超高压法提取山杏多酚工艺优化

2018-10-17付婷婷李尊强张学义么宏伟赵凤臣韩书昌吴洪军谢晨阳

中国林副特产 2018年5期

付婷婷，李尊强，张学义，么宏伟，赵凤臣，韩书昌，吴洪军*，谢晨阳

(1.黑龙江省林副特产研究所，牡丹江 157011；2.黑龙江省烟草公司烟草科学研究所，哈尔滨 150000)

山杏[Armeniacasibirica(L.) Lam]，为蔷薇科杏属，原产我国及亚洲西部,是亚洲特有的生态经济型树种[1]；除此之外，山杏根系发达、不仅耐寒、耐旱，而且还耐瘠薄、耐高温,是营造水土保持林的优良植物材料和生态脆弱地区植被恢复的先锋树种[2]。

山杏有很多的功能，罗艳和刘梅[3]研究发现山杏可用作生物柴油原料，值得推广；史清华等人研究发现杏仁蛋白含有人体必需的8种氨基酸，具有较高的营养功能[4]；杏壳活性炭具有碘值高，质地坚硬，孔隙密度大、吸附能力强、比表面积高等优点，并且不含人体有害物质、可以再生和重复使用，是生产高档活性炭的优质原料[5]；苦杏仁还具有某些药用价值，有镇咳平喘[6]、辅助治疗癌症[7]、镇痛[8]等作用，且苦杏仁含有丰富的微量元素，其中防癌能力很强的硒含量为各类果仁之冠[9]。目前对于山杏资源的加工利用的产品比较少，仅有果核提取杏仁油、蛋白等成分，大部分果肉往往被丢弃，利用价值很低，山杏分布区域落果期可见漫山遍野的果肉废弃和腐烂，既浪费了大量的宝贵资源，同时又造成了一定的环境污染。因此，变废为宝，开发利用山杏果品资源，亦为本研究宗旨所在。

多酚是一种天然的还原剂，能有效阻止活性氧、氮的增加，调节机体内氧化剂和还原剂的稳态，有效防止或削弱生物大分子的氧化损伤，从而对氧化损伤导致的心血管病，癌症和衰老等慢性病起到预防作用[10]。超高压处理为近年来兴起的非热加工技术，此技术提取产物能耗低、杂质形成少、提取时间短，只破坏非共价键而共价键的活性成分不受破坏，故不单用于食品中的灭酶、灭菌工作，还可用于协同强化萃取[11-12]，其在食品中的应用越来越受到人们的重视。范金波[13]采用超高压法提取牛蒡根多酚，提取率高达10.7%，并且此多酚具有较强的抗氧化能力；杨小兰[14]用超高压法处理4种猕猴桃，结果显示超高压能显著提高猕猴桃浆多酚含量。

本研究以山杏为原料，通过考察料液比、乙醇浓度、反应压力对山杏多酚提取率的影响，采用Box-Behnken响应面分析法对其提取工艺条件进行优化，以期为山杏资源开发提供数据支撑。

1 实验材料

1.1 实验材料

山杏采自于牡丹江市北山周围，树龄超过5年，取8月份果实。洗净晾干冷冻保存备用。本试验所用试剂均为分析纯。

1.2 主要仪器

旋转蒸发仪RE-52A(上海亚荣生化仪器厂)；紫外可见分光光度计：U-3010，日本HITACHI株式会社；超高压食品处理装置HPP.L3-600/0.6型，天津华泰森淼生物工程公司。

2 方法

2.1 山杏多酚的提取

山杏洗净，去核，打浆，定量装袋，封口，超高压处理(按各步实验要求设置处理压力)10min，冷冻保存。

取10g样品果肉，浸泡在50mL 80%乙醇中，置于摇床中提取1h，提取完毕过滤，滤液在10000r/min下离心10min，取上清液。提取过程重复3次，合并滤液，旋转蒸发至体积为10mL。浓缩后的提取物储存于-20℃的冰箱中备用。

2.2 多酚含量的标准曲线绘制

多酚含量用福林酚法。准确称量25mg没食子酸，去离子水溶解并定容至25mL，以该没食子酸溶液为母液，依次配制成质量浓度分别为0、20、60、100、150、200、300、500μg/mL的梯度液。取标准溶液100μL与去离子水400μL于玻璃试管中，加福林酚试剂100μL，混匀，6min后加入7%Na2CO3溶液1mL和去离子水0.8mL，混匀后避光放置，90min后于760nm波长处测定吸光度。标准曲线方程：y=0.0042x+0.0178(R2=0.9981)。

2.3 样品多酚含量测定

准确吸取样液100μL，其余步骤同2.2。按公式计算样品多酚含量。

式中：W为多酚含量μg/mL，ρ为没食子酸质量浓度μg/mL，V为提取液体积mL，N为稀释倍数，100为样液体积mL。

2.4 单因素试验

以多酚提取率为衡量指标，分别研究料液比、乙醇浓度、反应压力3个因素对山杏多酚提取率的影响。

表1 单因素试验设计

2.5 响应面实验

根据单因素试验结果，设计3个因素进行3因素3水平的响应面实验，以多酚提取率为指标，确定最优提取工艺参数。

2.6 数据处理

每种实验重复3次取平均值，数据处理用Design-Expert8.0.0软件分析。

3 结果分析

3.1 超高压处理对山杏多酚提取率的影响

图1 超高压对山杏多酚提取率的影响

由图1可以看出，样液经超高压处理后，多酚的含量显著提高。常压提取的山杏多酚提取率为8.5%，经300MPa高压处理后多酚含量增至12.1%。

3.2 单因素试验结果

3.2.1 料液比对山杏多酚得率的影响

图2 料液比对山杏多酚得率的影响

由图2可知山杏多酚随着料液比的增加而增大，在料液比40mL/g时多酚得率最大，为9.01%，而后随着料液比的增大，多酚得率逐渐降低。因此选取最优提取料液比40mL/g。

3.2.2 乙醇浓度对山杏多酚得率的影响

图3 乙醇浓度对山杏多酚得率的影响

从图3可知，乙醇浓度分别为50%、60%、70%、80%、90%，多酚得率分别为5.7%、8.81%、10.32%、8.5%和6%。在乙醇浓度70%时多酚得率10.32%显著高于其他浓度。所以选取70%为最优乙醇浓度。

3.2.3 反应压力对山杏多酚得率的影响

图4 反应压力对山杏多酚得率的影响

由图4可知压力在100～300MPa范围内，多酚得率与反应压力呈正比。在300MPa时，多酚得率高达13.07%。而压力在300～500MPa时，多酚得率与反应压力呈反比。故选取300MPa。

3.3 响应面优化分析

3.3.1 响应面试验结果

根据单因素实验结果，筛选出3个山杏多酚得率最高的水平进行响应面分析，因素水平设置见表2。

表2 响应面设计因素水平

根据表3实验结果建立的响应值与各因子的二次回归拟合方程为：

Y=12.19-1.13A-1.54B+1.03C-0.48AB+0.21AC+0.49BC-3.86A2-2.95B2-2.02C2

表3 响应面设计与实验结果

3.3.2 响应面结果分析

为了检验方程的有效性，对其进行了回归模型方差分析，结果如表4所示。模型F值为17.07，P值0.0006<0.01，说明模型极显著；失拟项P值0.2487>0.05(差异不显著)，说明拟合的二次回归模型是适当的；模型的相关系数R2=0.9968表明实测值与预测值有高度的相关性；校正系数AdjR2=0.9898说明改模型能解释98.98%的响应值变化。由上述可知，该模型可靠，可以用该模型对山杏多酚提取进行分析和预测。此外，从表4还可看出一次项B，二次项A2、B2、C2对响应值影响极显著(P<0.01)；A、C对响应值影响显著(P<0.05)。通过比较F值可知，3因素对响应值的影响，大小顺序为乙醇浓度>料液比>反应压力。

表4 回归模型方差分析

注：“**”表示极显著水平(P<0.01)，“*”表示显著水平(P<0.05)。

3.3.3 响应面分析

图5 各两因素交互作用对多酚提取率的响应面和等高线

两因素交互作用的响应面及其等高线见图5。得率随料液比、乙醇浓度、反应压力的增大呈现出先增后降的趋势，说明3个因素在所选范围内能产生最佳的响应值，曲面的陡峭程度反映了处理条件对响应值的影响程度。

3.4 山杏多酚提取工艺条件的确定

利用Design-Expert软件对工艺条件进行优化分析，预测山杏多酚最佳提取条件为料液比39mL/g，乙醇浓度68%，反应压力322MPa，此时条件下提取山杏多酚的得率为12.55%。采用此工艺进行3次重复试验，得到山杏多酚的得率平均值为12.5358%，接近预测值，表明模型科学合理，具有实用价值。