海紅果多酚提取工藝優化

程正濤，丁慶波，張 昊，任發政,*

(1.中國農業大學食品科學與營養工程學院，北京 100083；2.中糧集團有限公司，北京 100020)

海紅果多酚提取工藝優化

程正濤1，丁慶波2，張 昊1，任發政1,*

(1.中國農業大學食品科學與營養工程學院，北京 100083；2.中糧集團有限公司，北京 100020)

目的：優化海紅果多酚的提取工藝。方法：在單因素試驗基礎上，選擇乙醇體積分數、提取溫度、提取時間為自變量，多酚得率為響應值，采用Box-Behnken試驗設計法，研究各自變量及其交互作用對海紅果多酚得率的影響。利用SAS軟件得到回歸方程的預測模型，并進行響應面分析。結果：海紅果多酚提取的最佳條件為乙醇體積分數52.4%、提取溫度79℃、提取時間3.2h，海紅果多酚得率9.25mg/g。結論：實際值與模型預測值偏差為0.22%，證明所選工藝條件為最佳工藝條件。

海紅果；多酚；提取；響應面法

海紅果(Malus micromalus Makino)是薔薇科梨亞科蘋果屬楸子的果實，又名海紅、海紅子、子母海棠、小果海棠，學名西府海棠，主要分布在黃河中游山西、陜西、內蒙古三省交界地區[1-2]。目前植物多酚類物質逐漸成為研究熱點，但大多集中在茶多酚、蘋果多酚、葡萄多酚等方面[3-7]。海紅果中富含多酚類物質，然而關于海紅果多酚還未見報道。植物多酚是一類多羥基化合物，是良好的天然抗氧化劑，已廣泛應用于食品、藥品和日用品生產中[8-11]。對海紅果中的多酚進行提取及應用研究將具有廣闊的前景。

本實驗通過對海紅果多酚提取工藝中乙醇體積分數、提取溫度、提取時間等因素與海紅果多酚得率關系的研究，結合響應面法對海紅果多酚提取工藝進行優化，旨在探求海紅果多酚提取的最佳工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

海紅果，中糧集團有限公司提供，采自內蒙古呼和浩特市清水河縣，于-20℃凍存；沒食子酸(標準品)中國藥品生物制品檢定所；福林酚 Sigma公司；無水乙醇、無水碳酸鈉等均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

UV-2102PC型紫外-可見分光光度計 尤尼柯上海儀器有限公司；ALC-210型萬分之一電子天平 Acculab公司；DK-8B型電熱恒溫水槽 上海精宏試驗設備有限公司；打漿機 順德區金日電器實業有限公司；SHZ-D (Ⅲ)型循環水式真空泵 鞏義市予華儀器有限責任公司；RE-52AA型旋轉蒸發儀 上海亞榮生化儀器廠。

1.3 方法

挑選無病蟲害的海紅果，去核、打成勻漿，稱取勻漿5.0g，按照一定的提取條件浸提，抽濾，提取液在40℃下旋轉蒸發濃縮，除去乙醇，測定并計算提取液中總多酚含量。

1.3.1 海紅果多酚含量的測定

多酚含量測定采用福林酚法(Folin-Ciocalteu)[12]，以沒食子酸為基準物質，計算海紅果多酚含量。回歸方程為y= 0.0112x＋0.0598，R2=0.9999。

1.3.2 海紅果多酚得率的計算

式中：C為提取液中多酚質量濃度/(mg/mL)；V為提取液體積/mL；m為海紅果果漿質量/g。

1.3.3 海紅果多酚提取條件的優化

多酚提取過程中主要影響因素有乙醇體積分數、提取溫度、提取時間、料液比、提取次數等。為了考察各因素對提取效果的影響，首先進行單因素試驗，以乙醇體積分數(0、20%、40%、50%、60%、70%、80%、100%)、提取溫度(40、50、60、70、80、90℃)、提取時間(1、2、3、4、5、6h)、料液比(1:5、1:10、1:15、1:20、1:30、1:40(g/mL))、提取次數(1、2、3次)作為試驗因素，以多酚得率作為考察指標，研究各個因素對海紅果多酚得率的影響規律。

在單因素試驗結果的基礎上，采用Box-Behnken試驗設計方案，以乙醇體積分數、提取溫度和提取時間為考察變量，分別以X1、X2、X3表示，以海紅果多酚得率Y為響應值，以-1、0、1分別代表變量的水平，按方程X=(x-x0)/Δx對自變量進行編碼，其中X為變量的編碼值，x為變量的真實值，x0為試驗中心點變量的真實值，Δx為變量的變化步長。試驗因素與水平見表l。

表1 海紅果多酚提取Box-Behnken試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of Box-Behnken experiments for optimizing the extraction of polyphenols from Malus micromalus Makino

2 結果與分析

2.1 乙醇體積分數對海紅果多酚得率的影響

在提取溫度80℃、提取時間1h、料液比1:20、提取2次的條件下，不同乙醇體積分數對海紅果多酚得率的影響如圖1所示。

圖1 乙醇體積分數對多酚得率的影響Fig.1 Effect of ethanol concentration on extraction rate of polyphenols from Malus micromalus Makino

由圖1可知，乙醇體積分數小于50%時，隨著乙醇體積分數的增加，海紅果多酚的得率逐漸提高；乙醇體積分數超過50%后，多酚得率隨著乙醇體積分數的增加而下降。這是因為多酚類物質在植物體內通常與蛋白質、多糖等以氫鍵和疏水鍵形成穩定的分子復合物。水斷裂氫鍵的作用較弱，提取液中水的比例過高時，不足以破壞樣品中多酚類物質與蛋白、多糖或其他物質的連接，多酚得率低，糖類等水溶性雜質浸出率也較高；乙醇體積分數過高時，脂溶性成分浸出較多，不利于多酚類物質的提取[13]。乙醇體積分數應以50%左右為宜。

2.2 提取溫度對海紅果多酚得率的影響

在乙醇體積分數50%、提取時間1h、料液比1:20、提取2次的條件下，不同提取溫度對海紅果多酚得率的影響如圖2所示。

圖2 提取溫度對多酚得率的影響Fig.2 Effect of extraction temperature on extraction rate of polyphenols from Malus micromalus Makino

由圖2可知，提取溫度低于80℃時，多酚得率隨著溫度的升高而升高；提取溫度高于80℃時，多酚得率隨著溫度的升高而降低。這是因為提高溫度，分子熱運動加快，有利于多酚的浸出，但是由于多酚中含有大量的酚羥基，性質非常活潑，溫度過高時不穩定，往往發生一些不可逆的化學反應，如氧化、縮合等，所以提取溫度應該采用80℃左右為宜，并且時間不宜過長[14-15]。

2.3 提取時間對海紅果多酚得率的影響

在乙醇體積分數50%、提取溫度80℃、料液比1:20、提取2次的條件下，不同提取時間對海紅果多酚得率的影響如圖3所示。

圖3 提取時間對多酚得率的影響Fig.3 Effect of extraction time on extraction rate of polyphenols from Malus micromalus Makino

由圖3可知，適當延長提取時間有助于提高多酚得率，在3h時達到了極大值，但隨著時間的延長，得率反而有所下降，其原因可能是多酚在高溫下發生了降解、縮合、氧化等化學反應[16]，從而使測定值下降，所以提取時間以3h最好。

2.4 料液比對海紅果多酚得率的影響

在乙醇體積分數50%、提取溫度80℃、提取時間3h、提取2次的條件下，不同料液比對海紅果多酚得率的影響如圖4所示。

圖4 料液比對多酚得率的影響Fig.4 Effect of material-liquid ratio on extraction rate of polyphenols from Malus micromalus Makino

由圖4可知，當料液比低于1:20時，提高料液比有助于提高多酚得率；當料液比高于1:20時，提高料液比，多酚得率不再提高。這可能是由于料液比在1:20時溶劑已經能將海紅果中的多酚溶解出來，繼續增加溶劑用量，并不能顯著提高多酚的得率。料液比過高，會導致溶劑浪費，同時醇溶性雜質浸出增多，對后處理不利。因此，從提取效果、減少溶劑用量和降低成本等方面綜合考慮，料液比選用1:20比較合適[17]，正交試驗中固定料液比為1:20。

2.5 提取次數對海紅果多酚得率的影響

由圖5可以看出，隨著提取次數的增加，海紅果中多酚的得率并沒有顯著增加，表明經一次提取后多酚已被浸提出來，這是由于該實驗條件下提取劑與原料接觸比較充分，一次提取已經能滿足要求，因此從節省時間、溶劑和能源等方面考慮，對海紅果中多酚采取一次提取。

圖5 提取次數對多酚得率的影響Fig.5 Effect of extraction repeat number on extraction rate ofpolyphenols from Malus micromalus Makino

2.6Box-Behnken試驗優化提取條件

海紅果多酚提取Box-Behnken試驗結果見表2。

表2 海紅果多酚提取Box-Behnken試驗方案與結果Table 2 Design and results of Box-Behnken experiments for optimizing the extraction of polyphenols from Malus micromalus Makino

2.6.1 模型的建立及其顯著性檢驗

采用SAS v8.0軟件對試驗數據進行回歸分析，由此可求出影響因素的一次效應、二次效應及其交互效應的關聯方程，對海紅果多酚提取的影響因素進行更深入的研究和條件優化，并作出響應面圖。海紅果多酚得率與各因素變量的二次方程模型：

對該模型進行顯著性檢驗，結果見表3，回歸模型系數顯著性檢驗結果見表4。

表3 海紅果多酚提取回歸模型的方差分析Table 3 Variance analysis of regression model for the extraction of polyphenols

從該模型方差分析可知，模型F=104.014＞F0.0l(9,4)= 14.66，P=0.0001＜0.01，本試驗所選用的二次多項模型具有高度的顯著性，失擬項在P＜0.05水平上不顯著，其校正決定系數(R2Adj)為0.9851，表明此模型擬合度好，可以用此模型來分析和預測海紅果多酚提取的工藝結果。

表4 海紅果多酚提取回歸模型系數的顯著性檢驗結果Table 4 Significance test of regression model coefficients for the extraction of polyphenols

圖6 各因素對海紅果多酚得率的交互影響Fig.6 Response surface and contour plots for the effect of any two factors on extraction rate of polyphenols from Malus micromalus Makino

由表4可知，乙醇體積分數的一次項達到極顯著水平(P＜0.01)，表明乙醇體積分數對海紅果多酚提取的線性效應顯著，二次項X12對海紅果多酚提取的曲面效應極顯著，X22效應顯著，各因素之間交互作用不顯著。

響應值(Y)對各試驗因子響應面分析及等高線圖如圖6所示。

由圖6及表4中各系數項的P值可知，本試驗中各因素顯著程度依次為乙醇體積分數＞提取時間＞提取溫度。優化后的提取工藝條件為乙醇體積分數52.4%，提取溫度79℃，提取時間3.2h。在該工藝條件下，海紅果多酚的得率9.27mg/g。在再重復實驗3次，得出海紅果多酚得率平均值為9.25mg/g，與模型預測值偏差為0.22%，證明所選工藝條件為最佳工藝條件。

3 結 論

通過Box-Behnken試驗設計，對乙醇體積分數、提取溫度、提取時間3個因素進行響應面優化，結果表明：乙醇體積分數對海紅果多酚得率具有顯著影響；優化后的提取工藝條件為乙醇體積分數52.4%、提取溫度79℃、提取時間3.2h，在此工藝條件下，海紅果多酚得率達到9.25mg/g。

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Extraction Processing of Polyphenols from Malus micromalus Makino

CHENG Zheng-tao1，DING Qing-bo2，ZHANG Hao1，REN Fa-zheng1,*
(1. College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China；2. China Oil and Food Corporation, Beijing 100020, China)

Objective: To optimize the extraction processing of polyphenols from Malus micromalus Makino. Methods: Based on the single factor experimental analysis, the effects of ethanol concentration, extraction temperature, and extraction time on extraction rate of polyphenols from Malus micromalus Makino were evaluated by response surface methodology. Box-Behnken experimental design was used to explore the optimal extraction processing parameters on the basis of the effects of factors and their cross-interaction on the extraction rate of polyphenols. A regression equation prediction model was established by SAS software for the analysis of response surface values. Results: The optimal extraction conditions of polyphenols from Malus micromalus Makino were ethanol concentration of 52.4%, extraction temperature of 79 ℃ and extraction time of 3.2 h. Under these optimal extraction conditions, the extraction rate of polyphenols was up to 9.25 mg/g. The relative error between the actual extraction rate and predicted extraction rate was 0.22%. Conclusion: The achieved optimal processing conditions suitable for the extraction of polyphenols from Malus micromalus Makino.

Malus micromalus Makino；polyphenols；extraction；response surface methodology

TS255.3

A

1002-6630(2010)24-0172-05

2010-05-06

北京市教育委員會共建項目

程正濤(1985—)，男，碩士研究生，研究方向為乳品加工。E-mail：chengzhengtao@gmail.com

*通信作者：任發政(1962—)，男，教授，博士，研究方向為乳制品、畜產品、蛋品加工。E-mail：renfazheng@263.net