超声波辅助果胶酶法优化花牛苹果幼果多酚的工艺研究_高义霞.pdf

超声波辅助果胶酶法优化花牛苹果幼果多酚的工艺研究高义霞1,2,呼丽萍1,2(1.天水师范学院生物工程与技术学院,甘肃天水 741001;2.甘肃省大樱桃工程技术研究中心,甘肃天水 741001)摘要 为充分利用农业废弃物,以花牛苹果幼果为材料,利用超声波辅助果胶酶法提取苹果多酚,并采用单因素和响应面法进行工艺优化。结果表明:各因素对苹果多酚提取率的影响表现为提取温度料液比乙醇体积分数提取时间。苹果多酚最优提取工艺为:超声波功率 100 W,提取时间 51 min,乙醇体积分数为 71%,料液比 1 6,提取温度 62。在该条件下,苹果多酚提取率为 11.586 mg/g。关键词 花牛苹果幼果;苹果多酚;超声波提取;响应面设计中图分类号 TS201.2 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2023)03-0163-04doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2023.03.037 开放科学(资源服务)标识码(OSID):Process Optimization for Polyphenols from Young Fruits of Huaniu Apple Using Ultrasonic-assisted Pectinase MethodGAO Yi-xia1,2,HU Li-ping1,2(1.College of Bioengineering and Biotechnology,Tianshui Normal University,Tianshui,Gansu 741001;2.Gansu Engineering Technology Research Center for Sweet Cherry,Tianshui,Gansu 741001)Abstract With young fruits of Huaniu apple as material,apple polyphenols were extracted using pectinase treatment combined with ultra-sound-assisted extraction,and the extraction technology was optimized by single factor and response surface method.The results showed that the effect of different factors on apple polyphenols was as follows:extraction temperature solid-liquid ratio ethanol concentration extraction time.The optimal extraction process of apple polyphenols is ultrasound power 100 W,extraction time 51 min,extraction temperature 62,solid-liquid ratio 1 6,and ethanol concentration 71%.Under above condition,the yield of apple polyphenols is 11.586 mg/g.Key words Young apple fruits of Huaniu;Apple polyphenol;Ultrasound-assisted extraction;Response surface optimization基金项目 甘肃省自然科学基金项目(1610RJZE141)。作者简介 高义霞(1982),女,甘肃白银人,副教授,硕士,从事资源植物的开发利用研究。收稿日期 2022-04-01 我国是世界苹果产业规模最大的国家之一,2014 年苹果栽培面积和产量分别达到 226 万 hm2和 3 800 万 t,幼果达285 万 t1。其中,甘肃省苹果栽培面积和年产量分别达到32 万 hm2和 320 万 t,幼果约 24 万 t2。而幼果中的多酚提取率为成熟果实的 10 倍,是苹果多酚丰富的来源,开发价值很高3。研究表明,苹果多酚的许多生理功能(如抗龋齿4-5、抗氧化等)比茶多酚高 100 倍以上,因此开发苹果多酚制品具有广阔的销售市场。目前绝大多数苹果幼果被废弃,极少量以沼气或者饲喂家禽等方式消化,既污染了自然环境,又造成极大的资源浪费6。苹果多酚提取工艺主要有溶剂萃取法、高压萃取技术及二氧化碳超临界萃取技术等,这些方法在提取效率、节能及自动化等方面尚有不足7。而超声辅助提取法具有效率高、能量低以及节省溶剂等特点,正逐渐成为有效提取多酚等活性物质的新兴技术8。王贤萍等9利用超声波辅助法提取山西嘎啦苹果多酚,确定最佳工艺为乙醇体积分数 50%,提取时间 60 min,pH 3,料液比 1 6,超声功率 80 W,在该条件下含量可达到1 692.72 mg/kg。李珍等10利用超声波辅助法提取苹果皮渣多酚,确定最佳提取工艺为提取时间 10 min,超声功率500 W,提取温度 65,料液比 1 30,在该条件下实际测定的总酚含量可达到 4.53 mg/g。为了充分利用当地特色果品“花牛”苹果幼果,笔者采取超声辅助果胶酶法提取苹果多酚,在单因素试验的基础上,通过响应面法优化提取参数,确定苹果多酚最佳工艺条件,以期为花牛苹果幼果的资源利用及其多酚开发提供理论依据,也为苹果多酚在食品及医药行业的应用提供参考。1 材料与方法1.1 材料与仪器 花牛苹果幼果,采自甘肃省天水市麦积区中滩镇九龙山苹果基地,时间 2016 年 6 月 5 日,处理前保存于 0 冷库中。福林酚试剂(Folin-Ciocalteu),上海润顺化工有限公司;没食子酸标准品(99%)、阿拉丁试剂、果胶酶,sigma 公司;异抗坏血酸,湖南世纪华星生物工程有限公司;无水乙醇,国产分析纯。KQ-500 型超声波清洗器,昆山市超声仪器;紫外-可见分光光度计(UV-2450),日本岛津;料理机(JYL-C022),九阳集团。1.2 苹果多酚提取 取花牛苹果幼果,去核除蒂,按 101的比例(M/V,g/mL)加入 10%异抗坏血酸作为护色剂,破碎后准确称取样品 10.000 g,加入果胶酶酶解11,乙醇超声波提取,提取液抽滤后收集滤液,定容备用。1.3 标准曲线制作和多酚提取率测定 多酚提取率测定采用 Folin-Ciocalteu 法12-13。吸取 1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 mL 没食子酸标准使用液(50 g/mL)于 25 mL 容量瓶中,分别添加3.0 mL Folin-Ciocalteu 试剂,反应5 min 后分别加入 2.0 mL 10%Na2CO3溶液,用蒸馏水定容至刻度,30 避光水浴 30 min,测定 OD690。标准曲线方程 Y=0.179 3X+0.000 3式中,Y 为 OD,X 为多酚提取率,g/mL。取 1.0 mL 同标准曲线操作,计算多酚提取率。多酚提取率公式为C=XVN/M式中,C 为多酚提取率,g/g;V 为体积,mL;N 为稀释倍数;M为样品质量,g。1.4 单因素试验1.4.1 提取时间对多酚提取率的影响。称取样品 10.0 g 安徽农业科学,J.Anhui Agric.Sci.2023,51(3):163-166,191 6 份,在料液比 1 6、乙醇体积 60%、超声波功率 60 W、温度50,时间分别为 10、20、30、40、50、60 min 的条件下提取,计算多酚提取率,平行 3 次。1.4.2 料液比对多酚提取率的影响。称取样品10.0 g 6 份,设定超声波功率 60 W、温度 50、提取时间 50 min、乙醇体积 60%,在料液比分别为 1 2、1 4、1 6、1 8、1 10 的条件下提取,计算多酚提取率,平行 3 次。1.4.3乙醇体积分数对多酚提取率的影响。称取样品10.0 g 6 份,设定超声波功率 60 W、温度 50、提取时间50 min、料液比 1 6,分别加入体积分数 40%、50%、60%、70%、80%的乙醇提取,计算多酚提取率,平行 3 次。1.4.4 超声波功率对多酚提取率的影响。称取样品 10.0 g 6 份,在料液比 1 6、乙醇体积分数 70%、提取温度 50、提取时间 50 min,超声波功率分别 20、40、60、80、100 W 的条件下提取,计算多酚提取率,平行 3 次。1.4.5 提取温度对多酚提取率的影响。称取打浆后的样品10.0 g 6 份,在料液比 16、乙醇体积分数 70%、设定超声波功率100 W、提取时间50 min,在20、30、40、50、60、70、80 的条件下提取,计算多酚提取率,平行 3 次。1.5 响应面优化苹果幼果多酚提取工艺 根据单因素试验结果进行 4 因素 3 水平的响应面优化试验,条件设计见表 1。表 1 响应面因素水平试验设计Table 1 Response surface factor level experiment design因素水平Level提取时间Extraction time(A)min料液比Material liquid ratio(B)乙醇体积分数Volume fraction of ethanol(C)%提取温度Extraction temperature(D)-1451 560500501 670601551 78070 在优化试验中以提取时间(A)、料液比(B)、乙醇体积分数(C)、提取温度(D)为自变量,以花牛苹果幼果多酚提取率为考察指标,共设计 29 个试验点,其中 24 个分析点,中心试验重复 5 次,用来估计试验误差。1.6 数据处理 采用 SPSS 16.0 分析数据。2 结果与分析2.1 提取时间对苹果多酚提取率的影响 由图 1 可知,随着提取时间的延长,苹果多酚提取率呈先上升后下降趋势,70 min 时提取率最大。原因可能是提取时间过短,多酚未被完全提取,提取时间过长,则导致其他可溶性物质被溶出,且多酚易发生不同程度的分解。2.2 料液比对苹果多酚提取率的影响 由图 2 可知,苹果多酚提取率随料液比的增加先升高后下降,当料液比为 16时提取率达到最大值,为 9.206 mg/g。原因可能是超声波振动提取时,苹果超微结构遭到破坏,提取效率升高14。而当料液比达到一定程度后,继续提高料液比会使多酚提取率下降,可能原因是料液比较小时,幼果细胞吸收的超声波能量较多,细胞破碎程度较好,多酚更容易被释放到溶剂中;料液比过大时,超声波能量的吸收程度较小,细胞破碎程度减小,图 1 提取时间对苹果多酚提取率的影响Fig.1 Effect of extraction time on extraction rate of apple poly-phenols多酚物质不易被释放;但是如果料液比过小,溶解多酚的溶剂就会过少,效果亦不佳。图 2 料液比对苹果多酚提取率的影响Fig.2 Effect of material liquid ratio on extraction rate of apple polyphenols2.3 乙醇体积分数对苹果多酚提取率的影响由图 3 可知,随着乙醇体积分数的增大,苹果多酚提取率呈先上升后下降的趋势,当乙醇体积分数为 70%时,多酚提取率达最大值,为 9.095 mg/g。原因可能是幼果多酚一部分为醇溶性,另一部分为水溶性,且两者比例相当15。当提取液浓度过低时,醇溶性多酚未充分释放,反之,水溶性未充分溶解,只有在醇水比例相当时效果最佳。图 3 乙醇体积分数对苹果多酚提取率的影响Fig.3 Effect of ethanol volume fraction on extraction rate of ap-ple polyphenol2.4 超声波功率