石榴皮多酚超声波-微波协同提取技术

刘焕云，王艳哲，姚楚轩

(河北经贸大学 生物科学与工程学院，石家庄 050061)

石榴果皮为石榴鲜食及加工过程中的主要副产物，约占鲜果重的40%左右，多数被丢弃，仅有少量晒干作为药用[1]。国内外研究表明石榴皮富含多酚、黄酮、生物碱等活性物质[2-4]，具有抗氧化、抗癌防癌、保护心脑血管和润肤美容等多种生理和药理活性，可广泛用于食品加工、医药等领域。李颖等[5]研究发现石榴皮提取物能有效抑制生猪肉饼冷藏过程中的脂肪氧化和蛋白氧化，谢贞建等[6]研究表明它对大豆油有很好的抗氧化效果，作为天然抗氧化剂效果均优于丁基羟基茴香醚；多酚提取物用于肉制品的防腐保鲜，效果较好[7-8]，且可作为亚硝酸盐清除剂，用于发酵蔬菜和添加亚硝酸盐作为发色剂的肉制品加工[9-11]。提取石榴皮多酚传统的溶剂萃取法及酶法较为成熟，但存在资源消耗大、产率低等问题。近年来采用的超高压萃取法和超临界流体萃取法具有高效、快速、无污染等特点，但工业化生产还不成熟，超声波和微波辅助提取技术具有各自优点和不足，将二者有机地结合起来可实现优势互补。目前关于石榴皮多酚的超声波-微波协同提取技术尚未见报道。本文选用超声波-微波协同技术提取石榴皮中多酚类物质，优化了其提取工艺参数，为石榴皮的进一步综合利用奠定了基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料及试剂

石榴皮：购自中药房，新疆吐鲁番产；洗净，于60 ℃烘干后粉碎并过60目筛，得石榴皮粉，干燥避光储存。

没食子酸标准品：中检所；酒石酸钾钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、硫酸亚铁、乙醇等：均为分析纯试剂；配制用水为二次蒸馏水。

1.1.2 主要仪器

XFB-1000新型密封式中药粉碎机 吉首市中诚制药机械厂；XH-3000A型电脑微波超声波组合萃取仪 北京祥鹄科技发展有限公司；723型分光光度计 上海光谱仪器有限公司；TDZ5-WS离心机 长沙湘智离心机仪器有限公司；BS-124S电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司；电热恒温干燥箱 上海一恒科技有限公司。

1.2 超声波-微波协同技术提取石榴皮多酚

1.2.1 工艺流程

石榴皮粉(过60目筛)→称量→室温下，用一定浓度乙醇溶液浸泡20 min→超声波-微波处理→离心→上清液→定容→移取→显色测定吸光度值→计算提取得率。

1.2.2 单因素及正交试验设计

称量石榴皮粉1.0 g(准确至±0.0001 g)，固定其他条件，分别探讨乙醇溶液浓度(40%～80%)、料液比(1∶10～1∶35，g/mL)、微波功率(50～450 W)、超声波功率(100～700 W)、提取时间(1～5 min)、提取次数(1～3次)对石榴皮多酚提取得率的影响(见表1)，各因素试验重复3次，取平均值。在此基础上采用L9(34)正交试验对超声波-微波协同技术提取石榴皮多酚工艺条件进行优化，其因素水平见表2，各试验重复2次，取平均值。

1.3 石榴皮提取物多酚含量的测定

采用刘焕云等[12]的方法对石榴皮提取液中多酚含量进行测定。

1.4 数据统计分析

采用DPS数据处理系统进行数据分析，多重比较用Duncan新复极差法进行，平均数差异显著性检验用独立样本T-test法进行，同一浓度下，与对照组相比，不标为差异不显著(P>0.05)，“*”表示差异显著(P<0.05)，“**”表示差异极显著(P<0.01)，重复数n=3。

2 结果与分析

2.1 石榴皮多酚提取的单因素试验结果

2.1.1 乙醇体积分数对多酚提取得率的影响

设定料液比为1∶20 (g/mL)，微波功率为100 W，超声波功率为100 W，提取时间为3 min，浸提次数为1次，研究不同乙醇体积分数对多酚提取得率的影响(见表1)。结果表明，在40%～60%范围内，石榴皮多酚得率随乙醇体积分数的升高而不断增大，继续增加至80%，多酚得率逐渐下降。这是因为乙醇体积分数不同，极性也不同，其含有的羟基能与多酚类物质中的酚羟基形成氢键，加大多酚类物质溶解程度不同所致[13]。

2.1.2 料液比对多酚提取得率的影响

设定乙醇体积分数为60%，微波功率为100 W，超声波功率为100 W，提取时间为3 min，浸提次数为1次，探讨不同料液比对多酚提取得率的影响(见表1)。结果表明，在料液比1∶10～1∶30 (g/mL)时，多酚得率显著增加，之后下降，故乙醇溶液用量和原料比为30时多酚已提取完全，继续添加溶剂体积，只会使单位提取液中多酚浓度降低，并造成浪费。

表1 不同提取条件对多酚得率的影响Table 1 Effects of extraction conditions on the yield of polyphenols

续 表

2.1.3 微波功率对多酚提取得率的影响

设定乙醇体积分数为60%，料液比为1∶30 (g/mL)，超声波功率为100 W，提取时间为3 min，浸提次数为1次，探讨不同微波功率对多酚提取得率的影响(见表1)。结果表明，微波功率在50～450 W范围内多酚提取得率先随微波功率的增大而上升，当大于250 W后反而下降。这是由于微波辐射能加速破坏细胞壁，促进多酚的溶出[14]，但较高的微波功率会使温度升高，加速溶剂的挥发，破坏酚类化合物的结构。

2.1.4 超声波功率对多酚提取得率的影响

设定乙醇体积分数为60%，料液比为1∶30 (g/mL)，微波功率为250 W，提取时间为3 min，浸提次数为1次，探讨不同超声波功率对多酚提取得率的影响(见 表1)。结果表明，随着超声波功率的增大，多酚提取得率升高，超过600 W后有所下降。这是因为超声波的振荡空化有利于多酚类物质的释放和溶解，强度过大可能使多酚类物质降解[15]。

2.1.5 提取时间对多酚提取得率的影响

设定乙醇体积分数为60%，料液比为1∶30 (g/mL)，微波功率为250 W，超声波功率为600 W，浸提次数为1次，探讨不同提取时间对多酚提取得率的影响(见表1)。结果表明，随着时间延长，多酚得率呈“M”形变化，当提取时间1 min时，多酚提取得率较高。

2.1.6 提取次数对多酚提取得率的影响

设定乙醇体积分数为60%，料液比为1∶30(g/mL)，微波功率为250 W，超声波功率为600 W，提取时间为1 min，改变浸提次数，将离心分离出沉淀继续提取2次、3次，第2次提取得率从第1次的24.6%降为2.08%，第3次为0，可知第1次提取占总提取量的92.20%，从节约资源上考虑提取1次。

2.2 石榴皮多酚提取的正交试验结果

正交表试验结果见表2和表3。方差分析表明，B，C 2个因素对石榴皮多酚提取得率有极显著影响，D，A 2个因素对石榴皮多酚提取得率有显著影响。各因素影响大小的顺序为B>C>D>A。超声波-微波协同提取石榴皮多酚较佳工艺条件为A2B3C2D1，即石榴皮粉中加入30倍浓度为60%为乙醇溶液浸泡20 min后，在超声波功率500 W条件下，微波功率250 W处理1 min，在此条件下重复验证试验3次，石榴皮多酚提取得率为(28.78±0.12)%。

表2 正交试验结果Table 2 The orthogonal experimental results

表3 正交试验的方差分析Table 3 The variance analysis of orthogonal experiment

3 讨论

石榴为药食两用植物，选择较佳工艺提取主要生物活性成分成为国内外研究热点。朱彩平综述国内外石榴皮多酚提取方法，其中以Amyrgialakia等[16]采用酸性乙醇溶液为提取剂提取得率最高，为32.49%，严陇兵等[17]的超高压溶剂提取法次之，为26%。近年以吴琳等[18]采用20%乙醇回流法提取总多酚得率较高，为23.27%。本试验以60%乙醇溶液为浸提剂，采用超声波-微波协同提取石榴皮多酚类物质，处理时间1 min，提取得率为(28.78±0.12)%(n=3)，充分体现出时间短、得率高等效果，刘常金等[19]的研究结果也有同样结论，虽然原料产地及原料颗粒大小对多酚提取效果也有影响，但超声波-微波协同提取仍是值得推广的一门技术。

4 结论

超声波-微波协同提取技术为多酚类物质的提取提供了一种省时、省力、高效的方法[20]。采用单因素和正交试验确定石榴皮多酚的最佳提取条件为：在石榴皮粉中加入其质量30倍的体积分数为60%的乙醇溶液浸泡20 min后，在超声波功率为500 W，微波功率为250 W下处理1 min，得到石榴皮多酚提取得率的平均值为(28.78±0.12)%(n=3)，提取效果较好。石榴皮多酚作为优良的天然抗氧化剂和植物源食品保鲜剂广泛应用于食品工业领域。