麵法優化微波提取獼猴桃總多酚工藝
前言
獼猴桃,又稱奇異果、中國醋粟,是獼猴桃屬中多個栽培種水果的通稱,其營養價值豐富,富含礦物質、VC,被譽為“果中之王”。其中含有各種各樣的抗氧化劑,包括多酚類化合物和維生素,多酚類化合物例如花色苷、黃酮、黃烷醇以及單寧酸等。植物多酚具有較強的抗氧化性和清除自由基的能力。現代藥理研究發現,植物多酚具有良好抑菌、抗腫瘤、降血糖和抗氧化等活性。
材料與方法
實驗原料
獼猴桃(購於紅光超市,產地蒼溪)
實驗試劑及儀器
福林-酚試劑(Folin-Ciocalteu),無水碳酸鈉,沒食子酸等試劑均為分析純。
DHG-9070A型電熱恒溫鼓風幹燥箱,ST-02A型多功能粉碎機,TB-214型電子天平,HH-S型數顯恒溫水浴鍋 ,UV-2600型紫外可見分光光度計 ,MP17C-KE美的微波爐,SHZ-D(Ⅱ)循環水式真空泵。
實驗方法
1 標準曲線的製作
總多酚類物質含量的測定采用福林-酚比色法(Folin-Ciocalteu),標準曲線為y=0.0081x+0.0286,相關係數R2=0.9999。
2 獼猴桃總多酚的提取工藝
獼猴桃洗淨→去皮→切分→打漿→定量→袋裝→真空封口→-18℃保存→微波輔助提取總多酚→測定含量→響應麵優化。
3 單因子實驗設計
提取獼猴桃總多酚類物質時選取5個因素,即溶劑種類、溶劑濃度、提取時間、料液比以及微波功率。
4 Box-Behnken實驗設計
通過單因素分析,乙醇濃度、提取時間、液料比這3個因素對溶劑提取總多酚類物質的含量影響較大,所以選這三個因素作為研究對象,並以多酚類物質的含量作為響應值設計Box-Behnken實驗。實驗輔助軟件采用Design Expert。
結果與分析
1 提取溶劑的篩選。精確稱取預處理後過的獼猴桃樣品10.0克,分別用水、50%的甲醇、50%的乙醇、丙酮溶液作為溶劑,料液比為1:20,微波功率為400W,實驗結果圖1所示。
圖1 溶劑對獼猴桃總多酚提取的影響
由圖1可知,提取溶劑為乙醇時,獼猴桃總多酚提取率最高,甲醇次之,故選取乙醇作為提取溶劑。
2 提取溶劑濃度的篩選。精確稱取預處理後的獼猴桃樣品10.0g,改變乙醇濃度,料液比1:20、微波功率為400W的條件下進行提取,低濃度的低提取率和高濃度的高損失率的交互影響下,提取溶劑濃度為30%時,獼猴桃總多酚提取率最高。
3 微波功率對總多酚提取的影響。精確稱取預處理後的獼猴桃樣品10.0g,改變微波功率,料液比1:20加入30%的乙醇溶液進行提取,低功率的低提取率和高功率的高損失率的交互影響下,微波功率為中低火(400W)時,獼猴桃總多酚提取率最高。
4 提取時間對總多酚提取的影響。精確稱取預處理後的獼猴桃樣品10.0g,改變提取時間,料液比1:20,加入30%的乙醇溶液,在微波功率400W的條件下進行提取,提取時間為50s時,獼猴桃總多酚的提取率最高。
5 料液比(W:V)對總多酚提取的影響。精確稱取預處理後的獼猴桃樣品10.0g,改變料液比,加入30%的乙醇溶液,在微波功率400W的條件下提取50s,料液比為1:30時,獼猴桃總多酚提取率最高。
響應麵法的結果
通過單因素實驗結果得知:在選取的五個單因素結果中,乙醇濃度、提取時間和料液比對五倍子多酚的提取影響較大,所以選擇這三個因素做Box-Behnken設計,同時以五倍子中多酚含量為響應值,設計及結果見表1。
表2 響應麵分析方案及實驗結果
利用Design Expert軟件對上述結果進行分析,得回歸模型方差分析,如下表:
經過擬合,得五倍子多酚含量(Y)對料液比(A)、乙醇濃度(B)、提取時間(C)的二次多項回歸方程為:
總多酚含Y=277.23+2.04* A-2.78* B-6.89* C-8.35* AB-1.53* AC-13.50* BC-10.40* A2-9.68* B2-13.20* C2。
R2(決定係數)越接近1,說明此模型越能預測其響應值,本實驗的R2 =0.9563,說明響應值的變化有95.63%來源於所選變量,該方程的擬合情況好。
1 料液比和乙醇濃度的交互作用。在提取時間一定及50s時,乙醇濃度與料液比對多酚含量相互交互的影響效應。等高線的形狀反映了交互效應的強弱大小,圓形表示兩因素交互作用不顯著,而橢圓形或馬鞍形則表示兩因素交互作用顯著。
2 料液比和時間的交互作用。在溶劑濃度一定時,料液比與時間對多酚含量相互交互的影響效應。等高線的形狀反映了交互效應的強弱大小,圓形表示兩因素交互作用不顯著,而橢圓形或馬鞍形則表示兩因素交互作用顯著。
3 乙醇濃度和時間的交互作用。在料液比一定時,乙醇濃度與時間對多酚含量相互交互的影響效應。等高線的形狀反映了交互效應的強弱大小,圓形表示兩因素交互作用不顯著,而橢圓形或馬鞍形則表示兩因素交互作用顯著。
4多酚提取的最優工藝驗證實驗
通過Design Expert優化提取條件得到理論的最佳提取條件和響應值為:乙醇濃度為31.2%、固液比為1:30.1、提取時間為48.7s,多酚含量為278.3ug/g。根據實驗可操作性,選取提取條件如下,乙醇濃度為31%、料液比為1:30、提取時間為49s進行驗證試驗。
模型的驗證:在乙醇濃度為31%提取時間為49s、料液比為1:30的條件下進行試驗。得到試驗結果為282.2±0.5ug/g,相對誤差為1.4%,小於10%。證明響應麵優化石榴皮多酚的提取工藝是可行的。
結論
本文在單因素實驗的基礎上,將響應麵法應用於獼猴桃活性成分總多酚的提取。實驗結果表明,乙醇濃度、提取時間、料液比的平方項和提取時間的平方項對獼猴桃總多酚的提取率影響顯著,並且三者對於獼猴桃總多酚提取率的影響也不是簡單的線性關係。
回歸分析和驗證實驗結果表明,此方法合理可行。得到獼猴桃總多酚提取的最佳條件:乙醇濃度為31%、提取時間為49s、料液比為1:30、微波功率400W。
作者簡介:張馳鬆(1982-),男,四川南充人,成都市農林科學院工程師,碩士,主要從事特色農產品資源開發與利用研究工作。
作者單位:1.成都市農林科學院;2.西華大學食品與生物工程學院;3.四川廣元市食為天農業有限公司
[責任編輯:]
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