蔣展沫,孫 杰,易 陽,閔 婷,王麗梅
(武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,湖北武漢 430023)
酸橙酚類物質(zhì)的提取工藝?優(yōu)化及分布和抗氧化活性研究
蔣展沫,孫 杰,*易 陽,閔 婷,王麗梅
(武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,湖北武漢 430023)
研究酸橙果實(shí)不同部位酚類物質(zhì)在含量及抗氧化貢獻(xiàn)上的差異。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,建立以多酚提取率為響應(yīng)值的四因素回歸模型,優(yōu)化酸橙果肉酚類物質(zhì)的提取工藝。提取測(cè)定酸橙不同部位酚類物質(zhì)含量,采用HPLC-MS法分析其酚類物質(zhì)組成,并評(píng)價(jià)其DPPH自由基清除能力、ABTS自由基清除能力和FRAP總抗氧化能力。酸橙果肉多酚提取最佳工藝參數(shù)為料液比1∶16(g∶mL),乙醇體積分?jǐn)?shù)46%,pH值2.5,浸提溫度39℃,此條件下的多酚提取率達(dá)0.45%。酸橙中酚類物質(zhì)主要以游離態(tài)存在,其中游離酚含量從大到小依次為橙肉>橙皮>橙籽,而游離黃酮含量從大到小依次為橙皮>橙籽>橙肉;酸橙的DPPH自由基清除能力、ABTS自由基清除能力和FRAP總抗氧化能力從大到小依次為橙肉>橙皮>橙籽。
酸橙;酚類物質(zhì);提取;分布;抗氧化
酸橙(Citrus aurantium L.) 是蕓香科柑橘屬植物,屬于藥食同源水果,其幼果可用于干制加工中藥材枳實(shí)和枳殼,用于寬中下氣、消導(dǎo)積滯和祛痰燥濕等。酸橙幼果的活性成分及其生理功效在食品和醫(yī)藥領(lǐng)域已引起廣泛關(guān)注,尤其是酚類化合物的抗氧化、抗腫瘤、促進(jìn)胃腸蠕動(dòng)等功能活性[1]。然而,酸橙成熟果實(shí)的相關(guān)研究報(bào)道鮮見。酸橙果實(shí)成熟后,其氨基酸、糖類和維生素等營養(yǎng)成分含量均顯著增加,但仍存在較重的酸味和澀味,不宜直接食用和加工食品,僅少部分用于加工飼料、果汁和果醬等[2-3]。以酚類化合物為代表的天然活性成分提取開發(fā)是酸橙精深加工的重要途徑。
酚類物質(zhì)具有較強(qiáng)的抗氧化活性,富含該類活性物質(zhì)的植物資源發(fā)掘和篩選一直備受關(guān)注[4]。植物不同組織部位中酚類物質(zhì)在含量、組成和抗氧化活性等方面往往有所差異,其開發(fā)利用亦應(yīng)有所側(cè)重。酸橙果皮、果汁和種子中酚類化合物的含量及抗氧化活性雖各有報(bào)道,但不同部位之間的差異并不清楚。本研究采用響應(yīng)面法優(yōu)化酸橙果肉中酚類化合物的提取工藝,進(jìn)一步提取分析酸橙不同部位中游離態(tài)和結(jié)合態(tài)酚類物質(zhì)的含量及抗氧化活性,以期為酸橙天然抗氧化活性成分的提取開發(fā)提供理論依據(jù)。
1.1 材料、儀器與試劑
成熟的黃皮酸橙,湖北省荊州市卷橋柑橘專業(yè)合作社提供,試驗(yàn)前分取果肉、果皮和種子,分別粉碎、勻漿后使用。
XFH-D型高速分散器、SB-5200DNT型超聲波清洗儀,寧波新芝生物科技股份有限公司產(chǎn)品;HR7633型飛利浦榨汁機(jī),飛利浦家庭電器有限公司產(chǎn)品;TGLL-16A型臺(tái)式高速冷凍離心機(jī),長(zhǎng)沙平凡儀器儀表有限公司產(chǎn)品;PHS-25型pH計(jì),上海虹益儀器儀表有限公司產(chǎn)品;UV-1800型紫外可見分光光度計(jì),日本島津有限公司產(chǎn)品;電子天平,梅特勒-托利多儀器上海有限公司產(chǎn)品。
沒食子酸(Gallic acid)、水溶性VE(Trolox)、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、2,4,6-三吡啶基三嗪(TPTZ)、2,2-聯(lián)氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二銨鹽(ABTS)、蘆?。≧utin),東京化成工業(yè)株式會(huì)社產(chǎn)品;FeCl3,Na2CO3,AlCl3·6H2O,NaNO2和福林酚試劑等均為分析純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品。
1.2 酸橙果肉多酚提取工藝優(yōu)化
1.2.1 工藝流程
稱取3.00±0.05 g果肉勻漿后置于一定體積的乙醇溶液中,以轉(zhuǎn)速10 000 r/min高速均質(zhì)處理2 min后,采用0.1 mol/L NaOH溶液或0.1 mol/L HCl溶液調(diào)節(jié)至適當(dāng)pH值。料液置于控溫的120 W超聲場(chǎng)中持續(xù)浸提一定時(shí)間后,離心(4 000 r/min,10 min)、過濾分離濾液,定容至100 mL,混勻后待測(cè)。
1.2.2 單因素試驗(yàn)
(1)料液比。在乙醇體積分?jǐn)?shù)40%,pH值4,浸提溫度50℃,浸提時(shí)間20 min的條件下,考察不同料液比(1∶5,1∶10,1∶15,1∶20,1∶25)對(duì)多酚提取率的影響。
(2)乙醇體積分?jǐn)?shù)。在料液比1∶15,pH值4,浸提溫度50℃,浸提時(shí)間20 min的條件下,考察乙醇溶液不同體積分?jǐn)?shù)(0,20%,40%,60%,80%)對(duì)多酚提取率的影響。
(3)pH值。在料液比1∶15,乙醇體積分?jǐn)?shù)40%,浸提溫度50℃,浸提時(shí)間20 min的條件下,考察不同pH值(2,3,4,5,6)對(duì)多酚提取率的影響。
(4)浸提溫度。在料液比1∶15,乙醇體積分?jǐn)?shù)40%,pH值4,浸提時(shí)間20 min的條件下,考察不同提取溫度(20,30,40,50,60℃)對(duì)多酚提取率的影響。
(5)浸提時(shí)間。在料液比1∶15,乙醇體積分?jǐn)?shù)40%,pH值4,浸提溫度50℃的條件下,考察不同浸提時(shí)間(5,10,20,40,60 min)對(duì)多酚提取率的影響。
1.2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)
響應(yīng)面試驗(yàn)因素及水平設(shè)計(jì)見表1。
表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素及水平設(shè)計(jì)
在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用Box-Benhnken中心組合設(shè)計(jì)四因素三水平試驗(yàn)。
1.3 酸橙游離態(tài)和結(jié)合態(tài)酚類物質(zhì)的提取
游離態(tài)酚類物質(zhì)的提取采用響應(yīng)面法優(yōu)化的酸橙多酚提取工藝。稱取3.00±0.05 g樣品置于48 mL的46%乙醇溶液中,以轉(zhuǎn)速10 000 r/min高速均質(zhì)處理2 min后調(diào)節(jié)pH值至2.5。料液于39℃下超聲浸提10 min后,經(jīng)離心、過濾分離濾液。濾渣加入48 mL的46%乙醇溶液并重復(fù)以上步驟提取2次,合并濾液。將濾液于45℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮,并用46%乙醇溶液定容至25 mL,置于-20℃保存待測(cè)。結(jié)合態(tài)酚類物質(zhì)方法提取,定容至10 mL后置于-20℃保存待測(cè)。提取制備重復(fù)平行3次。
1.4 分析方法
1.4.1 總酚和總黃酮測(cè)定
總酚和總黃酮的測(cè)定方法參考文獻(xiàn)[4];多酚提取率(%)以濕基(WW)中所含沒食子當(dāng)量(GAE)的質(zhì)量百分比計(jì);酸橙不同部位總酚含量以每100 g濕基中所含沒食子酸當(dāng)量表示(mg GAE/100 g WW),總黃酮含量以每100 g濕基中所含蘆丁當(dāng)量(RE)表示(mg RE/100 g WW)。
1.4.2 抗氧化活性評(píng)價(jià)
DPPH自由基清除能力參考文獻(xiàn)[5]方法測(cè)定不同濃度(30,60,90 μg GAE/mL)樣液的DPPH自由基清除率;ABTS自由基清除能力采用文獻(xiàn)[4]方法測(cè)定不同濃度樣液的ABTS自由基清除效果;FRAP抗氧化能力采用文獻(xiàn)[4]方法測(cè)定不同濃度樣液的FRAP抗氧化作用。
1.5 統(tǒng)計(jì)分析
Box-Benhnken中心組合設(shè)計(jì)和響應(yīng)面分析采用SAS(V8)軟件處理;采用IBM SPSS19統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析,組間0.05水平的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異采用S-N-K檢驗(yàn)(Student-Newman-Keuls test)。數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。
2.1 各試驗(yàn)因素對(duì)酸橙果肉多酚提取率的影響
各試驗(yàn)因素對(duì)酸橙果肉多酚提取率的影響見圖1。
圖1 各試驗(yàn)因素對(duì)酸橙果肉多酚提取率的影響
由圖1(a)可知,多酚提取率隨料液比的減小而逐漸增大。料液比1∶15時(shí)的多酚提取率顯著高于1∶5和1∶10(p<0.05),但隨著料液比的進(jìn)一步減小,多酚提取率并未顯著增加(p>0.05)。由此,選擇酸橙多酚浸提的適宜料液比為1∶10~1∶20。
由圖1(b)可知,多酚提取率隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)。酸橙果肉中酚類物質(zhì)可能具有相對(duì)較寬的極性分布,且大部分與20%~60%乙醇溶液的極性相當(dāng),故在此體積分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)表現(xiàn)出較高的多酚提取率,各體積分?jǐn)?shù)之間并無顯著性差異(p>0.05),但均顯著高于純水和80%乙醇的提取率(p<0.05)。由此,選擇酸橙果肉多酚浸提的適宜乙醇體積分?jǐn)?shù)范圍為20%~60%。
由圖1(c)可知,隨著浸提液pH值的增加,酸橙果肉多酚提取率發(fā)生明顯下降。pH值為2時(shí)的多酚提取率最高(p<0.05),而pH值介于3~5時(shí)多酚提取率無顯著差異(p>0.05)。偏酸條件可能有利于組織中部分與多糖和蛋白以氫鍵和(或)疏水鍵結(jié)合的酚類物質(zhì)解離,故適宜的酸橙果肉多酚浸提pH值范圍為2~4。
由圖1(d)可知,酸橙多酚提取率隨浸提溫度的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)。浸提溫度40℃時(shí)的多酚提取率顯著高于20℃和60℃(p<0.05),但與30℃和50℃的提取率無顯著差異(p>0.05)。浸提溫度增加有利于酚類物質(zhì)溶出,但高溫可能導(dǎo)致酚類物質(zhì)的分解,故適宜的酸橙果肉多酚浸提溫度范圍為30~50℃。
由圖1(e)可知,在浸提時(shí)間5~60 min內(nèi)的多酚提取率并無顯著變化(p>0.05),故選定酸橙果肉多酚浸提時(shí)間為5min。
2.2 酸橙果肉多酚提取響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果
響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2,回歸模型方差分析見表3。
表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果
表3 回歸模型方差分析
以料液比X1,乙醇體積分?jǐn)?shù)X2,pH值X3,浸提溫度X4為試驗(yàn)因素,建立以酸橙果肉多酚提取率Y為考察指標(biāo)的回歸模型如下:
Y=0.437 9+0.003 6X1+0.006 3X2-0.007 4X3-
0.009 8X4-0.017 4X12+0.003 0X1X2-
0.007 7X1X3-0.000 1X1X4-0.016 2X22-0.005 4X2X3-0.002 4X2X4-0.010 6X32-0.004 9X3X4-0.033 7X42.
由表3可知,回歸達(dá)到極顯著水平(p<0.000 1),考察指標(biāo)Y的決定系數(shù)R2值達(dá)94.68%,模型擬合較好。逐項(xiàng)顯著性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn):線性項(xiàng)和平方項(xiàng)對(duì)Y值有極顯著影響(p<0.001),而交互項(xiàng)對(duì)Y值影響不顯著(p>0.05);線性項(xiàng)中,X2,X3和X4均對(duì)Y值有極顯著影響(p<0.01),而影響程度依次減弱;交互項(xiàng)中僅X1X3顯著影響Y值(p<0.05)。
采用RSREG Procedure分析回歸模型得到極值點(diǎn),各因素的編碼值分別為X1=0.235 6,X2=0.306 9,X3=-0.484 2,X4=-0.121 2,響應(yīng)值Y=0.441 7%。將各因素編碼轉(zhuǎn)化并取整得到酸橙果肉多酚提取的最佳工藝參數(shù)為料液比1∶16,乙醇體積分?jǐn)?shù)46%,pH值2.5及浸提溫度39℃,在此條件下的提取率預(yù)測(cè)值為0.44%,而實(shí)際提取率為0.45%。
2.3 酸橙不同部位酚類物質(zhì)含量及組成
酸橙不同部位酚類物質(zhì)含量見圖2。
由圖2可知,酸橙不同部位的多酚和黃酮均以游離態(tài)為主,其中橙肉游離酚含量(519.73 mg GAE/100 g WW)顯著高于橙皮(p<0.05),而橙籽中游離酚含量最低(120.28 mg GAE/100 g WW);橙皮具有最高的游離黃酮含量(670.65 mg RE/100 g WW),而橙籽中游離黃酮含量顯著高于橙肉(p<0.05)。
圖2 酸橙不同部位酚類物質(zhì)含量
2.4 酸橙不同部位的抗氧化能力比較
酸橙果實(shí)不同部位的抗氧化能力比較見表4。
表4 酸橙果實(shí)不同部位的抗氧化能力比較
由表4可知,酸橙不同部位的抗氧化能力以100 g濕基中所含的TE當(dāng)量表示。整體而言,酸橙各部位的抗氧化活性主要由其游離酚貢獻(xiàn),各部位結(jié)合酚的DPPH和ABTS自由基清除能力及FRAP總抗氧化能力均顯著弱于游離酚(p<0.05)。酸橙果肉的游離酚DPPH自由基清除能力、ABTS自由基清除能力及FRAP總抗氧化能力均顯著強(qiáng)于橙皮(p<0.05),而橙籽的抗氧化能力最弱(p<0.05)。Garau M等人[3]研究發(fā)現(xiàn),酸橙干燥幼果果皮的抗氧化能力顯著高于果肉。酸橙酚類物質(zhì)的自由基清除活性與電子貢獻(xiàn)能力有關(guān),主要受B環(huán)羥基化和甲氧基化程度及位點(diǎn)影響,而鄰苯二酚B環(huán)可能是重要的抗氧化特征結(jié)構(gòu),其幼果與成熟果實(shí)不同部位抗氧化能力強(qiáng)弱不同的物質(zhì)基礎(chǔ)有待進(jìn)一步明晰。
結(jié)合單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn),以多酚提取率為指標(biāo)優(yōu)化酸橙果肉酚類物質(zhì)的提取工藝條件為料液比1∶16,乙醇體積分?jǐn)?shù)46%,pH值2.5及浸提溫度39℃。在此條件下,多酚的實(shí)際提取率為0.45%,與預(yù)測(cè)值的差異小于5%,回歸模型擬合程度較好。各因素影響酸橙果肉多酚提取率的主次順序?yàn)榻釡囟龋緋H值>乙醇體積分?jǐn)?shù)>料液比。酸橙果實(shí)中酚類物質(zhì)主要以游離態(tài)形式存在,且不同部位的酚類物質(zhì)含量存在顯著差異,其中游離酚含量以橙肉>橙皮>橙籽,而游離黃酮含量主次順序?yàn)槌绕ぃ境茸眩境热狻3热饩哂邢鄬?duì)較高的抗氧化能力,在抗氧化功能產(chǎn)品開發(fā)方面前景良好。
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Study on the Extraction Technology Distribution and Antioxidant Activity of Phenolic Compounds from Citrus aurantium L.
JIANG Zhanmo,SUN Jie,*YI Yang,MIN Ting,WANG Limei
(College of Food Science&Engineering,Wuhan Polytechnic University,Wuhan,Hubei 430023,China)
This work aims to investigate the differences in the content and antioxidant activity of phenolic compounds from various parts of mature Citrus aurantium L.fruits.Base on signal-factor experiment,the extraction yield of phenolic compounds is used as response value to establish a regression model with four factors.Phenolic compounds from various parts of fruit are extracted for content measurement.Their compositions are detected by HPLC-MS method,and then DPPH and ABTS free radical scavenging capacities and FRAP total antioxidant capacity are evaluated.The optimized parameters for extracting phenolic compounds from Citrus aurantium L.pulp are confirmed as follows:material to liquid is 1∶16(g∶mL),
Citrus aurantium L.;phenolic compound;extraction;distribution;antioxidant activity
TS255.1
A
10.16693/j.cnki.1671-9646(X).2016.01.010
2015-12-01
武漢輕工大學(xué)引進(jìn)人才科研啟動(dòng)項(xiàng)目(2013RZ03)。
蔣展沫(1992— ),男,本科,研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工。
*通訊作者:易 陽(1986— ),男,博士,副教授,研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工。
ethanol concentration is 46%,pH value is 2.5,and extraction temperature is 39℃.Under such conditions,the extraction yield of phenolic compounds reached to 0.45%.The phenolic compounds of the fruit mainly existed as free,the contents of free polyphenols in various parts are ordered as pulp>peel>seed,and the contents of free flavonoids are ordered as peel>seed>pulp.The antioxidant abilities of different parts,including DPPH and ABTS free radical scavenging capacities and FRAP total antioxidant capacity,could all be ordered as pulp>peel>seed.