新疆石榴皮多酚提取工艺研究

王华斌 包晓玮 韩海霞 张瑞廷 傅 力

（新疆农业大学食品科学与药学学院，新疆 乌鲁木齐 830052）

新疆石榴皮多酚提取工艺研究

王华斌 包晓玮 韩海霞 张瑞廷 傅 力

（新疆农业大学食品科学与药学学院，新疆 乌鲁木齐 830052）

以新疆石榴皮为原料，采用二次通用旋转回归组合设计对超声波辅助提取石榴皮多酚工艺进行研究。对提取溶剂种类、乙醇浓度、料液比、超声时间、超声波功率等影响多酚得率的因素进行试验。结果表明，其最佳提取工艺条件为乙醇浓度50%，料液比 （m∶V）1∶25，超声时间30min，超声波功率360W。在此优化条件下，石榴皮多酚得率达到（21.22±0.06）%。

石榴皮；多酚；超声波辅助提取；二次通用旋转回归组合设计

石榴 （punicagranatum L.）又名若榴、丹若、天浆，是石榴科（Punicaceae）石榴属（PunicaL.）植物，果实美观鲜艳、营养丰富［1］。石榴是新疆主要果树之一，主要分布在南疆喀什，和田等地区［2］，其品种有酸石榴、甜石榴、大籽甜石榴、实生石榴和酸甜石榴［3］。据2008年统计，新疆石榴种植面积达1.766万hm2，产量7.1万t，产值达35 322.96万元，居中国首位。石榴加工过程中会产生大量的石榴皮，若不加以综合利用，不仅造成资源浪费，而且还会对环境造成污染。

植物多酚（plant polyphenol）是一类广泛存在于植物体内的大分子化合物，主要存在于植物的皮、根、木、叶、果中，植物多酚因其羟基取代的高反应性和吞噬自由基的能力而有很好的抗氧化活性［4］。石榴皮为石榴加工的副产物，富含多酚类物质，在干皮中的质量分数约为10%～21%。近年来，国内外大量研究［5］表明，石榴皮多酚不仅具有显著的抗氧化和清除自由基作用，还具有抑制低密度脂蛋白胆固醇的氧化、防止动脉粥样硬化，降血脂，抑制血管紧张素转换酶活性、降血压，抑制乳腺癌、前列腺癌和口腔癌等癌细胞的增生，保护胃黏膜、降低胃溃疡发病率等功能。因此，石榴皮多酚有望在食品、医药和化妆品等领域获得广泛应用。

目前关于石榴皮生物活性方面的研究较多，但对于石榴皮多酚提取方面的研究较少。本试验对超声波辅助提取石榴皮多酚工艺进行研究，以期为石榴皮多酚进行大规模工业化生产提供技术参考和理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1

.1.1 原料

石榴皮粉：新疆喀什新鲜石榴皮晒干后粉碎，过60目筛。

1.1.2 试剂

没食子酸标准品：天津一方科技有限公司；

无水乙醇：分析纯，天津致远化学试剂有限公司；

丙酮、乙酸乙酯：分析纯，天津永晟精细化工有限公司；

甲醇、碳酸钠、盐酸、磷酸：分析纯，西安化学试剂厂；

钨酸钠、钼酸钠：分析纯，天津化学试剂三厂；

硫酸锂：分析纯，天津金汇太亚化学试剂有限公司；

溴：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.1.3 主要仪器

紫外可见分光光度计：TU－1810，北京普析通用仪器有限责任公司；

超声波药品处理机：JBT/C－YCL400T/3P（D），济宁金百特工程机械有限公司；

旋转蒸发器：RE－85C，上海青浦沪西仪器厂；

循环水式多用真空泵：SHB－Ⅲ，郑州长城科工贸有限公司；

高速台式离心机：TGL－10C，上海安亭科学仪器厂；

电热恒温水浴锅：HWS26，上海一恒科学仪器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 多酚含量的测定 采用Folin－Ciocalteu比色法［6］。

（1）福林试剂（FC试剂）的配制：参照文献［7］进行。

（2）多酚标准曲线的绘制：称取没食子酸0.025 0g，用蒸馏水溶解并定容至1 000mL，得浓度为0.025mg/mL的标准液。准确吸取0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5，4.0，5.0，6.0mL置于25mL的棕色容量瓶中，分别加入FC试剂1.0mL，混匀，在0.5～8min内加入15%的 Na2CO3溶液4mL，充分混合后定容，30℃避光放置1h，以不加标准液的溶液为空白对照，在765nm波长下测定吸光值，每个样品平行测定3次。以没食子酸在反应体系中的质量浓度为横坐标，吸光度值为纵坐标，绘制标准曲线，所得标准曲线方程为y＝94.352 9x＋0.033，R2＝0.999 3。

（3）石榴皮多酚得率的计算：将石榴皮提取液定容至一定体积后，取1mL置于25mL的棕色容量瓶中，按1.2.1（2）标准曲线制作方法测定样品反应液在765nm波长下测其吸光值，用回归方程计算多酚含量。多酚得率按式（1）计算：

1.2.2 石榴皮多酚提取的工艺流程

新鲜石榴皮→干燥→粉碎→过筛（60目）→超声波辅助提取→过滤→减压蒸馏浓缩→离心（2 500r/min，10min）→定容→测定多酚得率

1.2.3 提取方法和提取溶剂的选择 分别以体积分数为60%的甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯溶液作为提取溶剂，采用浸提法（时间1h，温度40℃，料液比 （m∶V）1∶20）和超声波辅助提取法（时间30min，温度40℃，料液比 （m∶V）1∶20，功率360W，频率42kHz）进行试验，考察采用不同溶剂、不同提取方法对石榴皮多酚得率的影响。

1.2.4 石榴皮多酚提取工艺的优化 以乙醇浓度、料液比、提取时间、超声波功率4因素为考察因子，多酚提取率为评价指标，采用二次通用旋转回归（1/2实施）设计优化石榴皮多酚的提取工艺。

2 结果与分析

2.1 提取方法及提取溶剂的选择

由图1可知，采用所选溶剂，超声波辅助提取的效果优于溶剂浸提法。这是由于超声波使液体发生空化作用，物料周围空穴的形成、增大和闭合会产生极大的冲击波和剪切力，使细胞破碎，增加有效成分的溶出速度和数量，从而提高有效成分的浸提率和缩短浸提时间［8－9］。两种提取方法对多酚提取效果均为丙酮＞甲醇＞乙醇＞乙酸乙酯。在60%丙酮溶液中采用超声波辅助提取多酚得率最高；其次是60%甲醇溶液；再次为60%乙醇溶液。考虑价格和安全性因素，选择乙醇为提取溶剂。以下试验均采用超声波辅助提取法。

图1 不同溶剂对多酚得率的影响Figure 1 Effects of different solvents extraction on polyphenol yield

2.2 二次通用旋转回归组合设计试验结果

2.2.1 四元二次回归方程的建立与检验 通过预试验确定各因素的水平取值（见表1）。二次通用旋转回归组合设计试验及结果见表2。

表1 试验设计因素水平†Table 1 Factors and levels of the experiment

通过DPS V6.50软件对上述结果进行多元回归拟合计算各项回归系数，得到石榴皮多酚得率与乙醇浓度、料液比、超声时间、超声波功率4因子的数学回归模型（式（2））：

对模型方程中的多项式进行显著性分析，结果如表3所示。

表2 二次通用旋转回归组合设计试验及结果Table 2 Design and results of quadric regression orthogonal rotational experiment

表3 试验结果方差分析†Table 3 Variance analysis of experimental results

由表3可知：回归方程的失拟性检验F1＝5.240＜F0.05（2，3）＝9.55不显著，可以认为所选用的二次回归模型是适当的，回归方程的显著性检验F2＝10.932＞F0.01（14，5）＝9.77极显著，说明模型的预测值与实际值吻合性良好，模型成立。对回归系数显著性检验：在α＝0.05显著水平剔除回归方程中不显著项后得到优化后的方程：

从方差分析表中各回归系数的显著水平P可以看出，乙醇浓度（X1），料液比（X2），超声时间（X3），超声波功率（X4），对提取石榴皮多酚得率在α＝0.05水平显著。各个因素对石榴皮多酚得率提取影响大小顺序为：超声波功率＞料液比＞超声时间＞乙醇浓度。

石榴皮多酚得率与乙醇浓度、料液比、超声时间及超声波功率的相关指数R2＝回归平方和/总平方和＝96.83，表明该数学模型4个因素对得率的影响占96.83%，而其它因素的影响和误差占3.17%。

2.2.2 各单因素对提取率的影响 由回归系数显著性检验结果可知，各参试因素对石榴皮多酚得率均有显著影响。采用降维分析法，对各参试因素进行单因子效应影响分析见图2。

图2 各因素对多酚得率的影响Figure 2 Effects of every factor on polyphenols yield

将其它因素定在零水平上，各单因素对石榴皮多酚得率影响程度各有不同。超声波功率对石榴皮多酚得率提影响最大，其次是料液比和超声时间，而乙醇浓度对石榴皮多酚得率影响最小。石榴皮多酚得率随着各因素的变化均呈现先升高后降低的趋势。

2.2.3 双因素交互作用分析 运用surfer 8作图软件，依据各因素X1、X2、X3、X4对其响应值（Y）所构成的三维空间的曲面图，可反映各因素对其响应值的影响。本试验所建立的模型中X1X2（乙醇浓度与料液比）、X3X4（超声时间与超声波功率）两交互项达显著水平，固定两个因素在0水平上，研究另两个因素间的交互作用，根据所作的三维空间曲面图，分析乙醇浓度与料液比、超声时间与超声波功率交互作用对石榴皮多酚得率的影响。

由图3可知，在试验范围内随着乙醇浓度的增大石榴皮多酚得率先增后减，最优的乙醇浓度范围应在－1.5～－0.5水平（实际值乙醇浓度在45%～55%）之间；石榴皮多酚得率随着料液比的增加而增加，最优的料液比范围应在0.5～1.5水平（实际值1∶22.5～1∶27.5）之间。

图3 乙醇浓度（X1）与料液比（X2）交互作用响应面和等高线图Figure 3 Response surface plots and coutour plots of flavonoids yield as a function of ethanol concentration（%）and Solid－Liquid Ratio（mL/g）obtained from reduced codified model

由图4可知，石榴皮多酚得率随着超声时间与超声波功率增加呈先增后减的趋势。最优的超声时间范围应在0～0.5水平（实际值30～35min）之间；最优超声波功率范围应在0～0.5水平（实际值360～380W）之间。

2.2.4 超声波辅助提取工艺参数优化及验证试验 试验表明，X在－1.682～1.682范围内，每个影响因子对于石榴皮多酚得率都有一个最佳稳定的条件，因此，可以在试验范围内寻找到最优点，得到乙醇浓度50%（－1水平）、料液比1∶25（1水平）、超声时间30min（0水平）、超声波功率360W （0水平）。此时，模型预测的最高石榴皮多酚得率为21.45%。

对该优化条件进行试验验证，在最佳的工艺条件下进行5组平行试验，所得石榴皮多酚得率平均值为（21.22±0.06）%，与回归方程所得到的预测值接近。由此表明，试验中所设模型与实际情况基本一致，回归模型可靠。

3 结论

采用二次通用旋转回归组合设计方法研究了乙醇浓度、料液比、超声时间、超声波功率对石榴皮多酚得率的影响，建立了石榴皮多酚提取条件的优化数学模型。所得回归方程与实际情况拟合良好。

图4 超声时间（X3）与超声波功率（X4）交互作用响应面图和等高线图Figure 4 Response surface plots and coutour plots of flavonoids yield as a function of ultrasonic treating time（min）and ultrasonic power（W）obtained from reduced codified model

石榴皮多酚提取的最佳工艺参数为：溶剂为乙醇浓度50%，料液比（m∶V）1∶25，超声时间30min，超声波功率360W。该条件下，石榴皮多酚得率达到（21.22±0.06）%。

1 李志洲.微波辅助提取石榴叶中多酚类物质的工艺［J］.食品与机械，2009，25（4）：72～75.

2 尹燕雷，任建辉，何天明，等.新疆的石榴栽培状况［J］.落叶果树，2006（6）：15～16.

3 刘文江.新疆石榴（Punica L.）资源及其开发利用［J］.干旱区研究，2007，24（2）：219～222.

4 曾献，袁英姿，曹清明，等.油茶籽多酚的提取研究［J］.食品与机械，2008，24（4）：69～72.

5 宋薇薇，焦士蓉，周佳，等.石榴果皮多酚的微波辅助提取及提取物抗氧化与抑菌作用研究［J］.现代食品科技，2008，24（l）：23～27.

6 Singleton V L，Rossi J A.Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic－phosphotungstic acid reagents［J］.Am.J.E－nol.Vitic.，1965（16）：144～158.

7 国家药典委员会.中华人民共和国药典2005版（第二部）［S］.北京：化学工业出版社，2005：1 113.

8 屈平，胡传荣.超声波辅助提取苦荆茶中多酚类物质的研究［J］.食品与机械，2007，23（2）：15～17.

9 于亚莉，高峰，刘静波，等.超声波法提取花生壳中多酚类物质的研究［J］.食品科学，2007，28（11）：257～260.

Study on extraction technology of polyphenol from Xinjiang pomegranate peel

WANG Hua－bin BAO Xiao－wei HANHai－xia ZHANG Rui－tingFU Li

（College of Food Sciences and Pharmaceutical Sciences，Xinjiang Agricultural University，Urumqi，Xinjiang830052，China）

The experiment of ultrasonic－assisted extraction of polyphenols from Xinjiang pomegranate peel was conducted by the quadratic general rotation combination design.The four parameters which were ethanol concentration，solid－liquid ratio，ultrasonic treating time and ultrasonic power were researched for higher yield of polyphenol.The optimum extraction conditions were that the concentration of ethanol 50%，the ratio of solid to liquid（m∶V）1∶25，the time of extraction 30min，the ultrasonic power 360W.Under the above mentioned conditions，the polyphenols yield of pomegranate peel can reach（21.22±0.06）%.

pomegranate peel；polyphenol；ultrasonic－assisted extraction；the quadratic general rotation combination design

10.3969 /j.issn.1003－5788.2010.05.040

国家“十一五”科技支撑计划项目资助（编号：2007BAD36B04）

王华斌（1979－），男，新疆农业大学在读硕士研究生。E－mail：huaxue77＠sina.cn

傅力

2010－05－20