秦菲，劉蕊，王龍

(北京聯(lián)合大學(xué)應(yīng)用文理學(xué)院食品科學(xué)系，北京，100191)

超聲波輔助提取山竹果皮中的原花青素*

秦菲，劉蕊，王龍

(北京聯(lián)合大學(xué)應(yīng)用文理學(xué)院食品科學(xué)系，北京，100191)

文中研究了山竹果皮中原花青素的超聲輔助提取工藝條件。通過單因素試驗(yàn)分析超聲提取過程中超聲功率、料液比、乙醇濃度、提取時(shí)間和溫度等因素對(duì)原花青素提取率的影響，在此基礎(chǔ)上，采用L9(34)正交試驗(yàn)優(yōu)選出山竹果皮中原花青素提取的最佳條件。結(jié)果表明:各因素對(duì)原花青素提取率的影響大小順序?yàn)橐掖紳舛?B)＞溫度(C)＞料液比(A)＞時(shí)間(D);最佳工藝條件為料液比為1∶30，乙醇體積分?jǐn)?shù)60%，提取溫度50℃，提取時(shí)間45 min，此條件下山竹果皮中原花青素的提取率為15.61%。

山竹果皮，原花青素，超聲波，提取

山竹(Garcinia mangostana)又稱莽吉柿、鳳果、倒稔子，屬藤黃科藤黃屬，是熱帶多年生常綠果樹，山竹果實(shí)柔軟多汁，甜而略帶酸味，被譽(yù)為“果中皇后”。在亞洲和非洲亞熱帶地區(qū)廣泛栽培，我國(guó)臺(tái)灣、福建、廣東和云南引種后逐漸規(guī)模化種植。山竹作為一種具有發(fā)展?jié)摿Φ臒釒咽艿饺藗兊闹匾?。山竹果皮紫褐色，厚度?.8～1.1 cm，占鮮果干重的52%～68%，是少數(shù)幾種厚皮果實(shí)之一。山竹果皮可治療痢疾、慢性腹瀉、膀胱炎、慢性潰瘍等[1］。近年來研究人員從山竹果皮提取出多種化合物如β-谷甾醇、蘆丁、原花青素等[2-3］。原花青素是植物界中廣泛存在的一大類多酚類化合物的總稱，具有保護(hù)心血管系統(tǒng)、清除自由基、抗氧化、抗突變、抗癌、抗輻射等多方面生物學(xué)活性[4］，且未發(fā)現(xiàn)有毒副作用，對(duì)80多種疾病具有直接或間接的預(yù)防、治療作用，在醫(yī)藥、保健品和化妝品等領(lǐng)域有著廣泛的用途。

超聲波指頻率高于20 kHz、人的聽覺閾以外的聲波。自1927年Richards等[5］發(fā)現(xiàn)超聲場(chǎng)能強(qiáng)化傳質(zhì)速率后，超聲場(chǎng)就開始得到大量研究并應(yīng)用于各領(lǐng)域，如從天然物質(zhì)中提取有效成分等。超聲波輔助提取是利用超聲波的機(jī)械效應(yīng)、空化效應(yīng)及熱效應(yīng)，增大介質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)頻率和速度，增大介質(zhì)的穿透力，加速細(xì)胞壁的破裂和物料的轉(zhuǎn)移，提高植物中活性成分的提取效率[6］。本文擬采用超聲波輔助提取山竹果皮中的原花青素，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用正交試驗(yàn)，探索最佳提取條件。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

市售山竹果皮。將山竹果皮用蒸餾水洗凈后，自然晾干，置于恒溫干燥箱中，50℃下干燥至恒重，過60目篩后放入干燥器中備用。原花青素標(biāo)樣(95%UV)，天津尖峰天然產(chǎn)物研究開發(fā)有限公司;香草醛、鹽酸、無水乙醇、甲醇，北京化工廠，均為分析純。

760CRT雙光束紫外可見分光光度計(jì)，上海精密儀器有限公司;超聲波清洗儀XMT-152，昆山市超聲儀器有限公司;高速萬能粉碎機(jī)，天津市泰斯特儀器有限公司;電熱恒溫干燥箱，上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠;電子天平，梅特勒-托利多集團(tuán)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 山竹果皮中原花青素的提取

山竹果皮→50℃恒溫干燥→粉碎、過60目篩→超聲提取→抽濾→定容→檢測(cè)

1.2.2 單因素試驗(yàn)

1.2.2.1 超聲功率的影響

準(zhǔn)確稱取1.00 g樣品放入具塞三角瓶中，在料液比1∶30，溫度50℃，提取溶劑為體積分?jǐn)?shù)(下同)60%乙醇、提取時(shí)間30 min的相同提取條件下，分別在超聲功率為80、120、160和200 W的條件下進(jìn)行提取，抽濾后定容至50 mL，用鹽酸香草醛法測(cè)定原花青素的含量。

1.2.2.2 料液比的影響

準(zhǔn)確稱取1.00 g樣品放入具塞三角瓶中，以60%乙醇作提取劑，在溫度50℃，超聲功率200 W、提取時(shí)間30 min的相同提取條件下，分別以1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50(g∶mL)的料液比進(jìn)行提取，抽濾后定容至100 mL，用鹽酸香草醛法測(cè)定原花青素的含量。

1.2.2.3 乙醇濃度的影響

準(zhǔn)確稱取1.00 g樣品放入具塞三角瓶中，在料液比1∶30，溫度50℃，超聲功率200 W、提取時(shí)間30 min的相同提取條件下，分別用體積分?jǐn)?shù)20%、30%、40%、50%、60%、70%的乙醇溶液進(jìn)行提取，抽濾后定容至50 mL，用鹽酸香草醛法測(cè)定原花青素的含量。

1.2.2.4 提取溫度的影響

準(zhǔn)確稱取1.00 g樣品放入具塞三角瓶中，以60%乙醇作提取劑，在料液比1∶30，超聲功率200 W、提取時(shí)間30min的相同提取條件下，分別在30、40、50、60、70℃下進(jìn)行提取，抽濾后定容至50 mL，用鹽酸香草醛法測(cè)定原花青素的含量。

1.2.2.5 提取時(shí)間的影響

準(zhǔn)確稱取1.00 g樣品放入具塞三角瓶中，以60%乙醇作提取劑，在料液比1∶30，超聲功率200 W、提取溫度50℃的相同提取條件下，分別提取15、30、45、60、75、90 min，抽濾后定容至50 mL，用鹽酸香草醛法測(cè)定原花青素的含量。

1.2.3 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定影響原花青素提取率的較佳水平范圍，采用4因素3水平正交試驗(yàn)，確定最佳提取條件。

1.2.4 原花青素的測(cè)定方法

采用香草醛-鹽酸分光光度法測(cè)定溶液中原花青素的含量[7-8］。取樣液1 mL放入20 mL用錫箔紙包裹嚴(yán)的比色管中，加入6 mL 4%的香草醛-甲醇溶液和3 mL濃HCl，立即混勻后在30℃水浴顯色30 min，以甲醇代替樣品溶液作空白對(duì)照，在500 nm處測(cè)吸光度，按下式計(jì)算原花青素提取率:

式中:c為樣品所測(cè)原花青素的濃度(mg/mL)，X為提取液稀釋的倍數(shù)，V為提取液體積(mL)，m為樣品(山竹果皮)質(zhì)量(g)。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 超聲功率對(duì)原花青素提取率的影響

由圖1可知，隨著超聲波功率提高，原花青素的提取率也隨著增大，但功率為200 W時(shí)的提取率與160 W相比增加幅度不大。這是因?yàn)閷?duì)于一定頻率的超聲波來說，功率增大，聲強(qiáng)隨著增大，單位時(shí)間內(nèi)超聲產(chǎn)生的空化事件增多，導(dǎo)致植物細(xì)胞破裂程度增大，促進(jìn)了胞內(nèi)原花青素的釋放，擴(kuò)散及溶解。由于試驗(yàn)所用超聲波清洗儀的功率限制，調(diào)節(jié)范圍僅為80～200 W，故在后面的單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)時(shí)選擇超聲功率為200 W。

圖1 超聲波功率對(duì)原花青素提取率的影響

2.1.2 料液比對(duì)原花青素提取率的影響

由圖2可以看出，原花青素的提取率隨著料液比增加而增加，當(dāng)料液比大于1∶30時(shí)，提取率增加趨于平緩。料液比是提取過程中的一個(gè)重要因素，料液比越小，原料和提取溶劑間的濃度差越小，傳質(zhì)推動(dòng)力就越小，且提取劑量過少，也會(huì)造成提取體系滲透壓過高，阻礙原花青素的進(jìn)一步溶出。料液比的增大必然會(huì)在較大程度上提高傳質(zhì)推動(dòng)力，加快整個(gè)溶媒的傳質(zhì)過程，提取率會(huì)明顯提高[9］。但當(dāng)提取率增加趨于平緩。再增大料液比，不但目標(biāo)產(chǎn)物的提取率變化不大，還會(huì)溶出更多雜質(zhì)，消耗大量的溶劑，增加溶劑回收成本，造成資源和能源的浪費(fèi)。因此料液比因素的水平選取1∶20、1∶30、1∶40進(jìn)行正交試驗(yàn)。

圖2 料液比對(duì)原花青素提取率的影響

2.1.3 乙醇濃度對(duì)原花青素提取率的影響

由圖3可知，隨著乙醇濃度的增大，原花青素的提取率增大，但當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)大于60%時(shí)，提取率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。在植物材料中，原花青素物質(zhì)通常以結(jié)合態(tài)與蛋白質(zhì)、纖維素結(jié)合在一起，原花青素分子間也是如此，一般不易提出，所以在原花青素提取時(shí)提取試劑不僅要求對(duì)原花青素有良好的溶解性，而且需具有氫鍵斷裂的作用。采用乙醇水溶液作為提取溶劑，水在溶劑中起到穿透細(xì)胞壁的作用，提高通透性，在提取過程中有利于乙醇進(jìn)入細(xì)胞組織內(nèi)部將原花青素析出，但水有利于氫鍵的形成，而有機(jī)溶劑乙醇能促進(jìn)氫鍵的斷裂，氫鍵斷裂，聚合物由大分子變成小分子，更易于游離到胞外，從而進(jìn)入到提取劑體系中[10-11］，但當(dāng)乙醇濃度過大時(shí)，由于脂溶性、醇溶性雜質(zhì)的溶出增加，與原花青素爭(zhēng)奪提取劑，導(dǎo)致原花青素提取率降低。因此確定乙醇濃度正交試驗(yàn)水平為50%、60%和70%。

圖3 乙醇濃度對(duì)原花青素提取率的影響

2.1.4 溫度對(duì)原花青素提取率的影響

圖4 表明原花青素的提取率隨著溫度的升高而增大，在溫度為50℃時(shí)達(dá)到最大，然后隨著溫度升高而下降。

圖4 提取溫度對(duì)原花青素提取率的影響

溫度主要影響分子的熱運(yùn)動(dòng)，溫度低時(shí)，分子運(yùn)動(dòng)緩慢，原花青素與蛋白質(zhì)、纖維素等結(jié)合物的分離會(huì)較慢。溫度升高時(shí)，分子運(yùn)動(dòng)速度加快，其滲透、擴(kuò)散和溶解的速度也加快了，這樣有利于有效成分從細(xì)胞中轉(zhuǎn)移至溶劑中。溫度超過50℃提取率下降是因?yàn)樵ㄇ嗨胤€(wěn)定性差，易氧化，溫度過高，溶液的氧化速度過快，其結(jié)構(gòu)會(huì)遭到破壞。另外溫度高還容易導(dǎo)致雜質(zhì)的溶出量增大。因此確定溫度正交試驗(yàn)水平為40、50和60℃。

2.1.5 時(shí)間對(duì)原花青素提取率的影響

隨著提取時(shí)間的增加，原花青素的提取率增大，但當(dāng)提取時(shí)間達(dá)到30 min后，其提取率反而下降，這可能是由于在一定范圍內(nèi)，提取時(shí)間越長(zhǎng)，提取液與被提取物質(zhì)相互作用的時(shí)間越長(zhǎng)，因而提取率就越高，但當(dāng)兩者達(dá)到平衡后，提取率將不再增加，且溶出的原花青素隨著時(shí)間和光照增加而發(fā)生氧化降解，從而降低原花青素的含量[12］。

圖5 提取時(shí)間對(duì)原花青素提取率的影響

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

通過單因素試驗(yàn)，選擇合理的因素水平進(jìn)行正交試驗(yàn)以確定最佳提取條件，正交設(shè)計(jì)表見表1，正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 正交設(shè)計(jì)表

表2 L9(34)正交試驗(yàn)結(jié)果

由表2的極差分析可知，各因素對(duì)原花青素提取效果的影響大小順序?yàn)?乙醇濃度(B)＞溫度(C)＞料液比(A)＞時(shí)間(D)，且由正交試驗(yàn)可以得出原花青素超聲提取的最佳工藝條件為:A2B2C2D3，即在料液比為1∶30，在50℃下用60%的乙醇超聲提取45 min。

2.3 超聲輔助與非超聲輔助處理的對(duì)比試驗(yàn)

按正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)選取的最佳試驗(yàn)條件，即60%乙醇，料液比為1∶30，在50℃恒溫水浴中，一組試驗(yàn)超聲處理45 min，另一組試驗(yàn)回流浸提45 min。各組試驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果見表3。

表3 超聲輔助與非超聲輔助處理的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，超聲輔助處理比比常規(guī)的乙醇加熱回流法所提取的原花青素要明顯高很多。在最佳工藝條件下，山竹果皮中的原花青素提取率為15.61%，3次平行測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.92%，說明該條件下，提取率較穩(wěn)定。

3 結(jié)論

通過單因素和正交試驗(yàn)，確定了超聲輔助提取山竹果皮中原花青素的最佳工藝條件為:在料液比為1∶30，在50℃下用60%的乙醇超聲提取45 min，此條件下山竹果皮中原花青素提取率可達(dá)15.61%。通過與傳統(tǒng)加熱回流試驗(yàn)的比較可知，采用超聲輔助提取明顯提高了山竹果皮中原花青素的提取效率。

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ABSTRACTTo study the extraction conditions for Proanthocyanidins assited by ultrasonic wave from Garcinia mangostana L peel.Effects of ultrasonic power，solid-liquid ratio，ethanol concentration，and extraction time and extraction temperature on the extraction rate were studied by single factor test.Then the optimum extraction condition was optimized by L9(34)orthogonal test.The influence order of these factors on the extraction rate of proanthocyanidins was:ethanol concentration(B)＞extraction temperature(C)＞solid-liquid ration(A)＞extraction time(D).The optimal extraction condition was:solid-liquid ratio 1∶30(g∶mL)，the concentration of ethanol 60%，the extraction time 30 minutes at 50℃.Under the optimum conditions，the yield of proanthocyanidins in Garcinia mangostana L peel was 15.61%.

Key wordsGarcinia mangostana L peel，proanthocyanidins，ultrasonic wave，extraction

Ultrasonic Wave-assisted Extraction of Proanthocyanidins from Garcinia mangostana L Peel

Qin Fei，Liu Rui，Wang Long
(Department of Food Sciences，College of Arts and Sciences of Beijing Union University，Beijing 100191，China)

博士，副教授(E-mail:qinfei@ygi.edu.cn)。

*北京市教委項(xiàng)目:山竹果殼中原花青素的提取及快速檢測(cè)方法研究(KM200911417007)

2012-05-18，改回日期:2012-06-27