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        紅樹(shù)莓籽黃酮提取工藝及成本分析

        2022-05-06 07:39:42李永麗趙佳麗
        中國(guó)調(diào)味品 2022年5期
        關(guān)鍵詞:黃酮成本工藝

        李永麗,趙佳麗

        (1.周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 周口 466000;2.呂梁學(xué)院,山西 呂梁 033001)

        紅樹(shù)莓俗名有山莓、木莓和懸鉤子,屬于薔薇科懸鉤子屬,是多年生小灌木,最早分布于俄羅斯和歐洲一些國(guó)家[1-2],后傳入中國(guó),廣泛分布于我國(guó)的華北、西南和東北等地區(qū)。紅樹(shù)莓果實(shí)為聚合果,甜而酸,風(fēng)味獨(dú)特[3]。

        紅樹(shù)莓營(yíng)養(yǎng)成分豐富,富含多種礦物質(zhì)元素如鉀、磷、鎂、鋅和鈉。紅樹(shù)莓含有的維生素量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他水果[4],有“黃金水果”之稱。紅樹(shù)莓中還含有類黃酮物質(zhì)[5]、水楊酸[6]和花青素[7]等多種天然活性成分,有“天然抗癌物質(zhì)”之稱[8]。水楊酸具有鎮(zhèn)痛[9]、消炎凝血的功效,在抑制人類疾病結(jié)腸癌和宮頸癌方面功效顯著,被稱為“天然阿司匹林”[10]。

        黃酮是植物經(jīng)過(guò)次生代謝而產(chǎn)生的天然有機(jī)物[11],在自然界中的形式多種多樣,主要存在于花、果實(shí)、種子、根和莖中,呈現(xiàn)的顏色為淺黃色或者淡黃色[12]。目前提取籽黃酮的方法主要有微波輔助法[13]、有機(jī)溶劑法[14]、超聲波輔助法[15]、酶輔助法和超臨界流體提取法。紅樹(shù)莓籽黃酮中的生物活性多種多樣,含有的氫氧根離子能夠清除機(jī)體內(nèi)的自由基,具有明顯抗氧化功能;此外,還有一些對(duì)紅樹(shù)莓籽黃酮的其他研究[16]結(jié)果也證明了紅樹(shù)莓籽黃酮具有抗疲勞、降血糖和抑菌等多種生物功能活性。

        紅樹(shù)莓果在常溫下不容易被儲(chǔ)藏和運(yùn)輸,所以,我國(guó)的紅樹(shù)莓加工產(chǎn)業(yè)紅樹(shù)莓果醋和果醬迅速地崛起、發(fā)展并成為新興產(chǎn)業(yè)[17]。隨著紅樹(shù)莓被生產(chǎn)和加工,大量的紅樹(shù)莓籽不能得到有效的利用,而紅樹(shù)莓籽重量占紅樹(shù)莓總重量的10%,同時(shí),紅樹(shù)莓籽黃酮加工作為一個(gè)綠色安全的產(chǎn)業(yè),具有廣闊的市場(chǎng)和發(fā)展前景。本研究基于此,對(duì)紅樹(shù)莓籽黃酮提取工藝進(jìn)行優(yōu)化,同時(shí)對(duì)紅樹(shù)莓籽黃酮提取工藝成本效益進(jìn)行分析,旨在為紅樹(shù)莓籽黃酮的提取提供理論指導(dǎo)[18]。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)材料、試劑和儀器

        紅樹(shù)莓籽;亞硝酸鈉、硝酸鋁、乙醇、氫氧化鈉;恒溫箱、研磨機(jī)、篩子、離心機(jī)。

        1.2 試驗(yàn)方法

        1.2.1 紅樹(shù)莓籽黃酮提取工藝流程

        將冰凍紅樹(shù)莓解凍,使用榨汁機(jī)進(jìn)行榨汁,用紗布過(guò)濾出紅樹(shù)莓籽;

        將一些損壞霉變的紅樹(shù)莓籽挑選出來(lái);

        將紅樹(shù)莓籽放于55~60 ℃的烘箱中烘烤60 min,放于研磨機(jī)中研磨20 min,用80目篩子過(guò)篩;

        添加正己烷作為溶液,在50 ℃的條件下,使用微波儀超聲脫脂30 min,去除紅樹(shù)莓籽中的油脂;

        添加70%濃度的乙醇水溶液,提取2 min,使用離心機(jī)在4000 r/min的條件下離心20 min;將溶液進(jìn)行濃縮和烘干,獲得紅樹(shù)莓籽黃酮。

        1.2.2 紅樹(shù)莓籽黃酮提取單因素試驗(yàn)

        1.2.2.1 乙醇濃度對(duì)紅樹(shù)莓籽黃酮提取率的影響

        設(shè)定料液比為1∶30,微波功率為300 W,微波時(shí)間為5 min,研究乙醇濃度40%、50%、60%、70%、80%對(duì)紅樹(shù)莓籽提取黃酮效果的影響。

        1.2.2.2 微波功率對(duì)紅樹(shù)莓籽黃酮提取率的影響

        設(shè)定料液比為1∶30,乙醇濃度為70%,微波時(shí)間為5 min,研究微波功率250,300,350,400,450 W對(duì)紅樹(shù)莓籽提取黃酮效果的影響[19]。

        1.2.2.3 料液比對(duì)紅樹(shù)莓籽黃酮提取率的影響

        設(shè)定乙醇濃度為70%,微波功率為300 W,微波時(shí)間為5 min,研究料液比1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶30、1∶35對(duì)紅樹(shù)莓籽提取黃酮效果的影響。

        1.2.2.4 微波時(shí)間對(duì)紅樹(shù)莓籽黃酮提取率的影響

        設(shè)定料液比為1∶30,微波功率為300 W,乙醇濃度為70%,研究微波時(shí)間3,4,5,6,7 min對(duì)紅樹(shù)莓籽提取黃酮效果的影響。

        試驗(yàn)選擇乙醇濃度、微波功率、料液比和微波時(shí)間等因素作為考察變量,以黃酮的獲得量作為考察指標(biāo)進(jìn)行分析,獲得最佳的紅樹(shù)莓籽黃酮提取工藝。

        表1 試驗(yàn)因素水平表Table 1 The factors and levels of test

        1.2.4 黃酮得率計(jì)算

        總黃酮得率=[(C×V×N)/1000M]×100%。

        式中:C為由標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品中的黃酮質(zhì)量濃度;V為待測(cè)溶液體積;N為稀釋倍數(shù);M為樣品質(zhì)量。

        1.2.5 紅樹(shù)莓籽黃酮提取工藝成本效益分析

        分析數(shù)據(jù)來(lái)源于紅樹(shù)莓籽黃酮提取某公司2015-2019年度生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),相關(guān)的原材料以市場(chǎng)價(jià)格作為基礎(chǔ),具體企業(yè)成本及計(jì)算方式如下。

        1.2.5.1 固定設(shè)備折舊成本

        其中:Q為錨桿錨固力;K為安全系數(shù),取2;A為錨桿間排距,取0.7 m;H為需要懸吊的巖層厚度,取2.5 m;γ為承載巖體容重,取25 kN/m3;計(jì)算可得Q=61.25 kN,采用1卷2850樹(shù)脂錨固劑端錨錨固力不低于80 kN,滿足要求。

        生產(chǎn)設(shè)備折舊=(設(shè)備總值/折舊年限)/(月產(chǎn)量×生產(chǎn)月數(shù))。

        廠房折舊分?jǐn)偝杀?(廠房總價(jià)值/折舊年限)/(月產(chǎn)量×生產(chǎn)月數(shù))。

        1.2.5.2 設(shè)備租賃

        設(shè)備租賃成本=(設(shè)備租金單價(jià)×租用數(shù)量)/(月產(chǎn)量×生產(chǎn)月數(shù))。

        1.2.5.3 工資成本

        生產(chǎn)工資成本=每月人員工資/月產(chǎn)量。

        停產(chǎn)工資成本=(每月人員總工資×月份數(shù))/(月產(chǎn)量×月份數(shù))。

        1.2.5.4 能源成本

        能源成本=每月能源費(fèi)/月產(chǎn)量。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單因素分析

        2.1.1 乙醇濃度對(duì)紅樹(shù)莓籽黃酮得率的影響

        乙醇濃度對(duì)紅樹(shù)莓籽黃酮得率的影響見(jiàn)圖1。

        圖1 乙醇濃度對(duì)紅樹(shù)莓籽黃酮得率的影響Fig.1 The effect of ethanol concentration on the yield of flavonoids from Rubus idaeus L. seeds

        由圖1可知,當(dāng)乙醇濃度在40%~70%之間時(shí),紅樹(shù)莓籽的黃酮得率明顯呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì);隨著乙醇濃度的增大,溶液中的含水量逐漸降低,有利于紅樹(shù)莓籽中的黃酮溶于溶液中,紅樹(shù)莓籽中的黃酮得率達(dá)到37 mg/g。當(dāng)溶液中的乙醇濃度超過(guò)70%時(shí),紅樹(shù)莓籽黃酮的得率逐漸降低,因?yàn)殡S著乙醇濃度的增加,乙醇的極性增加,致使紅樹(shù)莓籽中溶解出更多的脂溶性物質(zhì),降低了黃酮的溶解率,所以以70%的乙醇濃度作為最佳的紅樹(shù)莓籽黃酮提取條件。

        2.1.2 微波功率對(duì)紅樹(shù)莓籽黃酮得率的影響

        微波功率對(duì)紅樹(shù)莓籽黃酮得率的影響見(jiàn)圖2。

        圖2 微波功率對(duì)紅樹(shù)莓籽黃酮得率的影響Fig.2 The effect of microwave power on the yield of flavonoids from Rubus idaeus L. seeds

        由圖2可知,當(dāng)微波功率小于300 W時(shí),紅樹(shù)莓籽黃酮得率明顯隨著微波功率的增大而增大,這是由于隨著微波功率的增加,細(xì)胞結(jié)構(gòu)被加速破壞,溶劑更易通過(guò)細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部,加速了紅樹(shù)莓籽中黃酮的溶解,使黃酮更易溶解于溶液中。當(dāng)微波功率達(dá)到300 W時(shí),紅樹(shù)莓籽的黃酮提取率最高,為46.8 mg/g。當(dāng)微波功率超過(guò)300 W時(shí),紅樹(shù)莓籽的黃酮得率開(kāi)始降低,這是由于微波功率的增大,破壞了黃酮的結(jié)構(gòu),導(dǎo)致黃酮得率降低,所以選取300 W作為紅樹(shù)莓黃酮提取的最佳工藝。

        2.1.3 料液比對(duì)紅樹(shù)莓籽黃酮得率的影響

        料液比對(duì)紅樹(shù)莓籽黃酮得率的影響見(jiàn)圖3。

        圖3 料液比對(duì)紅樹(shù)莓籽黃酮得率的影響Fig.3 The effect of the ratio of solid to liquid on the yield of flavonoids from Rubus idaeus L. seeds

        由圖3可知,當(dāng)料液比為1∶25時(shí),紅樹(shù)莓籽的黃酮得率達(dá)到最高,為45 mg/g,此時(shí)溶液中的紅樹(shù)莓籽黃酮達(dá)到飽和和平衡,紅樹(shù)莓中的黃酮不再溶解到溶液中。隨著料液比的增加,紅樹(shù)莓中的黃酮不再溶解于溶液中,反而增加提取紅樹(shù)莓中黃酮的成本,所以選擇料液比1∶25作為紅樹(shù)莓提取黃酮的最佳工藝。

        2.1.4 微波時(shí)間對(duì)紅樹(shù)莓籽黃酮得率的影響

        微波時(shí)間對(duì)紅樹(shù)莓籽黃酮得率的影響見(jiàn)圖4。

        由圖4可知,當(dāng)微波時(shí)間為3~5 min時(shí),紅樹(shù)莓籽的黃酮得率明顯增加。當(dāng)微波時(shí)間為5 min時(shí),紅樹(shù)莓籽提取液中的黃酮得率達(dá)到最高,為38.5 mg/g。當(dāng)微波時(shí)間超過(guò)5 min時(shí),紅樹(shù)莓籽提取液中的黃酮得率逐漸降低,因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的高溫導(dǎo)致了溶液中黃酮結(jié)構(gòu)被破壞,除此之外,長(zhǎng)時(shí)間的提取也容易致使紅樹(shù)莓籽中的其他物質(zhì)進(jìn)入溶劑,增加了溶劑的黏稠度,使紅樹(shù)莓籽中的黃酮析出受到影響,所以單因素試驗(yàn)選擇微波時(shí)間為5 min。

        圖4 微波時(shí)間對(duì)紅樹(shù)莓籽黃酮得率的影響Fig.4 The effect of microwave time on the yield of flavonoids from Rubus idaeus L. seeds

        2.2 正交試驗(yàn)優(yōu)化提取工藝

        根據(jù)單因素試驗(yàn),選擇料液比、乙醇濃度、微波時(shí)間和微波功率4個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn),以紅樹(shù)莓籽黃酮提取得率作為指標(biāo),進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn),以獲得最佳的紅樹(shù)莓籽黃酮提取工藝。

        由表2可知,各個(gè)因素對(duì)紅樹(shù)莓籽黃酮提取工藝效果的影響順序?yàn)槲⒉〞r(shí)間>料液比>乙醇濃度>微波功率,最佳組合為A1B1C1D1,即料液比為1∶30,乙醇濃度為70%,微波時(shí)間為5 min和微波功率為300 W。

        表2 紅樹(shù)莓籽黃酮提取工藝正交試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 2 Orthogonal test scheme and results of extraction process of flavonoids from Rubus idaeus L. seeds

        2.3 紅樹(shù)莓籽黃酮提取成本效益分析

        紅樹(shù)莓籽黃酮提取的成本主要包括設(shè)備投入、生產(chǎn)廠房、生產(chǎn)管理、設(shè)備維修、能源消耗、租金和一些其他成本。

        由表3可知,紅樹(shù)莓籽黃酮提取工藝具有客觀的經(jīng)濟(jì)效益,隨著生產(chǎn)周期的增長(zhǎng),紅樹(shù)莓籽黃酮提取成本越來(lái)越低,加工獲得的利潤(rùn)也越來(lái)越高。

        3 小結(jié)

        隨著紅樹(shù)莓果醋和果酒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,紅樹(shù)莓的加工過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物也逐漸增加。本研究基于此,對(duì)紅樹(shù)莓籽黃酮提取工藝進(jìn)行優(yōu)化,研究結(jié)果表明最佳的紅樹(shù)莓黃酮提取工藝為料液比1∶30,乙醇濃度70%,微波時(shí)間5 min和微波功率300 W,同時(shí)對(duì)紅樹(shù)莓籽酮的提取成本進(jìn)行分析,研究結(jié)果表明紅樹(shù)莓籽黃酮加工具有明顯的市場(chǎng)前景。

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