張佰清，張艷艷，李龍杰

(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧 沈陽 110866)

微波提取樹莓籽中原花青素工藝

張佰清，張艷艷，李龍杰

(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧 沈陽 110866)

目的：探討微波提取樹莓籽中原花青素的方法，選出最佳的提取工藝參數(shù)。方法：以原花青素提取率為指標(biāo)，考察乙醇體積分?jǐn)?shù)、微波功率、料液比、微波時(shí)間4個(gè)因素對樹莓籽中原花青素微波提取的影響。結(jié)果：樹莓籽質(zhì)量2g、乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、微波功率300W、料液比1:10(g/mL)的條件下提取時(shí)間3min為最佳工藝，采用該工藝條件，樹莓籽的提取率最高可達(dá)7.19mg/g，約為傳統(tǒng)水提法提取率的3倍。結(jié)論：微波提取樹莓籽中原花青素耗時(shí)少、效率高。

樹莓籽；原花青素；微波輔助提取

原花青素(procyanidins，PC)是植物中廣泛存在的一類多酚化合物的總稱。這類化合物是由不同數(shù)量的兒茶素或表兒茶素結(jié)合而成，在酸性溶液中加熱可降解和氧化形成花色素[1-2]。國內(nèi)外大量醫(yī)學(xué)和藥理學(xué)研究表明，PC具有多方面的生理活性：具有很強(qiáng)的抗氧化和清除自由基的作用，還有護(hù)肝解毒、降血壓、降血脂、消炎、抗癌、治療心血管疾病等功效[3-5]。

國外關(guān)于從植物種子中提取PC的報(bào)道很多[6-7]，一般采用水煮法[8]和溶劑提取法[9-10]。水煮法耗能大，操作困難。溶劑提取法得率高，但成本高安全性低，更可能造成環(huán)境污染。近年來，微波技術(shù)以其促進(jìn)反應(yīng)的高效性和選擇性加熱、操作簡便、副產(chǎn)物少、產(chǎn)率高及產(chǎn)物易于提純等優(yōu)點(diǎn)，已應(yīng)用于有機(jī)合成、酯化等反應(yīng)中，目前也有文獻(xiàn)報(bào)道用于天然產(chǎn)物的提取[11-14]。本研究通過對樹莓籽進(jìn)行微波處理，研究微波作用于溶劑浸取樹莓籽PC過程，分析各因素對原花青素浸取率的影響，并最終確定最佳提取條件和影響浸提的顯著性因素，為微波在樹莓籽中原花青素提取方面的應(yīng)用提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

樹莓籽 遼寧今日農(nóng)業(yè)有限公司撫順農(nóng)業(yè)園區(qū)。兒茶素對照品 中國藥品生物制品檢定所；試劑均為分析純；實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

1.2 儀器與設(shè)備

MAS-I微波萃取器 上海新儀微波化學(xué)科技有限公司；UV-2000紫外-可見分光光度計(jì) Unico上海儀器有限公司；RE52-AA真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 PC提取方法

樹莓籽用粉碎機(jī)粉碎，過40目篩，以石油醚(60～90℃)用索氏提取器提取油脂，晾干，加入適量提取溶劑，置于微波提取罐中進(jìn)行微波提取。將提取后的混合物于5000r/min離心10min，得到提取液，取上清液定容至10mL容量瓶中待測定。

1.3.2 PC含量測定方法

[10]的香草醛-鹽酸法。采用香草醛-鹽酸法測定樹莓籽提取物中原花青素的含量，添加6mL 4%香草醛甲醇溶液和3mL濃鹽酸，在避光(20℃)的條件下反應(yīng)15h，測得的原花青素含量具有較高的精確度。

1.3.3 原花青素提取的單因素試驗(yàn)

考察提取溶劑體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間、微波功率、液料比各單因素對提取液中原花青素提取率的影響。1.3.4 原花青素提取工藝的試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定Box-Behnken設(shè)計(jì)的自變量，以提取液中原花青素含量為響應(yīng)值，通過響應(yīng)面曲面分析(response surface analysis，RSA)進(jìn)行提取條件的優(yōu)化。

2 結(jié)果與分析

2.1 PC提取的單因素試驗(yàn)

2.1.1 提取溶劑體積分?jǐn)?shù)對PC提取率的影響

提取溫度60℃、微波功率400W、料液比1:10(g/mL)、提取時(shí)間3min條件下，考察乙醇體積分?jǐn)?shù)20%、40%、60%、80%、100%對原花青素提取效果的影響，結(jié)果如圖1a所示。

圖1a中0%乙醇對應(yīng)的2.19mg/g是傳統(tǒng)水提法(水作為提取劑，60℃水浴加熱1h)的原花青素提取率。由此可得知，水雖然是PC的良好溶劑，但水并不是最適合PC的提取。隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)增大，PC含量也逐漸增大，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%時(shí)，含量達(dá)到最大即7.41mg/g，隨后開始逐漸下降。此外，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大，提取液的表觀澄清度越來越好。這是由于高體積分?jǐn)?shù)乙醇可以除去多糖、寡糖和少量粗蛋白等雜質(zhì)。因此，微波提取樹莓籽中原花青素的溶劑應(yīng)以60%乙醇溶液為宜。

2.1.2 微波功率對提取效果的影響

提取溫度60℃、乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、料液比1:10(g/mL)、提取時(shí)間3min條件下，考察微波功率100、200、300、400、500、600W對原花青素提取效果的影響，結(jié)果如圖1 b所示。

由圖1b看出，微波功率在200～400W范圍內(nèi)PC的含量呈上升趨勢，當(dāng)微波功率超過400W以后提取的PC含量緩慢下降。這是因?yàn)槲⒉üβ蔬^高，提取時(shí)樣品的溫度會瞬間升高，造成樹莓籽PC的氧化損失，使提取率降低。由試驗(yàn)得知，微波功率在400W時(shí)，提取率可達(dá)8.91mg/g，此功率提取效果最佳。

2.1.3 料液比對提取效果的影響

提取溫度60℃、乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、微波功率400W、提取時(shí)間3min條件下，考察料液比(g/mL)1:5、1:10、1:15、1:20、1:25、1:30對原花青素提取效果的影響，結(jié)果如圖1 c所示。

由圖1c可以看出，隨著液料比值的減小，加快整個(gè)溶媒的傳質(zhì)過程，提取率會明顯提高，但當(dāng)料液比小于1:10(g/mL)時(shí)，PC提取率增加的幅度不大，而且料液比過小，溶劑用量和下一步濃縮工藝的能耗都會增加。料液比在1:10(g/mL)時(shí)的提取率是6.45mg/g，所以選擇料液比1:10(g/mL)左右比較合適。

圖1 乙醇體積分?jǐn)?shù)(a)、微波功率(b)及料液比(c)對PC提取率的影響Fig.1 Effects of ethanol concentration, microwave power and material/liquid ratio on extraction rate of procyanidins from raspberry seeds

2.2 微波提取樹莓籽中原花青素工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)

以乙醇體積分?jǐn)?shù)、微波溫度、微波功率作為考察對象，采用響應(yīng)面分析法安排試驗(yàn)，以獲取最適工藝參數(shù)，試驗(yàn)因素水平見表1，響應(yīng)面試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平編碼表Table 1 Coded factors and their coded levels in response surface design

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Arrangement and experimental results of response surface design

對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合回歸，得到回歸方程為：Y= 7.107143+0.2355X1+0.615375X2－2.832643X12。

對回歸方程進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。

表3 回歸方程的方差分析Table 3 Analysis of variance for the developed regression equation

從表3可以看出，模型顯著(P＜0.01)，PC提取率與試驗(yàn)中3個(gè)因素的回歸方程的F值為15.35639，方程顯著?；貧w方程的線性相關(guān)系數(shù)為0.9961，說明因變量與3個(gè)自變量之間的線性關(guān)系顯著。

回歸方程各項(xiàng)的方差分析(表4)表明，對于因變量Y的一次項(xiàng)、二次項(xiàng)、交互項(xiàng)都是顯著的，因此各項(xiàng)因素與PC提取率之間的關(guān)系不是簡單的線性關(guān)系，而是二次關(guān)系，各因素之間存在一定的交互作用，同時(shí)失擬項(xiàng)也進(jìn)一步表明回歸方程可以較好地描述各因素與響應(yīng)值之間的真實(shí)關(guān)系，因此可以利用該回歸方程確定最佳的PC提取工藝條件。

表4 回歸方程各項(xiàng)的方差分析Table 4 Analysis of variance for each term of the developed regression equation

圖2 Y=f(X1,X2)的響應(yīng)面圖Fig.2 Response surface plot ofY=f(X1,X2)

圖3 Y=f(X1,X3)的響應(yīng)面圖Fig.3 Response surface plot ofY=f(X1,X3)

圖4Y=f(X2,X3)的響應(yīng)面圖Fig.4 Response surface plot ofY=f(X2,X3)

圖2 ～4直觀地給出了各兩因素交互作用的響應(yīng)面圖。從響應(yīng)面的最高點(diǎn)可以看出，在所選的范圍內(nèi)存在極值，即是響應(yīng)面的最高點(diǎn)。比較幾個(gè)圖可知，因素X1(乙醇體積分?jǐn)?shù))、X2(微波波功率)對響應(yīng)值的影響較大，表現(xiàn)為曲線比較陡，這與回歸分析的結(jié)果吻合。由SAS分析得到最大響應(yīng)值(Y)時(shí)，對應(yīng)的編碼值分別為X1=0.028、X2=－0.875、X3=0.371。與其相對應(yīng)的原花青素的最佳提取條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)60.28%、微波功率312.50W、料液比1:10.74(g/mL)，原花青素提取率預(yù)測值7.21mg/g。

為檢驗(yàn)響應(yīng)面法的可行性，采用得到的最佳微波提取條件進(jìn)行原花青素提取的近似驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、超聲波功率300W、料液比1:10(g/mL)，3次平行實(shí)驗(yàn)得到的得率驗(yàn)證值為7.19mg/g，與預(yù)測值相對誤差為0.27%。因此響應(yīng)面法可以優(yōu)化原花青素微波提取。

3 結(jié) 論

微波輔助提取樹莓籽中原花青素的最佳工藝為乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、微波功率300W、料液比1:10(g/mL)，在此條件下原花青素的提取率可達(dá)7.19mg/g。利用該方法提取率比傳統(tǒng)水提法提高了約2倍。

參考文獻(xiàn)：

[1] SANTOS-BUELGA C, SCALBERT A. Proanthocyanidins and tanninlike compounds-nature, occurrence, dietary intake and effects on nutrition and health[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2000,80(7): 1094-1117.

[2] 朱振勤, 翟萬銀, 陳季武, 等. 葡萄籽原花青素提取物抗氧化作用研究[J]. 華東師范大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2003(1): 98-102.

[3] 韓炯, 李瑩, 劉新平, 等. 葡萄籽提取物原花青素誘導(dǎo)乳腺癌MCF-7細(xì)胞脫落凋亡[J]. 中草藥, 2003, 34(8): 722-725.

[4] 李瑩, 藥立波, 韓炯, 等. 葡萄籽提取物原花青素誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞脫落凋亡[J]. 中國藥理學(xué)通報(bào), 2004, 20(7): 761-764.

[5] 由倍安, 馬亞兵, 高海青, 等. 葡萄籽原花青素對實(shí)驗(yàn)性高脂血癥兔血脂及血漿氧化低密度脂蛋白的影響[J]. 中國心血管雜志, 2003, 8(6): 383-385.

[6] 趙文軍, 吳雪萍, 王旭. 葡萄籽中低聚原花青素提取條件研究[J]. 食品科學(xué), 2004, 25(2): 117-120.

[7] 奚洪民, 鄒憲芝, 劉進(jìn)邦, 等. 葡萄籽中低聚原花青素研究進(jìn)展[J].化學(xué)世界, 2004(12): 759-762.

[8] PEKIC B, KUVAC V, ALONSO E. Study of extraction of proanthocyandins from grape seeds[J]. Food Chem, 1998, 61(12): 201-206.

[9] MASQUELIER J. Procyanidolic oligomers[J]. Parums Cosm Arom,1990, 95: 89-97.

[10] BAGCHI D, BAGCHI M, STOHS S J, et al. Free radicals and grape seed proanthocyanidins extract: importance in human health and disease prevention[J]. Toxicology, 2000, 148(2/3): 187-197.

[11] 呂麗爽, 潘道東, 周慶, 等. 微波對提取蘆蒿葉中黃酮類化合物的影響[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè), 2003, 29(2): 97-98.

[12] 呂麗爽, 潘道東. 微波對葡萄籽中低聚原花青素提取的影響[J]. 食品與機(jī)械, 2004, 20(6): 30-33.

[13] 李瑞麗, 馬潤宇. 微波輔助水體葡萄籽原花青素的研究[J]. 食品研究與開發(fā), 2006, 127(9): 10-12.

[14] 洪新, 唐克. 葡萄籽中原花青素提取研究[J]. 河北化工, 2009, 32(4):23-26.

[15] 姚開, 何強(qiáng), 呂遠(yuǎn)平, 等. 葡萄籽提取物中原花青素含量的測定[J].食品與發(fā)酵工業(yè), 2002, 28(3): 17-19.

Optimization of Microwave Extraction for Procyanidins from Raspberry Seeds

ZHANG Bai-qing，ZHANG Yan-yan，LI Long-jie
(College of Food Science, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China)

Objective: To explore the microwave-assisted extraction of procyanidins from raspberry seeds and screen the optimal extraction parameters. Methods: The response surface design was used to investigate the effects of ethanol concentration,microwave power, material-liquid ratio and microwave time on extraction rate of procyanidins from raspberry seeds. Results: The optimal extraction conditions were ethanol concentration of 60%, ultrasonic power of 300 W, material/liquid ratio of 1:10 (g/mL)and microwave extraction time of 3 min. Under the optimal extraction conditions, the extraction rate of procyanidins from raspberry seeds was up to 7.19 mg/g, which exhibited a 3-fold enhancement compared with traditional water extraction. Conclusion: The optimized microwave extraction process for procyanidins from raspberry seeds is highly efficient and less time consumption.

raspberry seeds；procyanidins；microwave-assisted extraction

TS201.1

A

1002-6630(2011)06-0025-04

2010-04-27

張佰清(1966—)，男，副教授，博士，主要從事食品加工技術(shù)研究。E-mail：sybaiqingxl@sina.com