标题

Size: px

Start display at page:

Download "标题"

鼓姚
7 years ago
Views:

1 第 14 卷第 1 期 2016 年 1 月生物加工过程 Chinese Journal of Bioprocess Engineering Vol 14 No 1 Jan 2016 doi: / j issn 苹果渣中原花青素的提取分离条件的优化谢鲲鹏, 那娜, 邵静, 佟少明 ( 辽宁师范大学生命科学学院辽宁省植物生物工程重点实验室, 辽宁大连 ) 摘要 : 采用单因素和正交试验优化了溶剂直接提取及微波辅助提取苹果渣中原花青素的提取条件结果表明 : 溶剂直接提取苹果渣中原花青素的最佳提取条件为乙醇体积分数 30%, 料液比 (g / ml)1 12, 浸提温度 90, 提取时间 0 5 h; 微波辅助提取法提取苹果渣中原花青素的最佳提取条件为乙醇体积分数 50%, 料液比 (g / ml)1 9, 微波功率为 700 W, 提取时间 3 min 与溶剂直接提取法相比, 微波辅助提取法能更省时高效地提取苹果渣中的原花青素关键词 : 苹果渣 ; 原花青素 ; 提取 ; 微波中图分类号 :Q786 文献标志码 :A 文章编号 : (2016) Optimization of proanthocyanidins extraction from apple pomace XIE Kunpeng,NA Na,SHAO Jing,TONG Shaoming ( The Key Laboratory of Plant Biotechnology of Liaoning Province,School of Life Science, Liaoning Normal University, Dalian ,China) Abstract:By single factor experiment and orthogonal test,the optimum conditions for proanthocyanidins extraction from apple pomace were analyzed by solvent direct extraction and microware assist extraction. The optimum conditions by solvent direct extraction method were with 30% of ethanol solution, 1 12 (g / ml) of the ratio of material to solution,90 of extraction temperature and 0 5 h of extraction time. The optimum conditions by microware assist extraction method were with 50% of ethanol solution,1 9 (g / ml) of the ratio of material to solution,700 W of the microware power and 3 min of the extraction time. It was concluded that proanthocyanidins has higher yield by the microware assist extraction than that of the solvent direct extraction. Keywords:apple pomace; proanthocyanidins; extraction; microware 我国是世界上最大的苹果生产国 [1], 作为苹果果汁加工的副产物, 每年约有 100 多万 t 苹果渣产生 [2] 苹果渣中含有可溶性糖维生素矿物质纤维素及丰富的多酚类物质 [3] 植物多酚作为植物的次生代谢产物广泛存在于植物的表皮根叶果实等组织中研究发现苹果中的苹果多酚的生理活性比茶多酚高 100 倍以上, 具有非常好的应用前景 [4] 原花青素是苹果多酚类物质的主要成分, 也是近年来不断研究开发的一种较强的活性功能因子 [5-6] 原花青素具有极强的抗氧化性, 在人体内的抗氧化和清除自由基的能力是维生素 E 的 50 倍及维生素 C 的 20 倍 [7-8], 并且还具有保护心血管抗炎抗菌抗肿瘤和免疫调节等生物活性 [9] 目前, 国内外对于原花青素的提取普遍采用的是溶剂提取法, 其提取效果受到溶剂类型 ph 提取温度提取次数溶剂体积和样品颗粒大小等收稿日期 : 基金项目 : 辽宁省教育厅科学技术研究项目 (2009S061) 作者简介 : 谢鲲鹏 (1976 ), 男, 辽宁盘锦人, 讲师, 研究方向 : 微生物及植物生理学 ; 佟少明 ( 联系人 ), 副教授,E mail:tongsm@ 163 com

2 第 1 期谢鲲鹏等 : 苹果渣中原花青素的提取分离条件的优化 25 多种因素的影响 [7] 微波辅助提取法因其消耗溶剂少提取时间短提取效率高且操作过程简单快捷, 在提取原花青素这种热敏性物质时显示出优越的性能 [10-11] 已有报导将微波提取技术应用于墨旱莲 [12] 布渣叶的总黄酮 [13] [14] 楤木多糖及石 [15] 榴皮多酚等有效成分的提取中, 而对苹果渣中原花青素的提取研究则相对较少本文中, 笔者以苹果渣为原料乙醇为溶剂, 采用单因素及正交试验分别研究了溶剂直接提取和微波辅助提取对苹果渣中原花青素的提取工艺, 通过 2 种提取工艺的比较, 确定从苹果渣中提取原花青素的最佳工艺, 以期建立起统一的苹果渣中原花青素含量的测定方法, 为企业的生产及产品的质量控制提供最佳的生产工艺 1 材料与方法 1 1 材料与仪器苹果为市售富士, 榨汁机榨汁后, 收集苹果渣, 按质量比加入 0 1% 的维生素 C, 烘干备用 NUC KJ 8368CC 型原汁机 ( 韩国 NUC 电子公司 ),Adventurer 型电子分析天平 ( 美国奥豪斯公司 ), 电热恒温水槽 ( 上海博迅实业有限公司 ), 格兰仕 G70F20 型微波炉 ( 广东格兰仕集团有限公司 ), UV 2800 型紫外分光光度计 ( 日本日立有限公司 ), Z326K 型台式冷冻离心机 ( 德国贺默仪器科技有限公司 ) 原花青素购于 Fluka 公司, 实验中所用乙醇甲醇及盐酸为国产分析纯溶剂直接提取法提取原花青素乙醇体积分数对提取得率的影响称取 2 g 左右苹果渣, 在料液比为 1 9(g / ml) 提取温度为 40 提取时间为 1 h 的条件下, 设定乙醇体积分数分别为 20% 40% 60% 80%, 在恒温水浴中振荡浸提, 之后 r / min 离心 10 min, 取上清液待测料液比对提取得率的影响提取温度为 40 提取时间为 1 h 的条件下, 设定料液比分别为和 1 15(g / ml), 在恒温水浴中振荡浸提, 之后 r / min 离心 10 min, 取上清液待测提取温度对提取得率的影响料液比为 1 9(g / ml) 提取时间为 1 h 的条件下, 设定浸提温度分别为和 80, 在恒温水浴中振荡浸提, 之后 r / min 离心 10 min, 取上清液待测提取时间对提取得率的影响料液比为 1 9(g / ml) 浸提温度为 80 的条件下, 设定提取时间分别为和 2 h, 在恒温水浴中振荡浸提, 之后 r / min 离心 10 min, 取上清液待测直接提取法最佳提取工艺条件的确定在单因素试验的基础上, 选取乙醇体积分数料液比浸提温度和提取时间 4 个因素中较优的 3 个水平进行正交试验设计, 通过优化试验确定直接提取法的最佳提取工艺条件, 实验设计因素水平见表 1 Table 1 水平 1 3 表 1 直接提取法实验因素设计水平表 Design level of experimental factors by using solvent direct extraction A φ( 乙醇 ) / % B 料液比 / (g ml -1 ) C 浸提温度 / D 提取时间 / h 微波辅助法提取原花青素乙醇体积分数对提取得率的影响称取 2 g 左右苹果渣, 在料液比为 1 9(g / ml) 微波功率为 300 W 提取时间为 2 min 的条件下, 设定乙醇体积分数分别为 20% 40% 60% 和 80%, 在微波辅助下进行提取, 之后 r / min 离心 10 min, 取上清液待测料液比对提取得率的影响微波功率为 300 W 提取时间为 2 min 的条件下, 设定料液比分别为和 1 15(g / ml), 在微波辅助下进行提取, 之后 r / min 离心 10 min, 取上清液待测微波功率对提取得率的影响料液比 (g / ml) 为 1 12 提取时间为 2 min 的条件下, 设定微波功率分别为和 700 W, 在微波辅助下进行提取, 之后 r / min 离心 10 min, 取上清液待测

3 26 生物加工过程第 14 卷提取时间对提取得率的影响料液比为 1 12( g / ml) 微波功率为 700 W 的条件下, 设定提取时间分别为和 4 min, 在微波辅助下进行提取, 之后 r / min 离心 10 min, 取上清液待测微波辅助提取法最佳提取工艺条件的确定选取乙醇体积分数料液比微波功率和提取时间 4 个因素中较优的 3 个水平进行正交试验设计, 通过优化试验确定微波辅助提取法的最佳提取工艺条件, 实验设计因素水平见表 2 表 2 Table 2 水平 1 4 微波辅助提取法实验设计因素水平表 Design level of experimental factors by using microware assist extraction A φ( 乙醇 ) / % B 料液比 / (g ml -1 ) C 微波功率 / W D 提取时间 / h 原花青素含量的测定原花青素标准曲线的制作原花青素的测定采用香草醛盐酸法, 具体操作参照文献 [12] 原花青素含量的测定将提取后的样品取 1 ml 置于具塞的试管中, 依次加入 6 ml 1 0% 的香草醛甲醇溶液和 3 ml 4 0% 的盐酸甲醇溶液, 摇匀, 在 (30±1) 避光条件下反应 30 min, 于 500 nm 处测定其吸光度, 以提取时所用浓度的乙醇作为空白对照, 得到苹果渣中原花青素的含量, 并根据下式计算其得率原花青素得率 = 所提取原花青素质量 / 所用苹果渣质量 100% 2 结果与讨论 2 1 原花青素提取的单因素分析乙醇体积分数对提取得率的影响分析采用乙醇作为溶剂直接提取及微波辅助提取法提取原花青素的结果如图 1(a) 和图 2( a) 所示随着乙醇体积分数的提高, 原花青素的得率逐渐上升之后缓慢下降, 乙醇体积分数为 40% 时, 原花青素的得率较大由于有机溶剂如甲醇丙酮乙醇和乙酸乙酯等对原花青素有很好的溶解性, 常被用来作为提取溶剂, 乙醇是常用的提取溶剂之一 [16] 在本实验中, 随着乙醇体积分数的提高, 原花青素在乙醇中的溶解度 Fig 1 图 1 溶剂直接提取法各因素对原花青素得率的影响 Effects on proanthocyanidins yields of experimental factors by using solvent direct extraction

4 第 1 期谢鲲鹏等 : 苹果渣中原花青素的提取分离条件的优化 27 不断加大, 致使原花青素的得率升高 ; 但当乙醇体积分数超过 40% 时, 可能会造成其他脂溶性杂质的溶出, 致使原花青素的得率下降实验中也发现, 原花青素溶解度的大小只与乙醇的体积分数有关, 微波处理没有改变原花青素在乙醇中的溶解度因此,40% 的乙醇是采用溶剂直接提取及微波辅助提取原花青素时最合适的料液比对提取得率的影响溶剂直接提取及微波提取法提取原花青素时, 不同料液比对提取效率的影响如图 1(b) 和 2(b) 所示从图 1(b) 可以看出 : 原花青素的得率随着料液比的加大而不断增加, 但当料液比达到 1 9 和 1 12(g / ml) 时, 原花青素得率差别不大, 料液比在 1 15(g / ml) 时, 虽然得率也在增加, 但结果不显著 (P>0 05) 从图 2(b) 可以看出 : 采用微波辅助提取原花青素时, 得率也随着料液比的加大而不断增加, 但当料液比达到 1 12 (g / ml) 后, 得率虽然也在增加, 但逐渐放缓, 与料液比在 1 12(g / ml) 时相比, 增加得不显著 (P>0 05) Fig 2 图 2 微波辅助提取法各因素对原花青素得率的影响 Effects on proanthocyanidins yields of experimental factors by using microware assist extraction 从理论上说, 提取溶剂用量越大, 提取效果越充分, 得率也就越高, 但当料液比达到一定比例时, 再增加提取溶剂用量不能显著提高原花青素的提取效率, 这时可以认为原料中的原花青素已充分溶出, 如果继续增大料液比, 不仅要会消耗大量溶剂, 而且溶出的其他杂质也会增多, 给后续的分离工作增加困难在本实验中, 料液比为 1 12(g / ml) 时, 是溶剂直接提取及微波辅助提取时的最佳选择, 在保证得率的同时又节省提取溶剂的用量浸提温度及微波功率对提取得率的影响溶剂直接提取时, 浸提温度对原花青素的提取得率的影响如图 1(c) 所示由图 1(c) 可知, 原花青素的得率随着浸提温度的升高而不断提高微波功率对原花青素的得率的影响见图 2(c) 由图 2(c) 可知, 原花青素的得率随着微波功率的加大而不断提高浸提温度的升高及微波功率的加大都会使反应体系中有效成分的分子运动加剧, 溶解速度加快, 进而有利于原花青素的溶出, 得率也就不断增大浸提时间及微波处理时间对提取得率的影响溶剂直接提取时, 浸提时间对原花青素得率的影响如图 1(d) 所示由图 1( d) 可知 : 随着提取时间的延长, 原花青素的得率呈现先上升之后逐渐下降的趋势, 在提取时间为 1 h 时得率较高随着浸提时间的延长, 原花青素有效成分的溶出量随之增多, 但原花青素的分子结构中含有较多的羟基, 容易被氧化, 长时间的高温作用会造成其化学成分的氧化及聚合反应, 也会发生一定的反浸现象, 反

5 28 生物加工过程第 14 卷而会降低了原花青素的得率微波辅助提取时, 微波处理时间对原花青素得率的影响如图 2( d) 所示由图 2( d) 可知 : 随着处理时间的延长, 原花青素的得率呈现先上升之后逐渐下降的趋势, 在提取时间为 2 min 时得率较高微波辐射使细胞内水分子汽化, 将细胞膜和细胞壁冲破, 形成微小的孔洞, 水分散失, 细胞收缩, 细胞表面出现裂纹, 使提取溶剂容易扩散进入细胞内, 溶解并释放细胞内原花青素 [17] 但是, 如果微波作用时间过长会使原花青素的分子结构遭到破坏, 导致原花青素的得率降低 2 2 直接提取法最佳提取工艺条件的确定在设定的水平范围内, 根据正交试验结果 ( 表 3), 利用 SPSS10 0 对采用溶剂直接提取原花青素的得率进行极差分析 ( 表 4) 综合表 3 及表 4 的结果可以看出 : 各因素对原花青素的提取均有明显影响 ; 比较极差的大小, 因素的影响顺序分别为乙醇体积分数浸提温度料液比提取时间 ; 比较 K 值的大小可以看出, 提取苹果渣中原花青素的优化条件为 A 1 B 3 C 3 D 1, 即乙醇体积分数 30%, 料液比 1 12 (g / ml), 浸提温度 90, 提取时间 0 5 h 按此条件进行试验, 苹果渣中原花青素的提取量为 4 63 mg / g, 得率为 0 463% 表 3 Table 3 溶剂直接提取法的正交试验设计及结果 Orthogonal design and results of solvent direct extraction 试验号 A B C D 原花青素得率 / % ± ± ± ± ± ± ± ± ± 表 4 Table 4 溶剂直接提取法的正交试验极差分析 Orthogonal range analysis of solvent direct extraction 误差源 A B C D K K K 极差 R 微波辅助提取法最佳提取工艺条件的确定在设定的水平范围内, 根据正交试验结果 ( 表 5), 利用 SPSS10 0 对采用微波辅助提取法提取原花青素的得率进行极差分析 ( 表 6) 综合表 5 及表 6 的结果可以看出 : 各因素对原花青素的提取均有明显影响 ; 比较极差的大小可以看出, 因素的影响顺序从大到小为乙醇体积分数料液比微波功率提取时间 ; 比较 K 值的大小可以看出, 提取苹果渣中原花青素的优化条件为 A 3 B 1 C 3 D 3, 即乙醇体积分数为 50%, 料液比为 1 9( g / ml), 微波功率为 700 W, 提取时间为 3 min 按此条件进行试验, 苹果渣中原花青素的提取量为 6 08 mg / g, 得率为 0 608% 表 5 微波辅助提取法的正交试验设计及结果 Table 5 Orthogonal design and results of microwave assist extraction 试验号 A B C D 原花青素得率 / % ± ± ± ± ± ± ± ± ± 表 6 微波辅助提取法的正交试验极差分析 Table 6 Orthogonal range analysis of microwave assist extraction 误差源 A B C D K K K 极差 R 溶剂直接提取及微波辅助提取原花青素的比较分别选取料液比提取时间及得率对 2 种方法进行比较分析, 结果如表 7 所示微波辅助提取法与传统的溶剂直接提取法相比, 不仅减少了 25% 的溶剂消耗, 缩短了 27 min 的提取时间, 而且使原花青素的得率提高了 31% 左右, 证明了采用微波辅助提取法提取苹果渣中原花青素的高效性

6 第 1 期谢鲲鹏等 : 苹果渣中原花青素的提取分离条件的优化 29 表 7 Table 7 最佳料液比和最佳提取时间对原花青素得率的影响提取方法 Effects on proanthocyanidins yields of optimum ratio of material to solution and extraction time 最佳料液比 / (g ml -1 ) 最佳提取时间 / min 得率 / % 微波辅助溶剂直接结论 1) 采用溶剂直接提取法进行单因素实验时, 对苹果渣中原花青素得率影响最大的是乙醇体积分数, 其次是浸提温度, 之后是料液比, 影响最小的是提取时间正交试验分析结果表明 : 溶剂直接提取苹果渣中原花青素的最佳提取条件应为乙醇体积分数为 30%, 料液比为 1 12(g / ml), 浸提温度为 90, 提取时间为 0 5 h 2) 采用微波辅助提取法进行单因素实验时, 对苹果渣中原花青素得率影响最大的是乙醇体积分数, 其次是料液比, 之后是微波功率, 影响最小的是提取时间正交试验分析的结果表明 : 微波辅助提取苹果渣中原花青素的最佳提取条件应为乙醇体积分数为 50%, 料液比为 1 9(g / ml), 微波功率为 700 W, 提取时间为 3 min 3) 微波辅助提取与溶剂直接提取相比所需时间更短, 得率更高, 且提取效果的选择性和重复性都优于溶剂直接提取参考文献 : [ 1 ] 汪景彦, 张彦昌.2013 年我国苹果产量和售价预测 [ J]. 果树实用技术与信息,2013,(6):4. [ 2 ] 于滨, 吴茂玉, 朱凤涛, 等. 苹果渣综合利用研究进展 [ J]. 中国果蔬,2012,(12): [ 3 ] 唐传核, 彭志英. 苹果多酚的开发及应用 [ J]. 中国食品添加剂,2001(2): [ 4 ] 石翠芳, 孙智达, 谢笔钧. 沙枣果肉原花青素的提取纯化及抗氧化性能的研究 [J]. 农业工程学报,2006,22(3): [ 5 ] 安鸣, 倪文杰. 不同有机溶剂对废酒花原花青素提取工艺 [ J]. 农产品加工,2015(2): [ 6 ] DIXON R A, XIE D, SHARMA S B. Proanthocyanidins a final frontier in flavonoid research? [ J]. New Phytologist, 2005, 165 (1):9 28. [ 7 ] 张妍, 吴秀香. 原花青素研究进展 [J]. 中药药理与临床,2011, 27(6): [ 8 ] BAGCHI D, GARG A, KROHN R L, et al. Oxygen free radical scavenging abilities of vitamins C and E, and a grape seed proanthocyanidin extract in vitro [ J]. Res Commun Mol Pathol Pharmacol,1997,95(2): [ 9 ] 李建新, 王育红, 潘治利, 等. 苹果多酚的提取技术和应用研究 [J]. 农产品加工,2007(12): [10] 张星和, 杨晓娜. 原花青素提取方法进展 [J]. 南方农业,2014, 8(30): [11] 荆琪, 邓宇. 微波法从茶叶中提取茶多酚 [ J]. 中国食品添加剂,2003(1): [12] 孙晓海, 郑媛红, 胡雪, 等. 微波辅助提取墨旱莲总黄酮的工艺优化 [J]. 南京工业大学学报 ( 自然科学版 ),2011,33(2): [13] 韩伟, 马婉婉, 骆开荣, 等. 表面活性剂协同微波提取布渣叶总黄酮 [J]. 南京工业大学学报 ( 自然科学版 ),2012,34(2): [14] 侯宏红, 王一峰, 赵博, 等. 中国楤木根皮多糖超声提取工艺及含量测定 [J]. 生物加工过程,2015,13(2): [15] 付建红, 郭丽艳. 新疆石榴皮多酚的提取及其对酪氨酸酶的抑制作用 [J]. 生物加工过程,2015,13(3): [16] PEKIC B,KOVAC V,ALONSO E,et al.study of the extraction of proanthocyanidins from grape seeds [ J]. Food Chem, 1998, 61 (1): [17] 白光辉, 张辉, 王克亮, 等. 微波场作用下原花青素浸取工艺研究 [J]. 应用化工,2006(9): ( 责任编辑周晓薇 )

H 2 SO ml ml 1. 0 ml C 4. 0 ml - 30 min 490 nm 0 ~ 100 μg /ml Zhao = VρN 100% 1 m V ml ρ g

H 2 SO ml ml 1. 0 ml C 4. 0 ml - 30 min 490 nm 0 ~ 100 μg /ml Zhao = VρN 100% 1 m V ml ρ g 16 6 2018 11 Chinese Journal of Bioprocess Engineering Vol. 16 No. 6 Nov. 2018 doi 10. 3969 /j. issn. 1672-3678. 2018. 06. 004 1 2 1 1 1. 330200 2. 330006 4 Box-Behnken 1 25 g /ml 121 92 min 2 6. 284%