蘋果渣中蘋果多酚的提取工藝優(yōu)化

汪浩明，陳 潔，黃行健，閆玉浛，許 尨，楊 芳

(1.湖北大學(xué)知行學(xué)院生物工程系，湖北 武漢 430011；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖北 武漢 430070)

我國是世界上最大的蘋果生產(chǎn)國，總產(chǎn)量與種植面積在全球占有重要地位[1]。蘋果渣的含水量較高，極易腐爛，污染環(huán)境。如何充分利用蘋果渣進行深加工已成為國內(nèi)外共同關(guān)注的問題[2]。

蘋果多酚是蘋果中所含多酚類物質(zhì)的總稱[3]，主要包括黃烷醇類、羥基苯甲酸類、二氫查爾酮類、花色素和黃酮醇類[4]，尤其是在蘋果表皮中多酚含量較高[5]。蘋果多酚表現(xiàn)出的生理功能活性比茶多酚要高100倍以上，不僅具有抗衰老、抗腫瘤、防治過敏和齲齒等功能，用于油脂的抗氧化和胡蘿卜汁護色也有較好效果[6]，可以添加于食品、化妝品中[7]。目前茶多酚和葡萄籽提取物已在食品、化妝品、保健品和藥物中廣泛應(yīng)用，而蘋果多酚的應(yīng)用仍然有限。作者在此以乙醇為溶劑從蘋果渣中提取蘋果多酚，并通過單因素實驗和正交實驗優(yōu)化了提取工藝條件，擬為蘋果渣的綜合利用奠定基礎(chǔ)。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

優(yōu)質(zhì)紅富士蘋果。選新鮮、無霉?fàn)€、無蟲蛀的蘋果清冼、切塊、去核，加入1%抗壞血酸，榨汁，抽濾，得到蘋果渣。

無水乙醇、無水碳酸鈉，天津博迪化工股份有限公司；沒食子酸乙酯，上海晶純試劑有限公司；Folin-Ciocalteu試劑，上海藍季科技發(fā)展有限公司；抗壞血酸，天津廣成化學(xué)試劑有限公司。

JYZ-B550型榨汁機，九陽股份有限公司；AR1140型電子分析天平，佛山歐庭電器科技有限公司；SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長城科工貿(mào)有限公司；WFJT200型分光光度計，尤尼柯(上海)儀器有限公司；HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋，國華電器有限公司。

1.2 方法[8]

精確稱取1.00 g蘋果渣于比色管中，加入20 mL 60%(體積分數(shù)，下同)乙醇混勻，于30 ℃下水浴振蕩40 min，過濾，濾液用去離子水定容于100 mL容量瓶中，測定吸光度，計算多酚提取量。

固定其它條件不變，分別改變乙醇體積分數(shù)(40%、50%、60%、70%、80%)、料液比(1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶40，g∶mL)、提取溫度(20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃)、提取時間(10 min、20 min、30 min、40 min、50 min)，考察各因素對蘋果多酚提取效果的影響。

在單因素實驗的基礎(chǔ)上，選取提取溫度、乙醇體積分數(shù)、提取時間、料液比(g∶mL，下同)為考察因素，采用4因素3水平正交實驗對蘋果多酚提取工藝條件進行優(yōu)化。正交實驗的因素與水平見表1。

1.3 多酚含量的測定

1.3.1 多酚標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

準(zhǔn)確稱取0.0250 g沒食子酸乙酯，用水溶解并定容至250 mL，混勻后靜置。依次吸取0 mL、0.5 mL、1.0 mL、1.5 mL、2.0 mL、2.5 mL溶液于25 mL比色管中，各加入2 mL Folin-Ciocalteu試劑，搖勻，放置3 min后，加入4 mL 10%的碳酸鈉溶液，定容，混勻后30 ℃恒溫水浴90 min。靜置冷卻，于770 nm處測其吸光度，以沒食子酸乙酯濃度(x)為橫坐標(biāo)、吸光度(y)為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，并進行回歸分析[9]。擬合線性回歸方程為：y=0.0971x+0.0258(R2=0.9978)。

表1 L9(34)正交實驗因素和水平

1.3.2 多酚含量的測定

吸取樣品溶液5.0 mL加入25 mL比色管中，再加入Folin-Ciocalteu試劑2 mL反應(yīng)3 min后，加入4 mL 10%碳酸鈉溶液定容，搖勻后靜置，以試劑作為空白對照測定吸光度，計算多酚提取量。

2 結(jié)果與討論

2.1 乙醇體積分數(shù)對蘋果多酚提取效果的影響(圖1)

圖1 乙醇體積分數(shù)對蘋果多酚提取量的影響

由圖1可知，多酚提取量隨著乙醇體積分數(shù)的增大先上升后下降，在乙醇體積分數(shù)為60%時，多酚提取量最大。這是因為，乙醇體積分數(shù)過大時，醇解反應(yīng)產(chǎn)生的醇溶性雜質(zhì)、色素、強親脂性成分的溶出量增加[10]，并與多酚類化合物競爭與乙醇-水分子的結(jié)合，導(dǎo)致多酚的提取量下降。

2.2 料液比對蘋果多酚提取效果的影響(圖2)

圖2 料液比對蘋果多酚提取量的影響

由圖2可知，隨著料液比的減小(溶劑用量的增加)，多酚提取量先上升后下降，在料液比為1∶25時提取量達到最大。由于植物多酚與植物組織中的蛋白質(zhì)、生物堿、多糖等物質(zhì)形成復(fù)合物[11]，給多酚的提取帶來了一定的困難。有機溶劑與水的混合液可破壞多酚類物質(zhì)與蛋白質(zhì)、多糖等物質(zhì)的結(jié)合鍵，使以共價鍵與植物組織分子相連的酚類降解溶出[12]。因而一定范圍內(nèi)增大溶劑用量有利于蘋果多酚的溶出，當(dāng)溶劑用量增加到一定程度時，酚類物質(zhì)的提取量達到最大，此后再加大溶劑用量，提取量反而有所下降。

2.3 提取溫度對蘋果多酚提取效果的影響(圖3)

圖3 提取溫度對蘋果多酚提取量的影響

由圖3可知，提取溫度為30 ℃時的多酚提取量達到最大，此后隨著提取溫度的升高，多酚提取量逐漸下降。這是因為，隨著提取溫度的升高，蘋果多酚在溶劑中的溶解度及擴散系數(shù)均會增大，有利于蘋果多酚的浸出，但同時會導(dǎo)致部分蘋果多酚的氧化損耗[13]，也會使部分乙醇在高溫下?lián)]發(fā)，從而降低多酚提取量[14]。

2.4 提取時間對蘋果多酚提取效果的影響(圖4)

圖4 提取時間對蘋果多酚提取量的影響

由圖4可知，提取時間從10 min延長至20 min，多酚提取量上升較快；隨后升幅趨緩，30 min時提取量達到最大；此后繼續(xù)延長提取時間，多酚提取量反而下降。這可能是因為，提取時間過長，提取出的部分蘋果多酚會在水溶液中逐漸發(fā)生氧化分解，導(dǎo)致提取量下降[13,14]。

2.5 正交實驗優(yōu)化提取工藝條件

正交實驗結(jié)果與分析見表2。

表2 L9(34)正交實驗結(jié)果與分析

由表2可知，各因素對多酚提取量的影響大小依次為：提取溫度>料液比>乙醇體積分數(shù)>提取時間；最佳提取條件為A2B3C3D2，即提取溫度30 ℃、乙醇體積分數(shù)70%、提取時間40 min、料液比1∶25。

2.6 驗證實驗

將理論分析得到的最佳組合(A2B3C3D2)和實驗中的最優(yōu)組合(A2B3C1D2)進行3次重復(fù)性實驗取平均值，比較蘋果渣中蘋果多酚的提取量，結(jié)果見表3。

表3 驗證最佳提取工藝

由表3可知，A2B3C3D2的多酚提取量為2.982 mg·g-1，高于A2B3C1D2的多酚提取量2.879 mg·g-1，表明所確定最佳提取工藝可靠，確為：提取溫度30 ℃、乙醇體積分數(shù)70%、提取時間40 min、料液比1∶25(g∶mL)。

3 結(jié)論

以乙醇為溶劑，從蘋果渣中提取蘋果多酚，通過單因素實驗和正交實驗確定蘋果多酚的最佳提取工藝條件為：乙醇體積分數(shù)70%、料液比1∶25(g∶mL)、提取溫度30 ℃、提取時間40 min，在此條件下，蘋果多酚的提取量為2.982 mg·g-1。

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