不同浸提方法對(duì)苦水玫瑰浸提效果的影響

張霽紅,康三江,曾朝珍,張海燕,宋 娟

(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所,甘肅蘭州 730070)

玫瑰花作為一種藥食兩用的植物,花色鮮艷,芳香濃郁并具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[1],是開(kāi)發(fā)生產(chǎn)飲料的重要原料。玫瑰花含有300多種化學(xué)成分,富含人體必需的氨基酸、豐富的蛋白質(zhì)、多糖、維生素、色素、黃酮、槲皮苷、脂肪、揮發(fā)油、蹂質(zhì)等成分[2]。盛產(chǎn)于甘肅永登苦水鎮(zhèn)的“苦水玫瑰”更是香型獨(dú)特,色澤殷紅,含油量高達(dá)0.039%[3]。研究表明[4-7]，苦水玫瑰共有58種香氣成分,其主體香氣組分為:香茅醇、香葉醇、苯乙醇、橙花醇及其酯類,花瓣中含有較高的多酚及黃酮類物質(zhì)具有較強(qiáng)的抗氧化活性和自由基清除能力,其玫瑰水提物在30種藥用植物中具有最強(qiáng)的抗氧化能力,并具有抗炎止痛、抗菌、抗病毒、抗真菌等功效。

近年來(lái),苦水玫瑰飲料的開(kāi)發(fā)大多局限于玫瑰花茶飲料的開(kāi)發(fā),一般采用傳統(tǒng)熱水浸提法得到玫瑰浸提液,此法多采用80～90 ℃浸提,時(shí)間30～60 min,雖可獲得較高的玫瑰內(nèi)含成分和浸提率,但同時(shí)會(huì)引起香氣大量揮發(fā),活性成分失活變性,不利于工業(yè)化生產(chǎn)[8]。微波和超聲波提取技術(shù)已廣泛應(yīng)用于天然產(chǎn)物及生物活性成分提取等研究領(lǐng)域,研究表明[9]，采用超聲波提取野玫瑰色素不僅收率高,而且性能穩(wěn)定,質(zhì)量較好。

本實(shí)驗(yàn)在傳統(tǒng)熱水提取方法基礎(chǔ)上,結(jié)合微波、超聲波提取法對(duì)苦水玫瑰花的浸提工藝參數(shù)進(jìn)行研究,通過(guò)研究比較不同玫瑰浸提工藝對(duì)浸提率、維生素C、玫瑰紅色素和香氣成分的影響,尋求一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用且有利于減少活性成分失活和變性的提取工藝參數(shù),以期為今后玫瑰系列飲料產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和有效物質(zhì)的高效利用及后續(xù)研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

供試材料 為甘肅省永登縣苦水鎮(zhèn)的苦水玫瑰,新鮮玫瑰花蕾陰干粉碎后過(guò)篩,粒徑分別為20、40、60目；香茅醇、苯乙醇對(duì)照品 上海源葉生物科技有限公司,純度≥98%;抗壞血酸對(duì)照品 北京拜爾迪生物技術(shù)有限公司,純度≥98%;鹽酸、氫氧化鈉、氯化鈉等 天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司,均為國(guó)產(chǎn)分析純。

WD800ASL23微波爐 Galan電器有限公司;KQ-200VDB超聲波儀 昆山市超聲儀器公司;TGL-16MC冷凍離心機(jī) 長(zhǎng)沙維爾康湘鷹離心機(jī)有限公司;HH-S4電熱恒溫水浴鍋 北京科偉永興儀器有限公司;電子天平 賽多利斯;UV2400紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司;PAL-1數(shù)顯糖度計(jì) 日本愛(ài)拓?cái)?shù)顯糖度計(jì);A4000氣相色譜儀 北京東西分析儀器公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 常規(guī)浸提方法 以浸提液520 nm波長(zhǎng)下的吸光值計(jì)花色素含量,在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上為了全面考察原料粉碎目數(shù)、提取溫度、提取時(shí)間、料水比等各因素之間的相互交叉影響,設(shè)計(jì)了四因素三水平正交實(shí)驗(yàn)。稱取不同目數(shù)的玫瑰花粉2 g,按一定料液比加水,設(shè)定溫度和提取時(shí)間,按L9(34)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行常規(guī)水浸提(表1),浸提后抽濾浸提液,用熱水洗滌殘?jiān)?～3次,合并濾液于容量瓶中,冷卻后定容至100 mL,520 nm波長(zhǎng)下測(cè)浸提液的吸光值。

表1 常規(guī)浸提正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Orthogonal experiment design of common extraction

1.2.2 微波浸提法 在微波功率800 W,火力60%的條件下,以浸提液520 nm波長(zhǎng)下的吸光值計(jì)花色素含量,在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上為了全面考察原料粉碎目數(shù)、提取時(shí)間、料水比等各因素之間的相互交叉影響,設(shè)計(jì)三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)。稱取不同目數(shù)的玫瑰花粉2 g,加入一定料液比的蒸餾水,設(shè)定時(shí)間,放入微波器皿內(nèi),在室溫條件下按L9(33)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行微波浸提。浸提后趁熱抽濾,用熱水洗滌殘?jiān)?～3次,合并濾液于容量瓶中,冷卻后定容至100 mL,520 nm波長(zhǎng)下測(cè)浸提液的吸光值。

表2 微波浸提正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 2 Orthogonal experiment design of microwave extraction

1.2.3 超聲波浸提法 在超聲波功率200 W,頻率80 kHz的條件下,以浸提液520 nm波長(zhǎng)下的吸光值計(jì)花色素含量,在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上為了全面考察原料粉碎目數(shù)、提取時(shí)間、料水比、提取溫度等各因素之間的相互交叉影響,設(shè)計(jì)四因素三水平正交實(shí)驗(yàn)。稱取不同目數(shù)的玫瑰花粉2 g,設(shè)定時(shí)間、溫度、料液比,按L9(34)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行微波浸提(表3),抽濾浸提液,用熱水洗滌殘?jiān)?～3次,合并濾液于容量瓶中,冷卻后定容至100 mL,520 nm波長(zhǎng)下測(cè)浸提液的吸光值。

表3 超聲波浸提正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 3 Orthogonal experiment design of ultrasonic extraction

1.2.4 溫水浸提 以浸提液520 nm波長(zhǎng)下的吸光值計(jì)花色素含量,在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上稱取粒徑為40目的玫瑰花粉2 g,加1∶40料液比的蒸餾水,45 ℃水浴中提取2 h后趁熱抽濾,用熱水洗滌殘?jiān)?～3次,合并濾液于容量瓶中,冷卻后定容至100 mL,520 nm波長(zhǎng)下測(cè)浸提液的吸光值,與以上浸提方法進(jìn)行對(duì)比。

1.3 分析方法

1.3.1 玫瑰色素的測(cè)定 參照孫茜玫瑰色素測(cè)定方法[10]:玫瑰色素在可見(jiàn)光區(qū)520 nm處有最大吸收,可用此波長(zhǎng)下的吸光值判定玫瑰色素含量。因此以分光光度計(jì)520 nm波長(zhǎng)處浸提液的吸光值計(jì)色素含量。

1.3.2 提取液可溶性固形物測(cè)定 按GB/T 12143-2008飲料通用分析方法飲料中可溶性固形物的測(cè)定方法,折光計(jì)法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.3 浸出率的測(cè)定 參考孟岳成等[11]玫瑰水浸出率的計(jì)算方法,稱取玫瑰花粉2 g,加水80 mL,浸提過(guò)濾后,置于已知質(zhì)量的干燥培養(yǎng)皿中,于103～105 ℃的恒溫干燥箱內(nèi)烘4 h至恒重,稱量,依據(jù)樣品質(zhì)量計(jì)算得到浸出率。

浸出率(%)=m/M×100

式中，m為提取液內(nèi)含物質(zhì)量,g;M為原料質(zhì)量,g。

1.3.4 VC含量 參考周德慶紫外分光光度法快速測(cè)定果蔬及飲料中維生素C含量的方法測(cè)定[12]。

1.3.5 香氣成分 參照趙玉玲[13]的測(cè)定方法,采用加標(biāo)法,通過(guò)氣相色譜對(duì)苦水玫瑰浸提液中的香茅醇、苯乙醇進(jìn)行定性定量分析檢測(cè),按標(biāo)品含量峰面積為參考,以體積分?jǐn)?shù)(%)表示相對(duì)含量。氣相色譜條件:汽化室溫度:250 ℃,檢測(cè)器:FID,柱溫:200 ℃,檢測(cè)器溫度:250 ℃,色譜柱:KB-Wax。

1.3.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 每個(gè)實(shí)驗(yàn)組設(shè)三個(gè)平行,數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel 2007進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 常規(guī)浸提方法最佳工藝的確定

按照正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，本研究對(duì)常規(guī)浸提條件下苦水玫瑰提取液520 nm波長(zhǎng)下的吸光值即玫瑰色素含量進(jìn)行測(cè)定并進(jìn)行極差分析,根據(jù)分析結(jié)果得到玫瑰常規(guī)水提工藝的最佳工藝參數(shù)為:物料粉碎度60目,料液比1∶40,提取溫度90 ℃,提取時(shí)間30 min。其中物料粒徑對(duì)玫瑰色素含量影響最大,料水比、溫度次之,提取時(shí)間影響最小。在此工藝條件下進(jìn)行驗(yàn)證,浸提液在520 nm波長(zhǎng)下的吸光值為0.8623。常規(guī)浸提方法利用介質(zhì)的熱傳導(dǎo)、熱輻射等方式自外向內(nèi)傳遞熱量,物料顆粒度越小、溫度越高,提取時(shí)間越長(zhǎng)越有利于有效物質(zhì)的浸出,但顆粒太細(xì)會(huì)給物料分離造成難度,溫度過(guò)高,提取時(shí)間過(guò)長(zhǎng)易導(dǎo)致活性物質(zhì)的失活和變性,特別是玫瑰花色苷在高溫下會(huì)加速分解,Garzon[14]通過(guò)對(duì)不同來(lái)源花色苷的熱穩(wěn)定性分析,指出溫度越高花色苷講解越快。因此對(duì)常規(guī)提取工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,得到提取花色苷較優(yōu)工藝。

2.2 微波浸提方法最佳工藝條件確定

按照正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，本研究對(duì)微波浸提玫瑰花提取液520 nm波長(zhǎng)下的吸光值即玫瑰色素含量進(jìn)行測(cè)定并進(jìn)行極差分析,根據(jù)分析結(jié)果得到微波浸提工藝的最佳工藝參數(shù)為:物料粉碎度60目,料液比1∶40,微波浸提時(shí)間3.5 min。其中物料粒徑對(duì)玫瑰色素含量影響最大,提取時(shí)間次之,料水比影響最小。在此參數(shù)條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),浸提液在520 nm波長(zhǎng)下的吸光值為0.8103。微波浸提法利用了常規(guī)浸提法約1/10的時(shí)間達(dá)到幾乎相同的色素提取率,充分發(fā)揮了微波快速、高效的優(yōu)勢(shì),但在微波功率恒定的條件下,較優(yōu)的料液比、微波輻射時(shí)間、顆粒大小仍可提高浸出物中花色素含量。

表4 常規(guī)浸提法對(duì)苦水玫瑰提取效果的影響Table 4 Effect of conventional extraction on the extraction efficiency of Ku-shui rose

表5 微波浸提法對(duì)苦水玫瑰提取效果的影響Table 5 Effect of microwave extraction on the extraction efficiency of Ku-shui rose

2.3 超聲波浸提方法最佳工藝條件確定

按照正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，本研究對(duì)超聲波浸提玫瑰花提取液520 nm波長(zhǎng)下的吸光值即玫瑰色素含量進(jìn)行測(cè)定并進(jìn)行極差分析,根據(jù)分析結(jié)果得到玫瑰超聲波浸提工藝的最佳工藝參數(shù)為:物料粉碎度60目,料液比1∶40,提取溫度80 ℃,提取時(shí)間20 min。其中物料粒徑對(duì)玫瑰色素含量影響最大,料水比、溫度次之,提取時(shí)間影響最小。在此參數(shù)條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),浸提液在520 nm波長(zhǎng)下的吸光值為0.9421。超聲波浸提法利用了超聲波的空化作用,破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞膜,增加組織滲透性,縮短提取時(shí)間,并對(duì)浸提物特別是熱敏性物質(zhì)花色苷有很好的保持作用,可明顯提高色素產(chǎn)量和質(zhì)量。

表6 超聲浸提法對(duì)苦水玫瑰提取效果的影響Table 6 Effect of ultrasonic extraction on the extraction efficiency of Ku-shui rose

2.4 不同浸提方法對(duì)玫瑰有效成分的浸出影響

以所得不同浸提方式優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)為指導(dǎo)，進(jìn)行玫瑰液浸提,對(duì)浸提液中可溶性固形物、花色素含量、VC含量以及提取率進(jìn)行測(cè)定,其結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 不同浸出方法對(duì)苦水玫瑰有效成分的浸出 Table 7 Extractions of the main compounds using different extracting methods

本研究對(duì)微波、超聲波、常規(guī)浸提、溫水浸泡等不同工藝所得玫瑰浸提液中主要化學(xué)成分及提取率進(jìn)行了測(cè)定,其結(jié)果(表7)表明，與溫水浸泡相比,微波、超聲波、常規(guī)浸提可提高可溶性固形物、花色素、VC含量以及提取率。超聲波浸提所測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)大于其它幾種浸提方法。其中可溶性固形物、花色素含量和提取率變化趨勢(shì)一致,表現(xiàn)為:超聲波浸提最大,常規(guī)浸提、微波浸提次之,溫水浸泡最小。說(shuō)明當(dāng)玫瑰浸出液中浸出物質(zhì)增多時(shí),相應(yīng)的可溶性固形物含量增加、花色素含量增加,浸出率增大,因微波浸提時(shí)間較短,細(xì)胞內(nèi)溶出物質(zhì)受限,故表現(xiàn)為微波浸提的提取率小于常規(guī)浸提。而VC含量表現(xiàn)為超聲波浸提含量最大達(dá)到(386.00±32.35) μg/mL,微波浸提(236.88±9.61) μg/mL,常規(guī)浸提和溫水浸泡VC含量差距較小,這是因?yàn)閂C在80 ℃以上容易浸出也容易被破壞分解,而在45 ℃條件以下不容易浸出,與微波浸提和超聲波浸提相比常溫浸提溫度高,時(shí)間較長(zhǎng),VC損失較大,故微波浸提、超聲波浸提VC含量高于常溫浸提。

2.5 不同浸提方法對(duì)玫瑰主要香氣成分的影響

為快速浸提并充分發(fā)揮玫瑰原料的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,玫瑰飲料中玫瑰液的制備多采用高溫提取,一般提取溫度不低于80 ℃,高溫提取盡管可充分提高原料中有效成分的浸出,但可能會(huì)影響香氣成分的穩(wěn)定性。本研究對(duì)不同提取工藝中玫瑰主要香氣成分香茅醇、苯乙醇進(jìn)行定性定量測(cè)定,其結(jié)果如下。

表8 不同浸提方法對(duì)主要香氣成分的浸出Table 8 Extractions of the main aroma compounds by different extracting methods

對(duì)比以上幾種浸提方法對(duì)苦水玫瑰浸提液中主要香氣成分香茅醇、苯乙醇體積分?jǐn)?shù)含量的數(shù)據(jù),表明微波浸提對(duì)香氣成分的浸出和保留效果最好,香茅醇和苯乙醇體積分?jǐn)?shù)含量達(dá)到0.0124%±0.003%、0.0498%±0.002%。常溫浸提對(duì)苦水玫瑰主要香氣成分的浸出保留效果最差,甚至低于溫水浸泡。說(shuō)明常規(guī)浸提溫度過(guò)高,時(shí)間過(guò)長(zhǎng),容易造成揮發(fā)性香氣成分的損失和熱不穩(wěn)定性成分的分解。

圖1 苦水玫瑰浸提液中主要香氣物質(zhì)色譜圖Fig.1 Main aroma chromatogram of Ku-shui rose extractions

3 結(jié)論

本研究對(duì)苦水玫瑰不同浸提工藝條件進(jìn)行優(yōu)化,通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)和極差分析,得到苦水玫瑰常規(guī)浸提工藝為:物料粉碎度60目,料液比1∶40,提取溫度90 ℃,提取時(shí)間30 min。微波浸提工藝為:物料粉碎度60目,料液比1∶40,微波浸提時(shí)間3.5 min。超聲波浸提工藝為:物料粉碎度60目,料液比1∶40,提取溫度80 ℃,提取時(shí)間20 min。

常規(guī)、微波、超聲浸提法與溫水浸泡法相比較,可提高可溶性固形物、花色素、VC含量和提取率,其中超聲波浸提法效果最佳。微波浸提對(duì)苦水玫瑰主要香氣成分香茅醇、苯乙醇的浸出和保留效果優(yōu)于微波、常規(guī)浸提法。

綜上所述,與傳統(tǒng)高溫浸提方式相比較,超聲波、微波浸提法保持了較高的浸出率,并對(duì)浸出液中色素、維生素和香氣成分影響較小,較好地保留了苦水玫瑰特有的成分,為更好地利用原料和進(jìn)一步開(kāi)發(fā)苦水玫瑰飲料新產(chǎn)品提供依據(jù)。

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