马铃薯皮多酚类物质的超声波提取工艺研究

曹艳萍，李 霄，薛成虎，代宏哲

(1.西北政法大学 公安学院，陕西 西安 710063;2.榆林学院 化学与化工学院，陕西 榆林 719000)

马铃薯块茎中的总酚含量以干重计在0.1% ～0.3%之间，且主要存在于马铃薯的皮和皮层之间，约有50%存在于皮及邻近的组织中［1］。马铃薯皮是马铃薯深加工的副产品。在马铃薯食品及马铃薯深加工产品如淀粉等的生产过程中，会产生大量的马铃薯皮渣，近年来有用于制沼气、饲料等研究的报道，但多数作为废弃物被丢掉，造成浪费和环境污染。多酚化合物具有抗癌、抗血糖症等保健作用以及抗氧化作用［2］。历经几十年的研究与开发，富含多酚类物质的植物提取物已广泛应用于食品、药品、化妆品等领域。马铃薯多酚类物质是其重要的次生代谢产物，具有极强的抗氧化能力。但目前国内有关马铃薯中酚类物质研究的报道较少，本论文以马铃薯皮为原料，探索马铃薯皮中多酚类物质的超声波辅助提取工艺。旨在为马铃薯的深度开发提供依据。

1 材料、试剂与仪器

1.1 实验材料与试剂

材料:经处理的马铃薯薯皮及马铃薯块茎中心薯肉样品。马铃薯为榆林市售。

试剂:没食子酸标准品(纯度≥99%，购于中国药品生物制品检定所)，其余试剂均为国产分析纯，购于西安化学试剂厂。

1.2 主要实验仪器

722S可见分光光度计(上海菁华科技仪器有限公司)、JP300型超声波提取器(武汉嘉鹏电子有限公司)、RE－52A旋转蒸发器(上海亚荣生化仪器厂)、SHZ－D(Ⅲ)、循环水式真空泵(巩义市予华仪器有限责任公司)、LGJ－18C普通型冷冻干燥机(北京四环科学仪器厂有限公司)。

2 实验方法

2.1 原料的处理

将外表无褐变的马铃薯清洗干净，去除表面水分，削皮，厚度约3～4 mm，沸水中热烫5 min灭酶，干燥后粉碎过60目筛，密封备用［3］。取马铃薯中心组织部分做同样处理。

2.2 总酚的提取

分别采用常温冷浸、回流、索氏、超声、冷浸后超声提取等不同方法对马铃薯多酚类物质进行提取比较，结果表明冷浸后超声提取效果最佳，本文采用冷浸后超声提取的方法，对其工艺条件进行优化选择。

提取工艺

被测干样品→固液混合→浸泡→超声辅助提取→真空浓缩→冷冻干燥→多酚提取物

2.3 总酚的测定F－C法

2.3.1 标准曲线的制作

根据文献［4］配置F－C显色剂和没食子酸标准溶液;选择最大吸收峰波长;制作标准曲线，得回归方程。

2.3.2 样品总酚含量的测定

将多酚提取物用蒸馏水溶解，并稀释定容于25 mL容量瓶中，吸取0.5 mL该待测样液，加入2.5 mL F－C显色剂，充分振荡后静置3～4 min，再分别加入2.5 mL 10%碳酸钠溶液，用蒸馏水定容至50 mL，摇匀置于25℃恒温水。浴中反应1 h，充分冷却后，以空白试剂为对照，在最大波长下测定吸光度，根据回归方程计算总酚含量［5］。

2.4 单因素试验

采用单因素轮换法，分别对影响马铃薯中总多酚提取率的主要因素，提取溶剂、溶剂的浓度、溶剂的酸度、料液比、超声时间、提取次数进行选择。

2.5 正交试验

在单因素试验基础上，以提取溶剂的浓度、料液比、超声提取时间、提取次数为试验因素，以总酚含量为考察指标，选用L9(34)正交表设计，按“2.2”项及“2.3.2”项下操作，统计试验结果。

2.6 粗品的制备

分别称取烘至恒重的马铃薯薯皮、马铃薯中心组织部分样品干粉各200 g，在最优提取工艺条件下，按“2.2”项下进行操作，得粗品，称重，计算得率。并按“2.3.2”项下操作测定总酚含量。

3 结果与分析

3.1 没食子酸标准曲线

按“2.3.1”项下进行操作，得没食子酸最大吸收峰波长779 nm，回归方程为:A=133.21c+0.0661，相关系数为 R2=0.9985。溶液在 0.001 ～0.007 mg/mL浓度范围内，呈现良好线性关系。

3.2 单因素试验

3.2.1 提取剂的选择

分别采用蒸馏水、丙酮、乙酸乙酯、75%的乙醇对马铃薯皮多酚类物质进行提取，经722S可见分光光度计在波长为779 nm下测提取液的吸光度(A)，所得总酚含量结果如图1所示。研究结果表明:四种提取剂所得总酚含量各不相同，以采用75%的乙醇溶液提取的结果较好。因此，以下实验均采用乙醇进行提取。

图1 不同提取剂所得总酚含量

3.2.2 乙醇浓度的选择

图2为乙醇浓度对马铃薯皮中多酚提取率的影响。结果表明:在4种乙醇不同质量分数条件下所得的总酚含量相差较为明显，在较低浓度下总酚含量随浓度的升高而升高，在质量分数为55%时达到最大值。之后随着浓度的升高总酚含量反而下降，因此，本实验选质量分数为55%的乙醇作为单因素试验的溶剂，并选定乙醇质量分数为45%、55%、65%作为正交实验的水平因素。

图2 乙醇体积分数对多酚提取率的影响

图3 超声波提取时间对多酚提取率的影响

3.2.3 提取时间的选择

图3为超声波辅助提取时间对马铃薯皮中多酚提取率的影响。结果表明:马铃薯皮中多酚类物质的提取得率在超声20 min时达到最高，但随着时间的延长，多酚提取得率又有所下降。这可能是由于酚类物质本身的还原性使多酚氧化，在氧气及光照条件下，随着浸提时间的增长，多酚提取得率先增加后减少。因此，本实验选20 min作为单因素试验的溶剂，并选定提取时间在10 min、15 min、20 min作为正交实验的三个水平。

3.2.4 料液比的选择

图4为不同料液比对马铃薯皮中多酚提取率的影响。结果显示:随着料液比的增加，乙醇水混合体系对马铃薯皮中多酚类物质的提取得率呈上升趋势。但当料液比达到1∶15时，多酚得率达到最高，之后随着料液比的增加，多酚得率又有减小的趋势，这可能是由于随着料液比的增加，其他醇溶性成分溶出，从而使得率下降。同时，料液比过大也会造成溶剂和能源的浪费，并给后续工作造成困难。因此，本实验选取1∶15作为单因素试验的溶剂，并选定料液比在 1∶10、1∶15、1∶20 时作为正交实验的水平。

图4 料液比对多酚提取率的影响

图5 提取次数对多酚提取率的影响

3.2.5 提取次数的选择

图5为提取次数对马铃薯皮中多酚提取率的影响。结果表明:马铃薯中酚类物质的提取得率随着提取次数的增加而增加，经3次提取后其提取得率趋于定值。表明用乙醇水混合液对马铃薯多酚经3次提取后多酚已基本提出。在第一次浸提时，马铃薯组织内外多酚浓度达到扩散平衡后，组织中的多酚不再外渗，更换浸提液后，再次达到平衡，从而降低马铃薯组织液中多酚的浓度，提高了提取得率;但继续增加浸提次数，多酚得率不再增加。同时，提取次数过多也会造成溶剂和能源的浪费，并给后续工作造成困难。因此，本实验选定提取次数在1、2、3次作为正交实验的水平。

3.2.6 pH 值的选择

图6为pH值对马铃薯皮中多酚提取结果的影响。结果显示:随着pH值的增加，多酚得率逐渐降低，但其中未调pH值的乙醇水混合体系对多酚的提取率达到最高。因此，在下面的正交实验中，我们不考虑pH值对多酚得率的影响。

图6 pH值对多酚提取率的影响

3.3 正交实验

根据单因素试验结果，分别选择乙醇浓度、料液比、提取时间以及提取次数为考察因素，以总酚得率为考察指标，选用L9(34)正交表设计，因素、水平见表1，L9(34)正交试验设计、实验结果及和差分析见表2，方差分析见表3。

表1 L9(34)正交试验的因素与水平

表2 L9(34)正交试验设计及结果(n=3)试验号 A B C D 总酚含量mg/g

表3 方差分析

从表2及表3的结果可知，在所选因素水平下，4种因素的最佳组合为A2B1C3D3，即:乙醇浓度为55%，料液比为1∶10，超声波辅助提取3次，每次提取时间为20 min。在该组合条件下进行提取，测得提取液总酚含量:马铃薯皮中3.29 mg/g，马铃薯块茎中心组织部分1.2 mg/g。提取物经冷冻干燥得马铃薯皮多酚提取物粉末，其产率为1.3%。

通过极差及方差分析可知，各试验因素及因素水平对总酚提取率的影响不完全相同，顺序为D＞C＞A＞B，即:提取次数＞提取时间＞乙醇浓度＞料液比。在所选水平范围内提取次数对提取效果的影响显著。

4 结论

(1)不同因素对提取效果的影响依次为:提取次数、提取时间、乙醇浓度、料液比。其中提取次数对提取率影响显著。

(2)超声波辅助提取马铃薯多酚类物质的最佳提取工艺条件为:乙醇体积分数为55%，料液比为1∶10，超声波辅助提取3次，每次20 min。

(3)以优化工艺提取的马铃薯皮多酚粗品得率为 1.3%。

(4)马铃薯中的多酚物质主要存在于马铃薯的皮和皮层之间，越靠近块茎的中心，浓度越低。

［1］吴文标，盛德贤，吕世安，等.马铃薯酚类化合物的研究［J］.中国马铃薯，2001，15(3):158 －161.

［2］郭新竹，宁正祥.天然酚类化合物及其保健作用［J］.食品工业，2002，(3):28 －29.

［3］娄在祥，王洪新，陈尚未，等.牛蒡叶多酚的超声波辅助提取及其抗氧化活性、成分分析研究［J］.食品工业科技，2010，31(8):261 －264.

［4］曹艳萍，代宏哲，曹炜，等.Folin－Ciocaileu比色法测定红枣总酚［J］.安徽农业科学，2008，36(4):1299 －1302.