槟榔花水浸物有效成分提取工艺优化

李 梁 吉建邦 康效宁

LI Liang 1，2 JI Jian－bang 2 KANG Xiao－ning 2

（1.海南大学食品学院，海南 海口 570228；2.海南省农业科学院农产品加工设计研究所，海南 海口 571100）

（1.College of Food，Hainan University，Haikou，Hainan 570228，China；2.Institute of Processing ＆ Design of Agroproducts，Hainan Academy of Agricultural Sciences，Haikou，Hainan 571100，China）

槟榔 （Areca catechu L.）为棕榈科槟榔属的多年生常绿乔木［1］。槟榔果中含有多种有益成分，包括槟榔油、生物碱、多酚、氨基酸等［2－6］。槟榔花自古以来就是海南人民极为推崇的食疗珍材，在药学典籍［7］中记载：“槟榔花气味芳香，调节免疫系统，促进人体代谢，且具有保健功效”。大量研究［8－12］证实，槟榔花有去痰生津、降血脂、驱除疲劳、清除自由基等功效。

当前，市售槟榔花茶需煮制后饮用，炒制和煮制工艺对槟榔花有效成分造成大量损失，且研究者只对槟榔花的功效进行了基础研究，对应用研究较少。因此，本试验为了减少槟榔花在加工过程中有效成分损失问题，拟通过单因素试验及响应面分析，优化槟榔花中槟榔碱、游离氨基酸、槟榔多酚的水浸提工艺，为槟榔花茶饮料的研制提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

槟榔花：槟榔花雌雄同株，采自海南省定安县；

磷酸二氢钾、十二水合磷酸氢二钠：分析纯，西陇化工股份有限公司；

茚三酮、浓硫酸：分析纯，国药集团化学试剂有限公司；

乙醚、无水硫酸钠、氢氧化钠、氨水、二水合氯化亚锡、甲醇：分析纯，广州化学试剂厂；

香草醛：分析纯，阿拉丁试剂（中国）有限公司；

浓盐酸：分析纯，天津大众试剂研发中心；

L－谷氨酸：分析纯，北京索莱宝科技有限公司；

（＋）－儿茶素：分析纯，中国食品药品检定研究院。

1.2 仪器与设备

电子天平：CPA225D型，赛多利斯集团；

可见光分光光度计：723C型，上海欣茂仪器有限公司；

数显恒温水浴锅：HH－4型，金坛市鸿科仪器厂；

料理机：JYL－C012型，九阳股份有限公司；

电磁灶：C21－SH2131型，美的电器有限公司；

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

鲜槟榔花→破碎→称量→浸提→过滤→取滤液→冷却→槟榔花浸提液

1.3.2 单因素试验设计

（1）料液比对槟榔花浸出物含量的影响：在浸提时间20 min、浸提温度60℃的条件下，分别以1∶30，1∶50，1∶70，1∶90（m∶V）的料液比进行提取试验，考察不同料液比对槟榔碱、槟榔多酚和游离氨基酸浸出量的影响。

（2）浸提时间对槟榔花浸出物含量的影响：在料液比1∶30（m∶V），浸提温度60℃的条件下，分别以10，20，30，40，50 min的浸提时间进行提取试验，考察不同浸提时间对槟榔碱、槟榔多酚和游离氨基酸浸出量的影响。

（3）浸提温度对槟榔花浸出物含量的影响：在料液比1∶30（m∶V），浸提时间20 min的条件下，分别以50，60，70，80，90℃的浸提温度进行提取试验，考察不同浸提温度对槟榔碱、槟榔多酚和游离氨基酸浸出量的影响。

1.3.3 工艺优化 在单因素试验的基础上，确定Box－Benhnken设计的自变量，分别以浸提液中槟榔碱（R1）、槟榔多酚（R2）、游离氨基酸（R3）含量为响应值，通过响应面分析（RSA）获得最佳浸提工艺参数。

1.3.4 理化分析方法

（1）槟榔碱测定方法：采用酸碱回滴定法［13］。

（2）槟榔多酚测定方法：采用香草醛－盐酸法［14］。

（3）游离氨基酸测定方法：按GB 8314－2002《茶游离氨基酸总量测定》执行。

2 结果与分析

2.1 响应面法优化槟榔花浸提工艺参数试验分析

2.1.1 槟榔碱回归方程建立与分析 根据单因素试验结果，运用Box－Benhnken中心组合设计方法，选择料液比、浸提时间、浸提温度3个因素，采用三因素三水平的响应面分析方法优化槟榔花有效成分的浸提工艺。试验设计与水平因素见表1，试验方案及结果见表2。

表1 Box－Benhnken试验设计因素水平Table 1 Factors and levels of Box－Benhnken experiment design

以槟榔碱浸提量为响应值，运用Design Expert软件对槟榔花浸提液中槟榔碱浸提量进行分析，结果见表3，得到回归方程：

由表3可知，模型P＝0.004 1＜0.01，说明此模型已达极显著水平；失拟项P＞0.05，结果差异不显著，即无其他因素显著影响，模型合适；决定系数R2＝0.921 4，说明响应值槟榔碱测定值与预测值之间拟合良好，校正系数R＝0.820 3，说明模型能解释82.03%响应值的变化。

表2 Box－Benhnken试验设计及结果Table 2 Designs and results of Box－Benhnken experimental

表3 槟榔碱方差分析Table 3 Variance analysis for the extraction of arecoline

表3 槟榔碱方差分析Table 3 Variance analysis for the extraction of arecoline

R 2 ＝0.921 4，R 2Adj＝0.820 3。

项目 平方和 自由度 均方 F值 P值模型 3.940 000 9 0.440 000 9.120 0 0.004 1A 0.007 940 1 0.007 940 0.170 0 0.696 5 B 0.190 000 1 0.190 000 3.890 0 0.089 1 C 0.330 000 1 0.330 000 6.920 0 0.033 9 AB 0.034 000 1 0.034 000 0.710 0 0.427 7 AC 0.000 380 1 0.000 380 0.007 9 0.931 6 BC 0.240 000 1 0.240 000 4.900 0 0.062 5 A 2 1.560 000 1 1.560 000 32.510 0 0.000 7 B2 1.020 000 1 1.020 000 21.240 0 0.002 5 C2 0.270 000 1 0.270 000 5.690 0 0.048 5残差 0.340 000 7 0.048 000失拟项 0.140 000 3 0.047 000 0.960 0 0.493 9净误差 0.200 000 4 0.049 000总和 4.280 000 16

图1～3是料液比、浸提时间和浸提温度对槟榔碱浸提量的响应面分析图。图像以及回归方程各项方差分析结果表明，料液比、浸提时间和浸提温度对槟榔碱浸提量的影响顺序为浸提温度＞浸提时间＞料液比。根据软件分析，拟合后的最佳浸提条件为料液比1∶50.4（m∶V），浸提时间20.3 min，浸提温度74.5℃。经过3次重复验证实验，在最佳工艺条件下，测得槟榔碱平均含量为3.154 mg／g，接近理论预测值3.263 mg／g。

图1 浸提时间和料液比对槟榔碱浸提的影响Figure 1 Effect of extraction time and ratio of water to material on extraction of arecoline

图2 浸提温度和料液比对槟榔碱浸提的影响Figure 2 Effect of water temperature and ratio of water to material on extraction of arecoline

图3 浸提温度和浸提时间对槟榔碱浸提的影响Figure 3 Effect of water temperature and extraction time on extraction of arecoline

2.1.2 槟榔多酚回归方程建立与分析 以槟榔多酚浸提量为响应值，运用Design Expert软件对槟榔花浸提液中槟榔多酚浸提量进行分析，结果见表4，得到回归方程：

表4 槟榔多酚方差分析Table 4 Variance analysis for the extraction of areca polyphenols

表4 槟榔多酚方差分析Table 4 Variance analysis for the extraction of areca polyphenols

R 2 ＝0.958 0，R＝0.904 0。

项目 平方和 自由度 均方 F值 P值模型 2.080 579 9 0.231 175 17.750 0 0.000 5A 0.097 240 1 0.097 241 7.466 3 0.029 2 B 0.055 778 1 0.055 778 4.282 7 0.077 3 C 0.113 288 1 0.113 288 8.698 4 0.021 4 AB 0.005 700 1 0.005 700 0.437 7 0.529 4 AC 0.000 072 1 0.000 072 0.005 5 0.942 7 BC 0.000 002 1 0.000 002 0.000 1 0.996 6 A 2 0.084 871 1 0.084 871 6.516 5 0.038 0 B2 0.291 183 1 0.291 183 22.357 4 0.002 1 C2 1.299 168 1 1.299 168 99.752 1 ＜0.000 1残差 0.091 170 7 0.013 024失拟项 0.029 750 3 0.009 915 0.645 7 0.625 3净误差 0.061 420 4 0.015 356总离差 2.171 750 16

由表4可知，模型P＝0.000 5＜0.01，说明此模型已达极显著水平；失拟项P＞0.05，结果差异不显著，即无其他因素显著影响，模型合适；决定系数R2＝0.958 0，说明响应值槟榔多酚测定值与预测值之间拟合良好，校正系数R＝0.904 0，说明模型能解释90.40%的响应值变化。

图4～6是料液比、浸提时间和浸提温度3个因素作用对槟榔多酚浸提量影响的响应面分析图。图像以及回归方程各项方差分析结果表明，料液比、浸提时间和浸提温度对槟榔多酚浸提量的影响顺序为浸提温度＞料液比＞浸提时间。根据软件分析，拟合后的最佳浸提条件为料液比1∶44.4（m∶V），浸提时间20.7 min，浸提温度81.6℃。经过3次重复验证实验，在最佳工艺条件下，测得槟榔多酚平均含量为1.113 mg／g，接近理论预测值1.103 mg／g。

图4 浸提时间和料液比对槟榔多酚浸提的影响Figure 4 Effect of extraction time and ratio of water to material on extraction of areca polyphenols

2.1.3 游离氨基酸响应面分析 以游离氨基酸为响应值，运用Design Expert软件对槟榔花浸提液中游离氨基酸浸提量进行分析，结果见表5，得到回归方程：

由表5可知，模型P＝0.000 1＜0.01，说明此模型已达极显著水平；失拟项P＞0.05，结果差异不显著，即无其他因素显著影响，模型合适；决定系数R2＝0.968 9，说明响应值游离氨基酸测定值与预测值之间拟合良好，校正系数R＝0.928 9，说明模型能反应92.89%的响应值变化。

图5 浸提温度和料液比对槟榔多酚浸提的影响Figure 5 Effect of water temperature and ratio of water to material on extraction of areca polyphenols

图6 浸提温度和浸提时间对槟榔多酚浸提的影响Figure 6 Effect of water temperature and extraction time on extraction of areca polyphenols

图7～9是料液比、浸提时间和浸提温度3个因素作用对游离氨基酸浸提量影响的响应面分析图。图像以及回归方程各项方差分析结果表明，料液比、浸提时间和浸提温度对游离氨基酸浸提量的影响顺序为料液比＞浸提时间＞浸提温度。根据软件分析，拟合后游离氨基酸的最佳浸提工艺为料液比1∶65（m∶V），浸提时间19.2 min，浸提温度78.7℃。经过3次重复验证实验，在最佳工艺条件下，测得游离氨基酸平均含量为0.234 mg／g，接近理论预测值0.236 mg／g。

表5 游离氨基酸方差分析Table 5 Variance analysis for the extraction of free amino acids

表5 游离氨基酸方差分析Table 5 Variance analysis for the extraction of free amino acids

R 2 ＝0.968 9，R＝0.928 9。

项目 平方和 自由度 均方 F值 P值模型 0.004 000 9 0.000 484 24.232 2 0.000 2A 0.001 000 1 0.000 787 39.418 7 0.000 4 B 0.001 000 1 0.000 614 30.772 7 0.000 9 C 0.000 058 1 0.000 058 2.911 8 0.131 7 AB 0.001 000 1 0.000 598 29.944 8 0.000 9 AC 0.000 002 1 0.000 001 0.099 0 0.762 1 BC 0.000 002 1 0.000 002 0.104 2 0.756 2 A 2 0.000 048 1 0.000 048 2.385 0 0.166 4 B2 0.001 000 1 0.000 482 24.153 5 0.001 7 C2 0.001 000 1 0.001 605 80.351 7 ＜0.000 1残差 0.000 140 7 0.000 020失拟项 0.000 110 3 0.000 036 4.519 4 0.089 6净误差 0.000 030 4总离差 0.004 500 16

图7 浸提时间和料液比对游离氨基酸浸提的影响Figure 7 Effect of extraction time and ratio of water to material on extraction of free amino acids

图8 浸提温度和料液比对游离氨基酸浸提的影响Figure 8 Effect of water temperature and ratio of water to material on extraction of free amino acids

图9 浸提温度和浸提时间对游离氨基酸浸提的影响Figure 9 Effect of water temperature and extraction time on extraction of free amino acids

2.2 综合优化分析

为了使槟榔花充分浸提，营养成分尽可能大量析出，根据Design Expert 8.05分析，在料液比1∶50.9（m∶V），浸提时间21.1 min，浸提温度79.7℃条件下，浸提液中槟榔碱、槟榔多酚和游离氨基酸可同时取得较大值，其模型预测浸提液中槟榔碱3.235 mg／g、槟榔多酚1.067 mg／g、游离氨基酸0.231 mg／g。在此浸提参数条件下进行的3次重复验证实验，测得槟榔碱、槟榔多酚和游离氨基酸平均含量为3.226，1.073，0.228 mg／g，与模型预测值比较，试验结果与模型预测结果差异较小，说明了试验分析得到的数据是科学可靠的。由于浸提参数过于精确，为便于后续操作，最终确定槟榔花水浸提参数为料液比1∶50（m∶V），浸提时间21 min，浸提温度80℃。

3 结论

本试验以槟榔花水浸出物中槟榔碱、槟榔多酚、游离氨基酸含量为评价指标，对槟榔花有效成分提取工艺进行优化。结果表明，其最佳工艺条件为料液比1∶50（m∶V），浸提时间21 min，浸提温度80℃。此条件下，水浸提槟榔花得到槟榔碱、槟榔多酚和游离氨基酸平均含量为3.226，1.073，0.228 mg／g。

按本试验最优工艺制备的提取液富含槟榔碱、槟榔多酚、游离氨基酸等物质，营养丰富，而且该工艺对设备要求低、工艺简单且提取时间短，适合工业化生产，具有推广应用潜力。

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