郝 鑫 呂慧威 沈曉溪 孫志波 周曉梅*

1（吉林師范大學(xué)博達(dá)學(xué)院食品工程系，吉林四平136000）2（四平市科學(xué)技術(shù)研究院，吉林四平136000）

金紅蘋(píng)果，又稱(chēng)吉紅蘋(píng)果、“123”果，薔薇科蘋(píng)果屬，是由吉林農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所于上世紀(jì)60年代用優(yōu)質(zhì)大蘋(píng)果“金冠”和抗寒小蘋(píng)果“紅太平”雜交培育而成。果實(shí)汁多，酸甜爽口，營(yíng)養(yǎng)成分豐富，素有“全方位健康水果”和“全科醫(yī)生”之稱(chēng)。作為一種早熟品種，它產(chǎn)量高，品質(zhì)優(yōu)，抗寒力與適應(yīng)性強(qiáng)，因此是吉林地區(qū)的主要果樹(shù)栽培品種。但是隨著交通運(yùn)輸以及電子商務(wù)的發(fā)達(dá)，使得金紅蘋(píng)果在鮮果市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力減弱，造成一定程度的資源浪費(fèi)。

植物多酚是多羥基酚類(lèi)化合物的總稱(chēng)，主要分布在植物體的皮、根、葉、殼和果肉中，尤其是蔬菜、水果、茶等植物，在自然界中的儲(chǔ)量非常豐富。近年來(lái)研究人員對(duì)植物多酚的功能性進(jìn)行研究，結(jié)果表明植物多酚在抗氧化、抑菌、抗癌、抗老化等方面均有顯著功效，攝入一定量的植物多酚能夠有效地預(yù)防和抑制疾病的發(fā)生。在日本，則有人將植物多酚稱(chēng)為第七類(lèi)營(yíng)養(yǎng)素。因?yàn)橹参锒喾佑卸喾N活性作用，使得它成為科研人員研究的熱點(diǎn)、食品添加劑生產(chǎn)廠家熱衷的生產(chǎn)原料。目前越來(lái)越多的新型萃取技術(shù)已被應(yīng)用于多酚的提取，如超聲波輔助提取法、微波輔助提取法、超臨界流體萃取法和加壓液體萃取法等。其中，超聲波提取法應(yīng)用較廣，因?yàn)槌暡ㄔ诠ぷ鲿r(shí)產(chǎn)生機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)及擴(kuò)散、空化效應(yīng)、乳化效應(yīng)、擊碎效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)等，這些作用結(jié)果能夠使細(xì)胞壁破碎速度增加，有效促進(jìn)細(xì)胞外部溶劑進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，使細(xì)胞中有效成分溶出，縮短作用時(shí)間，從而提高效率。

本次試驗(yàn)是在齊娜、王臨賓、辛明亮、郭嬌嬌等研究的基礎(chǔ)上，以金紅小蘋(píng)果為原料，利用響應(yīng)面法，優(yōu)化超聲波輔助提取金紅蘋(píng)果多酚的工藝?？疾炝顺暡üβ?、乙醇體積分?jǐn)?shù)，提取時(shí)間、提取溫度和液料比5個(gè)因素對(duì)提取效果的影響，并得到最佳提取工藝，旨在為提高金紅蘋(píng)果利用率方面提供一些參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮金紅蘋(píng)果，購(gòu)自四平市某水果超市。

沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)品，98%，上海金穗生物科技有限公司；福林酚、碳酸鈉、無(wú)水乙醇，均為分析純，上海金穗生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

YP4002電子天平，上海佑科儀器儀表有限公司；JYL料理機(jī)，九陽(yáng)股份有限公司；GZX鼓風(fēng)干燥箱，濟(jì)南捷島分析儀器有限公司；GF-08高速多功能粉碎機(jī)，浙江榮浩工貿(mào)有限公司；SY-1000E多用途恒溫超聲提取機(jī)，上海比朗儀器制造有限公司；LXJ-B離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；TU-1901紫外分光光度計(jì)，北京普希儀器有限責(zé)任公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 金紅蘋(píng)果預(yù)處理

將新鮮金紅蘋(píng)果清洗后，切塊，去核，進(jìn)行粗破碎，在60℃的鼓風(fēng)干燥機(jī)中干燥至果肉變酥脆，期間每隔1 h調(diào)整托盤(pán)中蘋(píng)果塊位置，翻面調(diào)整，保證干燥均勻。將干燥好的金紅蘋(píng)果塊研磨至粉末狀，過(guò)40目篩網(wǎng)，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

稱(chēng)取標(biāo)準(zhǔn)品（沒(méi)食子酸） 1.000 g于1000 mL容量瓶中，蒸餾水溶解后定容。制得的溶液即為沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。分別移取1.0 mL、2.0 mL、3.0 mL、4.0 mL、5.0 mL沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液于100 mL容量瓶中并定容。取上述不同質(zhì)量濃度各溶液1 mL，分別加到10 mL容量瓶中，依次各加入5.0 mL10%Folin-Ciocalteau試劑，搖勻后反應(yīng)5 min～6 min，再依次加入4.0 mL7.5%碳酸鈉溶液，最后用蒸餾水定容，搖勻，常溫靜置1 h。在760 nm處測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度值，以沒(méi)食子酸質(zhì)量濃度（μg/mL）為橫坐標(biāo)，吸光度A為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.4 金紅蘋(píng)果多酚含量的測(cè)定

稱(chēng)取5 g金紅蘋(píng)果粉末于250 mL三角瓶中，以乙醇溶液作為提取溶劑，在超聲波輔助下提取，過(guò)濾后將濾液定容至250 mL，視為待測(cè)樣液。移取1 mL待測(cè)樣液于25 mL容量瓶中定容，按上述

1.3.3 方法測(cè)定吸光度，計(jì)算多酚得率。

1.3.5 多酚提取單因素試驗(yàn)

為了考察不同因素對(duì)金紅蘋(píng)果多酚提取效果的影響，選擇超聲功率（W）、乙醇體積分?jǐn)?shù)（%）、提取時(shí)間（min）、提取溫度（℃）、料液比（mL∶g）5種因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

1.3.5.1 超聲波功率對(duì)提取得率的影響

在乙醇體積分?jǐn)?shù) 40%，液料比 30∶1（mL∶g），提取溫度55℃，提取時(shí)間30 min的條件下，超聲波功率分別選擇為200 W、300 W、400 W、500 W、600 W，依次考察不同超聲波功率對(duì)金紅蘋(píng)果多酚提取得率的影響。

1.3.5.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)提取得率的影響

在超聲波功率 600 W，液料比 30∶1 （mL∶g），提取溫度55℃，提取時(shí)間30 min的條件下，乙醇體積分?jǐn)?shù)分別為20%、30%、40%、50%、60%，依次考察不同乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)金紅蘋(píng)果多酚提取得率的影響。

1.3.5.3 提取時(shí)間對(duì)提取得率的影響

在超聲波功率600 W，乙醇體積分?jǐn)?shù)40%，液料比30∶1（mL∶g），提取溫度55℃條件下，超聲波作用時(shí)間分別為10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min，依次考察不同提取時(shí)間對(duì)金紅蘋(píng)果多酚提取得率的影響。

1.3.5.4 提取溫度對(duì)提取得率的影響

本研究根據(jù)感知價(jià)值理論的相關(guān)文獻(xiàn)，在以前研究者采用的調(diào)查問(wèn)卷基礎(chǔ)上結(jié)合無(wú)現(xiàn)金支付自身的特征，歸納消費(fèi)者使用無(wú)現(xiàn)金支付的影響因素，選擇合適的變量作為問(wèn)卷設(shè)計(jì)的依據(jù)，最后形成了消費(fèi)者無(wú)現(xiàn)金支付使用意愿影響因素量表。量表的所有題項(xiàng)均采用Likert 5級(jí)量表，用1-5表示不同意到非常同意5個(gè)選項(xiàng)。

在超聲波功率600 W，乙醇體積分?jǐn)?shù)40%，液料比30∶1（mL∶g），提取時(shí)間30 min條件下，提取溫度分別設(shè)置為35℃、45℃、55℃、65℃、75℃，依次考察不同提取溫度對(duì)金紅蘋(píng)果多酚提取得率的影響。

1.3.5.5 液料比對(duì)提取得率的影響

在超聲波功率600 W，乙醇體積分?jǐn)?shù)40%，提取時(shí)間30 min，提取溫度為55℃條件下，液料比分別為 10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1、35∶1、40∶1（mL∶g），依次考察不同液料比對(duì)金紅蘋(píng)果多酚提取得率的影響。

1.3.6 Box-Behnken響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)

通過(guò)單因素試驗(yàn)，在Design Expert8.0.6.1軟件的幫助下，遵照Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，選擇提取時(shí)間（min） A、超聲功率（W） B、乙醇體積分?jǐn)?shù)（%） C、液料比（mL∶g） D 4個(gè)變量，以多酚得率為考察指標(biāo)，設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)（四因素三水平）。

2 結(jié)果與分析

2.1 沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線及回歸方程

在最大吸收波長(zhǎng)760 nm下，測(cè)定不同質(zhì)量濃度（μg/mL） 下沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)品溶液的吸光度，標(biāo)準(zhǔn)曲線圖如圖1所示。由圖1可知，沒(méi)食子酸質(zhì)量濃度c（μg/mL） -吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程為y=10.457x+0.0373，R2=0.9991。

2.2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 超聲波功率對(duì)金紅蘋(píng)果多酚提取得率的影響

圖1 沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線

超聲波功率（W）對(duì)多酚得率的影響如圖2所示。

圖2 超聲功率對(duì)金紅蘋(píng)果多酚提取得率的影響

2.2.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)金紅蘋(píng)果多酚提取得率的影響

乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)多酚得率的影響如圖3所示。結(jié)合數(shù)據(jù)及趨勢(shì)圖可看出，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大，多酚得率呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)在20%～40%范圍時(shí)，得率是增大趨勢(shì)，且增幅較大，體積分?jǐn)?shù)為40%時(shí)，得率達(dá)到峰值，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)大于40%時(shí)，得率下降明顯。出現(xiàn)這種情況，分析原因可能是在乙醇體積分?jǐn)?shù)大于40%后，醇溶性質(zhì)、色素、親脂性強(qiáng)的成分與乙醇溶液水分子結(jié)合，使得組織的通透性下降、體系的黏度增大，不利于目標(biāo)物的浸出。因此最終選取體積分?jǐn)?shù)為40%乙醇溶液作為金紅蘋(píng)果多酚的提取溶劑濃度。

圖3 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)金紅蘋(píng)果多酚得率的影響

2.2.3 提取時(shí)間對(duì)金紅蘋(píng)果多酚提取得率的影響

提取時(shí)間（min） 對(duì)多酚得率的影響如圖4所示。

圖4 提取時(shí)間對(duì)金紅蘋(píng)果多酚得率的影響

由圖4可知，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，多酚得率的變化分為3種不同情況，即先迅速增加，然后趨于平緩，最后呈下降的趨勢(shì)。提取時(shí)間由10 min延長(zhǎng)到20 min時(shí)，可以看出得率增大的趨勢(shì)比較明顯。分析原因是提取時(shí)間短，對(duì)原料細(xì)胞壁的破壞作用較小，細(xì)胞壁的破壞不徹底，這使得細(xì)胞中的多酚物質(zhì)沒(méi)有完全溶解在乙醇溶劑中，所以得率較低；而當(dāng)提取時(shí)間延長(zhǎng)到20 min時(shí)，細(xì)胞壁破碎較徹底，多酚物質(zhì)能夠較為徹底的溶出，得率也就有所提高。當(dāng)繼續(xù)延長(zhǎng)提取時(shí)間時(shí)，多酚物質(zhì)的得率并未有明顯增加，主要原因可能是長(zhǎng)時(shí)間的作用使得多酚物質(zhì)活性下降或已被氧化。另外考慮到時(shí)間、耗能、成本等方面的因素，最終確定了超聲波提取時(shí)間為30 min。

2.2.4 提取溫度對(duì)金紅蘋(píng)果多酚提取得率的影響

提取溫度（℃） 對(duì)多酚得率的影響如圖5所示。由圖5可知，不同溫度對(duì)金紅蘋(píng)果中多酚得率的影響不同，隨溫度的升高多酚得率呈增大趨勢(shì)。溫度的升高，有利于超聲波對(duì)細(xì)胞壁的破壞作用，有利于多酚溶出，提高得率，且溫度升高有助于增大多酚的溶解度，同時(shí)多酚的熱穩(wěn)定性比較高，整個(gè)溫度范圍內(nèi)，多酚得率持續(xù)增加；溫度越高，耗能越大，升溫時(shí)間越長(zhǎng)，綜上所述，提取溫度選擇中間溫度55℃為宜。

圖5 提取溫度對(duì)金紅蘋(píng)果多酚得率的影響

2.2.5 液料比對(duì)金紅蘋(píng)果多酚提取得率的影響

液料比（mL∶g） 對(duì)多酚得率的影響如圖6所示。

圖6 液料比對(duì)金紅蘋(píng)果多酚得率的影響

由圖6可知，隨著液料比的增大，金紅蘋(píng)果多酚的得率呈現(xiàn)先增大，中段平穩(wěn)，末段略有下降趨勢(shì)。增大液料比，可使原料與溶劑的接觸面增大，可增加成分溶出，提高得率。當(dāng)液料比達(dá)到30∶1時(shí)，多酚得率最高，溶劑用量繼續(xù)增加，得率有所下降。30∶1與35∶1的液料比得到的提取液中多酚的含量相差不明顯，考慮成本及回收的情況，最終選擇液料比為 30∶1。

2.3 超聲波輔助提取金紅蘋(píng)果多酚響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

2.3.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果及回歸方程的建立

在單因素試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，選擇提取時(shí)間（A）、超聲波功率（B）、乙醇體積分?jǐn)?shù)（C）、液料比（D）進(jìn)行四因素三水平的優(yōu)化設(shè)計(jì)，響應(yīng)面因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

結(jié)合對(duì)響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)得出的數(shù)據(jù)（表2） 進(jìn)行分析，得金紅蘋(píng)果中多酚物質(zhì)與超聲波輔助提取各因素變量間的函數(shù)關(guān)系，所得的二次多項(xiàng)式方程為：Y=5.19+0.29A+0.41B+0.19C+0.95D+0.23AB-0.03AC+0.25AD+0.02BC+0.00BD+0.03CD-0.62A2-0.33B2-0.45C2-0.90D2?；貧w方程顯著性檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下頁(yè)表3。

表1 超聲波輔助提取金紅蘋(píng)果多酚響應(yīng)面分析因素與水平設(shè)計(jì)

表2 超聲波輔助提取金紅蘋(píng)果多酚響應(yīng)面設(shè)計(jì)與結(jié)果

由表3可知，回歸模型p＜0.0001，說(shuō)明二次回歸方程模型差異極顯著。模型整體方差分析F＝9.202，p＜0.05，說(shuō)明模型成立有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。失擬合項(xiàng)方差分析表明，F(xiàn)＝5.39，p＞0.05，失擬不顯著，模型決定系數(shù)為0.902，說(shuō)明響應(yīng)值的變化90.2%來(lái)源于所選因素，說(shuō)明模型擬合良好，試驗(yàn)誤差較小，可以用此模型對(duì)金紅蘋(píng)果多酚的提取工藝進(jìn)行分析并預(yù)測(cè)超聲波輔助提取金紅蘋(píng)果多酚的最佳工藝參數(shù)。

2.3.2 響應(yīng)面模型分析因子間交互作用

模型一次項(xiàng)B、D和二次項(xiàng)A2、D2高度顯著，一次項(xiàng)A和二次項(xiàng)C2顯著。

圖7（a）-（f）為試驗(yàn)各因素對(duì)多酚得率影響的響應(yīng)面圖。其中（a）、（c）、（e）、（f）曲面相對(duì)較陡，表明超聲波功率與提取時(shí)間、提取時(shí)間與液料比、超聲波功率與液料比、乙醇體積分?jǐn)?shù)與液料比之間的交互作用比較大，它們的作用對(duì)多酚得率有一定影響，但是不顯著；（b）、（d） 曲面相對(duì)平坦，說(shuō)明提取時(shí)間與乙醇體積分?jǐn)?shù)、超聲波功率與乙醇體積分?jǐn)?shù)交互作用小，它們對(duì)多酚提取的得率影響小。從圖7整體來(lái)看，液料比與其他因素的交互作用對(duì)金紅蘋(píng)果多酚的影響最顯著。通過(guò)對(duì)回歸系數(shù)檢驗(yàn)可知，各因素對(duì)多酚得率的影響順序?yàn)橐毫媳龋咎崛r(shí)間＞超聲波功率＞乙醇體積分?jǐn)?shù)。

2.3.3 最佳工藝條件的確定及驗(yàn)證

通過(guò)Design Expert8.0.6.1對(duì)回歸方程的分析，得到超聲波輔助提取金紅蘋(píng)果多酚的最佳工藝條件為：提取時(shí)間34.98 min，超聲波功率581.64 W，乙醇體積分?jǐn)?shù)42.36%、液料比33.02∶1。根據(jù)以上條件，調(diào)整工藝參數(shù)為提取時(shí)間為35 min，超聲波功率為580 W，乙醇體積分?jǐn)?shù)為40%、液料比（mL/g） 為30∶1。根據(jù)調(diào)整后的工藝參數(shù)，進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，金紅蘋(píng)果多酚的最終得率為5.38%，此結(jié)果與預(yù)測(cè)的多酚得率5.74%接近，表明回歸模型可以較好的反應(yīng)金紅蘋(píng)果多酚提取的最佳條件。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)研究金紅蘋(píng)果多酚的提取工藝優(yōu)化，將超聲波提取的方法應(yīng)用到乙醇溶劑提取工藝中。首先通過(guò)單因素試驗(yàn)方法確定了提取金紅蘋(píng)果多酚物質(zhì)工藝中超聲功率、乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間、提取溫度、料液比這5種因素對(duì)多酚提取得率的影響；然后應(yīng)用Box-Behnken響應(yīng)面法建立二次回歸模型方程，對(duì)提取的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)不同因素及因素的相互作用進(jìn)行分析，得到最佳工藝條件為：提取時(shí)間35 min，超聲波功率580 W，乙醇體積分?jǐn)?shù)40%，液料比（mL∶g） 30∶1。此條件下金紅蘋(píng)果多酚的得率為5.38%。超聲波輔助提取金紅蘋(píng)果多酚，工藝時(shí)間短，效率高，操作便捷，成本低，對(duì)金紅蘋(píng)果多酚的提取提供了理論依據(jù)和參考。通過(guò)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，目前對(duì)于蘋(píng)果多酚的提取工藝還包括微波輔助、超聲波-微波結(jié)合輔助的方法，為此，將進(jìn)一步考察微波作用對(duì)金紅蘋(píng)果多酚物質(zhì)提取的影響。

表3 超聲波輔助提取金紅蘋(píng)果多酚回歸方程的方差分析

圖7 試驗(yàn)各因素對(duì)多酚得率影響的響應(yīng)面圖