黃佳琦，楊士花，張一鳴，黃勇樺，李海平，李　淳，李永強(qiáng)

(1云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，昆明　650201； 2云南農(nóng)業(yè)大學(xué)外語(yǔ)學(xué)院，昆明　650201；3武定縣食品藥品監(jiān)督管理局，云南武定　651600； 4永平縣食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)局，云南永平　672660)

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紫色馬鈴薯中多酚提取工藝的優(yōu)化

黃佳琦1，楊士花2，張一鳴1，黃勇樺1，李海平3，李淳4，李永強(qiáng)1

(1云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，昆明650201；2云南農(nóng)業(yè)大學(xué)外語(yǔ)學(xué)院，昆明650201；3武定縣食品藥品監(jiān)督管理局，云南武定651600；4永平縣食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)局，云南永平672660)

以紫色馬鈴薯為原料、以多酚含量為指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用二次通用旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)紫色馬鈴薯多酚的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明：影響多酚提取效果大小的各因素依次為：提取時(shí)間>提取溫度>液料比；最佳提取工藝條件為：提取溫度70℃、液料比為25∶1、提取時(shí)間49 min，在此優(yōu)化條件下，測(cè)得多酚含量為3 038.84±23.85 μg 阿魏酸/g。

紫色馬鈴薯；多酚；二次通用旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)；提取工藝優(yōu)化

植物多酚是一類(lèi)廣泛存在于植物體內(nèi)的次生代謝產(chǎn)物[1]，具有抗氧化、清除自由基、降血脂、降血壓、降血糖、抗癌、抗衰老、鎮(zhèn)痛、抗炎、抗菌等作用[2-11]。近年來(lái)，由于天然酚類(lèi)物質(zhì)具有抗氧化活性以及對(duì)健康的潛在益處，使其越來(lái)越受到廣大消費(fèi)者的關(guān)注，使得其廣泛地應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、食品和日用化工等相關(guān)領(lǐng)域中[12]。水果、茶、咖啡、谷物等植物性食品被認(rèn)為是飲食中多酚的主要來(lái)源[13]。馬鈴薯是一年生草本植物，世界四大種植作物之一[14]，含有豐富的酚類(lèi)物質(zhì)，已成為人們?cè)谌粘ｏ嬍持兄匾目寡趸钚晕镔|(zhì)的來(lái)源[15]。2013年中國(guó)農(nóng)業(yè)部就已經(jīng)提出了要將馬鈴薯主食化的新政策，2015年中國(guó)農(nóng)業(yè)種植業(yè)要點(diǎn)也要求積極推進(jìn)馬鈴薯主食產(chǎn)品及產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)。紫色馬鈴薯所含的天然酚類(lèi)物質(zhì)更多于普通馬鈴薯[16]。目前研究者對(duì)紫色馬鈴薯中花色苷[17，18]進(jìn)行了研究，關(guān)于其中多酚的提取優(yōu)化鮮有報(bào)道。因此本研究以多酚含量為檢測(cè)指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用二次通用旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)紫色馬鈴薯中多酚的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，為紫色馬鈴薯中多酚的提取提供理論依據(jù)，也為紫色馬鈴薯深加工及綜合利用提供一定的參考。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

紫色馬鈴薯，購(gòu)于云南昆明；Folin-Ciocalteau試劑、阿魏酸，Sigma公司；Na2CO3、乙醇等其他試劑均為分析純。

1.2儀器與設(shè)備

AOE翱藝A360紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，翱藝儀器(上海)有限公司；TDL-5-A型離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.3方法

1.3.1多酚含量測(cè)定

(1)阿魏酸(FAE)標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作[19-21]。阿魏酸標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(40 μg/mL)：準(zhǔn)確稱(chēng)取0.001 g阿魏酸于小燒杯中，用甲醇溶解并移至25 mL棕色容量瓶中，用甲醇定容至刻度線，0～4 ℃下避光儲(chǔ)存?zhèn)溆谩０⑽核峁ぷ饕海河靡埔汗芊謩e移取1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 mL的阿魏酸標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液于10 mL棕色容量瓶中，分別用甲醇定容至刻度線。

分別移取阿魏酸工作液各1 mL于試管中，加入0.5 mL(2 mol/L)Folin-Ciocalteau試劑，充分振搖，加入1 mL飽和CaCO3溶液，再加入7.5 mL蒸餾水，充分混勻，室溫下避光反應(yīng)35 min，于4 000 g離心10 min，取藍(lán)色上清液于725 nm下測(cè)定吸光度，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。其回歸方程為Y=0.003 3X-0.003，(R2=0.998 8)。

(2)多酚含量的測(cè)定。準(zhǔn)確移取3 mL多酚提取液，按照(1)中方法進(jìn)行多酚含量測(cè)定，結(jié)果表示為每g新鮮紫色馬鈴薯中所含的多酚含量相當(dāng)于阿魏酸的μg數(shù)。

1.3.2單因素試驗(yàn)

(1)樣品的制備：將新鮮的紫色馬鈴薯洗凈，選擇外表顏色鮮艷，肉質(zhì)堅(jiān)硬的馬鈴薯，不去皮切薄片，然后用刀切成小塊，放入高速組織搗碎機(jī)中搗碎，備用。

(2)單因素試驗(yàn)：在不同條件下考察提取溫度、液料比、提取時(shí)間對(duì)紫色馬鈴薯多酚提取效果的影響。根據(jù)文獻(xiàn)，選擇70%(V∶V)的乙醇作為提取溶劑。提取溫度分別為30、40、50、60、70、80 ℃，液料比分別為5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1mL/g，提取時(shí)間分別為30、40、50、60、70 min，進(jìn)行多酚含量測(cè)定。

1.3.3二次通用旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)以多酚含量為檢測(cè)指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次通用旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定紫色馬鈴薯中多酚的最佳提取工藝條件。

2　結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)

2.1.1提取溫度對(duì)提取效果的影響準(zhǔn)確稱(chēng)取6份1 g紫色馬鈴薯樣品，按照液料比10∶1(mL/g)，提取時(shí)間50 min，加入70%乙醇溶液，分別置于30、40、50、60、70、80 ℃下進(jìn)行提取，過(guò)濾后定容于50 mL棕色容量瓶中，吸取提取液進(jìn)行多酚含量測(cè)定，重復(fù)3次。由圖1可以得出，在溫度的逐漸上升的同時(shí)，多酚的提取效果呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，并且在70 ℃時(shí)達(dá)到最高值，為2 257.56 ±17.54 μg FAE/g，說(shuō)明在一定溫度范圍內(nèi)，溫度越高，提取效果越好。由于多酚的的熱不穩(wěn)定因素，當(dāng)超過(guò)70 ℃后，多酚會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)、聚合反應(yīng)[22]，使得多酚的提取效果有所下降，因此選取最佳提取溫度為70 ℃。

圖1　提取溫度對(duì)提取效果的影響

2.1.2液料比對(duì)提取效果的影響準(zhǔn)確稱(chēng)取6份1 g紫色馬鈴薯樣品，按照液料比 5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1(mL/g)的比例，分別加入5、10、15、20、25、30 mL濃度為70%的乙醇溶液，置于70 ℃的水浴鍋中進(jìn)行提取，過(guò)濾后定容于50 mL棕色容量瓶中，吸取提取液進(jìn)行多酚含量測(cè)定，重復(fù)3次。由圖2可以看出，隨液料比的增大，提取效果呈先上升后下降的趨勢(shì)，并且在液料比為25∶1(mL/g)時(shí)達(dá)到最大值，為 2 612.25±19.36 μg FAE/g?？赡苁怯捎陔S著液料比的增加，其他醇溶性成分溶出，使提取效果下降[23]。同時(shí)料液比過(guò)大也會(huì)造成溶劑和能源的浪費(fèi)給后期的工作造成困難，所以選擇液料比為25∶1(mL/g)比較合理。

圖2　液料比值對(duì)提取效果的影響

2.1.3提取時(shí)間對(duì)提取效果的影響準(zhǔn)確稱(chēng)取5份1 g紫色馬鈴薯樣品，加入25∶1(mL/g)的液料比的乙醇，置于70 ℃的水浴鍋中，分別提取30、40、50、60、70 min，過(guò)濾后定容于50 mL棕色容量瓶中，吸取提取液進(jìn)行多酚含量測(cè)定，重復(fù)3次。由圖3可以看出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，提取效果呈先上升后下降的趨勢(shì)，并且在40 min時(shí)達(dá)到最大值，為2 947.77±10.65 μg FAE/g。理論上提取時(shí)間越長(zhǎng)提取的多酚應(yīng)越多，但在本實(shí)驗(yàn)中超過(guò)40 min后，多酚含量反而降低，可能是在70 ℃水浴鍋中，酒精揮發(fā)導(dǎo)致提取效果降低，也可能由于酚類(lèi)物質(zhì)在氧氣和光照條件下，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)被氧化損耗，導(dǎo)致多酚的提取效果降低。在其實(shí)際生產(chǎn)中，延長(zhǎng)提取時(shí)間會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)周期的延長(zhǎng)，成本和消耗都會(huì)增大，同時(shí)提取到的多酚含量也并不理想，所以提取時(shí)間選用40 min為宜。

圖3　提取時(shí)間對(duì)提取效果的影響

2.2二次通用旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)

2.2.1二次通用旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)[24-27]以多酚含量為檢測(cè)指標(biāo)，以二次通用旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)為試驗(yàn)方法，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇3個(gè)因素：提取溫度、液料比和提取時(shí)間，進(jìn)行3因素5水平試驗(yàn)(表1)。

表1　二次通用旋轉(zhuǎn)因素水平

表2　二次通用旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)方案及結(jié)果

注：多酚含量表示為每g新鮮紫色馬鈴薯中所含的多酚相當(dāng)于阿魏酸的μg數(shù)。

表3　試驗(yàn)結(jié)果方差分析

2.3數(shù)學(xué)模型尋優(yōu)[31]

2.3.1變量輪換直接尋優(yōu)根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型，對(duì)3個(gè)因素5個(gè)水平進(jìn)行統(tǒng)計(jì)尋優(yōu)，在試驗(yàn)范圍內(nèi)可得到多酚含量的最高值為3 081.98 μg 阿魏酸/g，此時(shí)對(duì)應(yīng)的各因素取值為：X1=1、X2=1、X3=1，相對(duì)應(yīng)的實(shí)際條件為：提取溫度為85 ℃、液料比為35∶1(mL/g)、提取時(shí)間為50 min。

2.3.2頻率分析及統(tǒng)計(jì)尋優(yōu)用變量輪換直接尋優(yōu)法所求出優(yōu)化的配方組合，由于沒(méi)有考慮到隨機(jī)因素，因此使得其在實(shí)際生產(chǎn)中的實(shí)施比較困難。所以，本試驗(yàn)對(duì)不同設(shè)計(jì)水平下的組合進(jìn)行模擬試驗(yàn)，以平均值2 986.11為臨界值，最終獲得大于臨界值的方案75個(gè)。各變量取值的頻率分布見(jiàn)表4。

表4　優(yōu)化提取方案中Xi取值頻率分布

由表4可以得出，在95%的置信區(qū)間內(nèi)，吸光度大于2 986.11的優(yōu)化方案為：提取溫度為65.8～74.2 ℃、液料比為22.2∶1～27.8∶1(mL/g)、提取時(shí)間為47.38～50.5 min。但為了更適用于實(shí)際的工業(yè)化生產(chǎn)，因此將優(yōu)化方案定為：提取溫度為70 ℃、液料比為25∶1(mL/g)、提取時(shí)間為49 min。最后的優(yōu)化方案應(yīng)以頻率尋優(yōu)為準(zhǔn)，所選數(shù)值應(yīng)在上面的范圍內(nèi)。對(duì)此方案進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證得到多酚含量為3 038.84±23.85 μg FAE/g，與優(yōu)化方案中的理論值3 107.85 μg FAE/g比較接近，進(jìn)一步證實(shí)了方案的可靠性。

3　結(jié)論

本試驗(yàn)用紫色馬鈴薯作為原料，提取其中的多酚，并以多酚含量為檢測(cè)指標(biāo)，先進(jìn)行單因素試驗(yàn)，再以單因素試驗(yàn)為基礎(chǔ)利用二次通用旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，得到紫色馬鈴薯多酚的最佳提取工藝條件為：提取溫度70 ℃、液料比25∶1(mL/g)、提取時(shí)間49 min，在此條件下提取的多酚含量為3 038.84±23.85 μg FAE/g，與理論值較為接近。◇

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(責(zé)任編輯李燕妮)

Optimization of Extraction Technology of Polyphenol from Purple Potatoes

HUANG Jia-qi1，YANG Shi-hua2，ZHANG Yi-ming1，HUANG Yong-hua1，LI Hai-ping3，LI Chun4，LI Yong-qiang1

(1College of Food Science and Technology，Yunnan Agricultural University，Kunming 650201，China；2College of Foreign Languages，Yunnan Agricultural University，Kunming 650201，China；3Wuding County Food and Drug Administration，Wuding 651600，China；4Yongping County Food and Drug Inspection Bureau，Yongping 672660，China)

Polyphenol contents as indicators, the optimal extraction technology of polyphenols from purple potatoes were studied by Quadratic General Rotary Design based on single factor experiments.The results showed that the factors affecting the extraction efficiency were extraction time，extraction temperature，and the ratio of liquor to material.The optimum extraction conditions were extraction temperature 70℃，ratio of liquid to material ratio 25∶1，extraction time 49 min.The content of polyphenol was 3 038.84±23.85 μg ferulic acid equivalents/g under the conditions.

purple potato；polyphenol；Quadratic General Rotary Design；extraction technology optimization

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：31360378、31560428)；云南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：2013FB042)；云南農(nóng)業(yè)大學(xué)“國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：201510676007)；云南省高校食品加工與安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(項(xiàng)目編號(hào)：201401)。

黃佳琦(1993—)，女，在讀碩士研究生，研究方向：天然產(chǎn)物化學(xué)。

李永強(qiáng)(1975—)，男，博士，副教授，研究方向：功能食品與天然產(chǎn)物化學(xué)。