正交試驗(yàn)法優(yōu)化紅棗多酚提取工藝

高玲玲

（榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 榆林 719000）

紅棗，又名大棗，在我國種植歷史悠久，種植面積廣泛，產(chǎn)量巨大；我國紅棗加工產(chǎn)品遠(yuǎn)銷世界各地，在世界紅棗產(chǎn)業(yè)中占有重要地位[1-3]。紅棗有豐富的營養(yǎng)價(jià)值，既是很好的食材，又可作為藥材，有養(yǎng)胃、補(bǔ)氣、活血、潤膚等功效[4]。紅棗功能性成分有維生素特別是維生素C、紅棗多糖、萜類和黃酮等活性物質(zhì)；紅棗功能產(chǎn)品開發(fā)有紅棗復(fù)合飲料，紅棗醋和紅棗酒等[5-8]。隨著對安全綠色營養(yǎng)保健品的需求日益增加，充分開發(fā)紅棗的營養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義[9]。紅棗多酚可作為體外抗氧化劑和抑菌劑[10]，為深入研究紅棗多酚的生物活性，提高紅棗附加值，本研究采用單因素和正交試驗(yàn)相結(jié)合的方式優(yōu)化紅棗多酚提取工藝。

1 儀器與試藥

1.1 儀器

722型紫外可見分光光度計(jì)（上海菁華科技有限公司）。

1.2 試藥

甲醇、乙醇、沒食子酸、碳酸鈉均為分析純。福林酚試劑的規(guī)格為2 mol/L。樣品為市售新疆和田棗。

2 方法與結(jié)果分析

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

2.1.1 樣品處理 將新疆和田棗清洗干凈，去除棗核后，棗肉切成絲狀，平鋪于濾紙上，65 ℃熱風(fēng)烘干，晾涼至室溫，粉碎后過40目篩。將棗粉和乙醇（85%）以1:10（w/v）的比例進(jìn)行超聲浸提，浸提時(shí)間30 min，抽濾后得脫脂后的紅棗粉末，65 ℃烘干，冷卻干燥后的紅棗粉置于密封干燥容器保存。

2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制 分別吸取0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 ml濃度為0.5 mg/ml沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液置于比色管，依次加入10%福林酚溶液2.0 ml和碳酸鈉溶液10 ml，用蒸餾水定容至25 ml，塞上塞子，搖勻，50 ℃恒溫水浴鍋避光放置1 h，冷卻至室溫，以不加福林酚試劑的空白溶液作為參比溶液，用紫外可見光分光光度計(jì)于766 nm處測各溶液的吸光度值，以吸光度為縱坐標(biāo)軸，沒食子酸濃度為橫坐標(biāo)軸，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，線性方程為y=9.8057x-0.0051，相關(guān)系數(shù)為R2=0.9963。在濃度為0.01～0.05 mg/ml范圍內(nèi)，沒食子酸濃度與吸光度值之間呈良好的線性關(guān)系，可用于樣品中多酚含量的測定。

2.1.3 紅棗多酚的提取和含量測定 準(zhǔn)確稱取2.000 g脫脂紅棗粉末置入50 ml具塞三角瓶，按照不同料液比加入一定濃度甲醇溶液，混合均勻后塞緊瓶口，不同溫度水浴中分別超聲不同時(shí)間，超聲完畢后，將具塞三角瓶放至室溫，抽濾，冷凍干燥得紅棗多酚粗提物。取5 mg多酚粗提物用蒸餾水定容至50 ml量瓶，搖勻備用。吸取一定量的待測液，依次加入10%福林酚溶液2.0 ml、碳酸鈉溶液10 ml，定容至25 ml，搖勻，50℃恒溫水浴鍋避光放置1 h，冷卻至室溫，于766 nm處測溶液的吸光度值，依據(jù)回歸方程計(jì)算紅棗多酚的提取率，計(jì)算公式如下：

式中，P：紅棗多酚粗提取物中多酚的提取率（%）；C：紅棗多酚粗提物中相當(dāng)于沒食子酸的當(dāng)量濃度（mg/ml）；V：紅棗多酚粗提物反應(yīng)液定容體積（ml）；W：紅棗多酚粗提取加入反應(yīng)液的量（mg）。

2.1.4 單因素實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 分別考察料液比、超聲溫度、超聲時(shí)間和甲醇濃度對紅棗多酚的提取率影響情況。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)四因素三水平的正交試驗(yàn)，以紅棗多酚提取率為指標(biāo)，確定最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)方案。

2.2 單因素對紅棗多酚提取率的影響

超聲時(shí)間對紅棗多酚提取率的影響見圖1，隨著超聲時(shí)間增加，紅棗多酚的提取率呈先增后減趨勢。紅棗多酚提取率在20 min內(nèi)時(shí)隨超聲時(shí)間延長而增加（0.412%增至0.689%）；20 min后隨超聲時(shí)間的延長而減少。分析其原因，可能是由于在高溫環(huán)境下隨著時(shí)間的增加，穩(wěn)定性多酚逐漸減少，使多酚物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而降低多酚產(chǎn)量。

圖1 超聲時(shí)間對紅棗多酚提取率的影響

超聲溫度對紅棗多酚提取率的影響見圖2，隨著超聲溫度升高，紅棗多酚的提取率呈現(xiàn)先增后減趨勢。紅棗多酚提取率40～70 ℃內(nèi)時(shí)隨超聲溫度升高而升高；超過70 ℃后呈下降趨勢。紅棗多酚易氧化，溫度升高可能導(dǎo)致多酚氧化變性，損失增加，從而使多酚提取率降低。

圖2 超聲溫度對紅棗多酚提取率的影響

料液比對紅棗多酚提取率的影響見圖3，紅棗多酚提取率隨著料液比增加呈先增后減的趨勢。當(dāng)料液比從1:8增至1:16時(shí)，紅棗多酚提取率隨料液比的增大而明顯增加（0.511%增至0.691%）；當(dāng)料液比大于1:16后，紅棗多酚的提取率隨料液比增加變化不明顯，原因可能是甲醇溶液的溶解度已達(dá)飽和狀態(tài)。

圖3 料液比對紅棗多酚提取率的影響

甲醇濃度對紅棗多酚提取率的影響見圖4，紅棗多酚提取率隨著甲醇濃度增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢。當(dāng)甲醇濃度50%增至70%時(shí)，紅棗多酚提取率隨著甲醇濃度升高而增大（0.572%增至0.701%）；當(dāng)甲醇濃度超過70%后紅棗多酚提取率降低。分析其原因，可溶性酚類物質(zhì)主要分布在細(xì)胞的液泡中，胞質(zhì)中不存在，而類黃酮類和不溶性多酚物質(zhì)主要在細(xì)胞壁上沉積并與蛋白質(zhì)、多糖以氫鍵、疏水鍵相結(jié)合。低濃度甲醇條件下，多酚物質(zhì)可自由進(jìn)出細(xì)胞，高濃度甲醇可能引起組織中蛋白質(zhì)變性，阻止多酚類物質(zhì)的滲出，從而影響提取率。

圖4 甲醇濃度對紅棗多酚提取率的影響

2.3 紅棗多酚的正交試驗(yàn)分析

在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了四因素三水平的正交試驗(yàn)方案，具體見表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2的極差分析可見，影響紅棗多酚提取率的因素主次順序?yàn)椋撼暅囟龋ˋ）＞超聲時(shí)間（B）＞甲醇濃度（D）＞料液比（C）。取各因素均值最大的水平組合優(yōu)化試驗(yàn)方案為A2B2C1D3，即超聲溫度為70 ℃，超聲時(shí)間為20 min，甲醇濃度為80%，料液比為1:12（w/v）。驗(yàn)證正交試驗(yàn)結(jié)果，在該優(yōu)化試驗(yàn)方案下，重復(fù)3次求均值，得出紅棗多酚提取率為0.710%±0.003%。而在已有的9個(gè)試驗(yàn)方案中，多酚得率最高的為方案4，多酚提取率為0.694%。可見優(yōu)化的試驗(yàn)方案為最優(yōu)多酚超聲工藝提取方案。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

以多酚提取率為指標(biāo)，在單因素考察的基礎(chǔ)上，確定正交試驗(yàn)方案，通過正交試驗(yàn)得出最佳的紅棗多酚提取工藝條件：超聲溫度為70 ℃，超聲時(shí)間為20 min，甲醇濃度為80%，料液比為1:12（w/v）。在最優(yōu)工藝條件下多酚的提取率為0.710%±0.003%。