%，微波時間5 min和微波功率300 W，同時對紅樹莓籽酮的提取成本進行分析，研究結(jié)果表明紅樹莓籽黃酮加工具有明顯的市場前景。