劉煥云，王艷哲，姚楚軒

(河北經(jīng)貿(mào)大學(xué) 生物科學(xué)與工程學(xué)院，石家莊 050061)

石榴果皮為石榴鮮食及加工過(guò)程中的主要副產(chǎn)物，約占鮮果重的40%左右，多數(shù)被丟棄，僅有少量曬干作為藥用[1]。國(guó)內(nèi)外研究表明石榴皮富含多酚、黃酮、生物堿等活性物質(zhì)[2-4]，具有抗氧化、抗癌防癌、保護(hù)心腦血管和潤(rùn)膚美容等多種生理和藥理活性，可廣泛用于食品加工、醫(yī)藥等領(lǐng)域。李穎等[5]研究發(fā)現(xiàn)石榴皮提取物能有效抑制生豬肉餅冷藏過(guò)程中的脂肪氧化和蛋白氧化，謝貞建等[6]研究表明它對(duì)大豆油有很好的抗氧化效果，作為天然抗氧化劑效果均優(yōu)于丁基羥基茴香醚；多酚提取物用于肉制品的防腐保鮮，效果較好[7-8]，且可作為亞硝酸鹽清除劑，用于發(fā)酵蔬菜和添加亞硝酸鹽作為發(fā)色劑的肉制品加工[9-11]。提取石榴皮多酚傳統(tǒng)的溶劑萃取法及酶法較為成熟，但存在資源消耗大、產(chǎn)率低等問(wèn)題。近年來(lái)采用的超高壓萃取法和超臨界流體萃取法具有高效、快速、無(wú)污染等特點(diǎn)，但工業(yè)化生產(chǎn)還不成熟，超聲波和微波輔助提取技術(shù)具有各自優(yōu)點(diǎn)和不足，將二者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。目前關(guān)于石榴皮多酚的超聲波-微波協(xié)同提取技術(shù)尚未見(jiàn)報(bào)道。本文選用超聲波-微波協(xié)同技術(shù)提取石榴皮中多酚類物質(zhì)，優(yōu)化了其提取工藝參數(shù)，為石榴皮的進(jìn)一步綜合利用奠定了基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料及試劑

石榴皮：購(gòu)自中藥房，新疆吐魯番產(chǎn)；洗凈，于60 ℃烘干后粉碎并過(guò)60目篩，得石榴皮粉，干燥避光儲(chǔ)存。

沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)品：中檢所；酒石酸鉀鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、硫酸亞鐵、乙醇等：均為分析純?cè)噭?；配制用水為二次蒸餾水。

1.1.2 主要儀器

XFB-1000新型密封式中藥粉碎機(jī) 吉首市中誠(chéng)制藥機(jī)械廠；XH-3000A型電腦微波超聲波組合萃取儀 北京祥鵠科技發(fā)展有限公司；723型分光光度計(jì) 上海光譜儀器有限公司；TDZ5-WS離心機(jī) 長(zhǎng)沙湘智離心機(jī)儀器有限公司；BS-124S電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；電熱恒溫干燥箱 上海一恒科技有限公司。

1.2 超聲波-微波協(xié)同技術(shù)提取石榴皮多酚

1.2.1 工藝流程

石榴皮粉(過(guò)60目篩)→稱量→室溫下，用一定濃度乙醇溶液浸泡20 min→超聲波-微波處理→離心→上清液→定容→移取→顯色測(cè)定吸光度值→計(jì)算提取得率。

1.2.2 單因素及正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

稱量石榴皮粉1.0 g(準(zhǔn)確至±0.0001 g)，固定其他條件，分別探討乙醇溶液濃度(40%～80%)、料液比(1∶10～1∶35，g/mL)、微波功率(50～450 W)、超聲波功率(100～700 W)、提取時(shí)間(1～5 min)、提取次數(shù)(1～3次)對(duì)石榴皮多酚提取得率的影響(見(jiàn)表1)，各因素試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。在此基礎(chǔ)上采用L9(34)正交試驗(yàn)對(duì)超聲波-微波協(xié)同技術(shù)提取石榴皮多酚工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，其因素水平見(jiàn)表2，各試驗(yàn)重復(fù)2次，取平均值。

1.3 石榴皮提取物多酚含量的測(cè)定

采用劉煥云等[12]的方法對(duì)石榴皮提取液中多酚含量進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，多重比較用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行，平均數(shù)差異顯著性檢驗(yàn)用獨(dú)立樣本T-test法進(jìn)行，同一濃度下，與對(duì)照組相比，不標(biāo)為差異不顯著(P>0.05)，“*”表示差異顯著(P<0.05)，“**”表示差異極顯著(P<0.01)，重復(fù)數(shù)n=3。

2 結(jié)果與分析

2.1 石榴皮多酚提取的單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)多酚提取得率的影響

設(shè)定料液比為1∶20 (g/mL)，微波功率為100 W，超聲波功率為100 W，提取時(shí)間為3 min，浸提次數(shù)為1次，研究不同乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)多酚提取得率的影響(見(jiàn)表1)。結(jié)果表明，在40%～60%范圍內(nèi)，石榴皮多酚得率隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的升高而不斷增大，繼續(xù)增加至80%，多酚得率逐漸下降。這是因?yàn)橐掖俭w積分?jǐn)?shù)不同，極性也不同，其含有的羥基能與多酚類物質(zhì)中的酚羥基形成氫鍵，加大多酚類物質(zhì)溶解程度不同所致[13]。

2.1.2 料液比對(duì)多酚提取得率的影響

設(shè)定乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%，微波功率為100 W，超聲波功率為100 W，提取時(shí)間為3 min，浸提次數(shù)為1次，探討不同料液比對(duì)多酚提取得率的影響(見(jiàn)表1)。結(jié)果表明，在料液比1∶10～1∶30 (g/mL)時(shí)，多酚得率顯著增加，之后下降，故乙醇溶液用量和原料比為30時(shí)多酚已提取完全，繼續(xù)添加溶劑體積，只會(huì)使單位提取液中多酚濃度降低，并造成浪費(fèi)。

表1 不同提取條件對(duì)多酚得率的影響Table 1 Effects of extraction conditions on the yield of polyphenols

續(xù) 表

2.1.3 微波功率對(duì)多酚提取得率的影響

設(shè)定乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%，料液比為1∶30 (g/mL)，超聲波功率為100 W，提取時(shí)間為3 min，浸提次數(shù)為1次，探討不同微波功率對(duì)多酚提取得率的影響(見(jiàn)表1)。結(jié)果表明，微波功率在50～450 W范圍內(nèi)多酚提取得率先隨微波功率的增大而上升，當(dāng)大于250 W后反而下降。這是由于微波輻射能加速破壞細(xì)胞壁，促進(jìn)多酚的溶出[14]，但較高的微波功率會(huì)使溫度升高，加速溶劑的揮發(fā)，破壞酚類化合物的結(jié)構(gòu)。

2.1.4 超聲波功率對(duì)多酚提取得率的影響

設(shè)定乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%，料液比為1∶30 (g/mL)，微波功率為250 W，提取時(shí)間為3 min，浸提次數(shù)為1次，探討不同超聲波功率對(duì)多酚提取得率的影響(見(jiàn) 表1)。結(jié)果表明，隨著超聲波功率的增大，多酚提取得率升高，超過(guò)600 W后有所下降。這是因?yàn)槌暡ǖ恼袷幙栈欣诙喾宇愇镔|(zhì)的釋放和溶解，強(qiáng)度過(guò)大可能使多酚類物質(zhì)降解[15]。

2.1.5 提取時(shí)間對(duì)多酚提取得率的影響

設(shè)定乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%，料液比為1∶30 (g/mL)，微波功率為250 W，超聲波功率為600 W，浸提次數(shù)為1次，探討不同提取時(shí)間對(duì)多酚提取得率的影響(見(jiàn)表1)。結(jié)果表明，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，多酚得率呈“M”形變化，當(dāng)提取時(shí)間1 min時(shí)，多酚提取得率較高。

2.1.6 提取次數(shù)對(duì)多酚提取得率的影響

設(shè)定乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%，料液比為1∶30(g/mL)，微波功率為250 W，超聲波功率為600 W，提取時(shí)間為1 min，改變浸提次數(shù)，將離心分離出沉淀繼續(xù)提取2次、3次，第2次提取得率從第1次的24.6%降為2.08%，第3次為0，可知第1次提取占總提取量的92.20%，從節(jié)約資源上考慮提取1次。

2.2 石榴皮多酚提取的正交試驗(yàn)結(jié)果

正交表試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2和表3。方差分析表明，B，C 2個(gè)因素對(duì)石榴皮多酚提取得率有極顯著影響，D，A 2個(gè)因素對(duì)石榴皮多酚提取得率有顯著影響。各因素影響大小的順序?yàn)锽>C>D>A。超聲波-微波協(xié)同提取石榴皮多酚較佳工藝條件為A2B3C2D1，即石榴皮粉中加入30倍濃度為60%為乙醇溶液浸泡20 min后，在超聲波功率500 W條件下，微波功率250 W處理1 min，在此條件下重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)3次，石榴皮多酚提取得率為(28.78±0.12)%。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 The orthogonal experimental results

表3 正交試驗(yàn)的方差分析Table 3 The variance analysis of orthogonal experiment

3 討論

石榴為藥食兩用植物，選擇較佳工藝提取主要生物活性成分成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。朱彩平綜述國(guó)內(nèi)外石榴皮多酚提取方法，其中以Amyrgialakia等[16]采用酸性乙醇溶液為提取劑提取得率最高，為32.49%，嚴(yán)隴兵等[17]的超高壓溶劑提取法次之，為26%。近年以吳琳等[18]采用20%乙醇回流法提取總多酚得率較高，為23.27%。本試驗(yàn)以60%乙醇溶液為浸提劑，采用超聲波-微波協(xié)同提取石榴皮多酚類物質(zhì)，處理時(shí)間1 min，提取得率為(28.78±0.12)%(n=3)，充分體現(xiàn)出時(shí)間短、得率高等效果，劉常金等[19]的研究結(jié)果也有同樣結(jié)論，雖然原料產(chǎn)地及原料顆粒大小對(duì)多酚提取效果也有影響，但超聲波-微波協(xié)同提取仍是值得推廣的一門技術(shù)。

4 結(jié)論

超聲波-微波協(xié)同提取技術(shù)為多酚類物質(zhì)的提取提供了一種省時(shí)、省力、高效的方法[20]。采用單因素和正交試驗(yàn)確定石榴皮多酚的最佳提取條件為：在石榴皮粉中加入其質(zhì)量30倍的體積分?jǐn)?shù)為60%的乙醇溶液浸泡20 min后，在超聲波功率為500 W，微波功率為250 W下處理1 min，得到石榴皮多酚提取得率的平均值為(28.78±0.12)%(n=3)，提取效果較好。石榴皮多酚作為優(yōu)良的天然抗氧化劑和植物源食品保鮮劑廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)領(lǐng)域。