微波辅助提取马铃薯多酚的工艺

杨转萍

兰州信息科技学院（兰州 730050）

马铃薯又称洋芋、土豆，其产量高、营养丰富，是粮、菜、饲、工业原料兼用的农作物，含有多种维生素、钙等微量元素和丰富的酚类物质，成为日常饮食中抗氧化活性物质的来源[1]。马铃薯块茎中总酚含量在0.11%～0.13%之间（以干重计），芽中含量达0.18%[2]，其中90%左右为绿原酸。马铃薯中的多酚类物质是其重要的次级代谢产物，约有50%存在于马铃薯的皮和皮层之间，且越靠近中心浓度越低[3]。植物多酚是多羟基酚类化合物的总称，广泛存在于植物的叶、壳、果肉及种皮中。国内外大量研究表明，植物多酚具有抗氧化、抗心脑血管疾病、抗癌、抑菌消炎、防晒祛斑、抗衰老、降血脂和降血糖等保健作用。近年来相关研究多集中在多酚氧化酶的研究，对于马铃薯多酚的提取分离缺乏系统研究。吴文标等[4]对马铃薯多酚类化合物的组成成分进行分析。周胜男等[2]对超声波辅助法提取马铃薯多酚进行研究。微波辐射具有较强的穿透性，可用于天然药物成分的提取，尤其对热敏性成分的浸提极为有效，随着微波技术的快速发展，微波提取被应用于中草药有效成分、茶多酚及竹叶黄酮的提取中[5]。试验以马铃薯为原料，研究微波萃取法提取马铃薯多酚的工艺，为更好地开发利用马铃薯提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

新鲜马铃薯（购自龚家湾菜市场）。

1.2 试剂

福林酚试剂（合肥千盛生物科技有限公司）；没食子酸标准品（纯度≥98%，合肥博美生物公司）；碳酸钠（AR）、无水乙醇（AR），其他均购自天津致远化学试剂有限公司。

1.3 仪器与设备

台式高速冷冻离心机（TGL16M，上海赵迪生物科技有限公司）；分析天平（WT5002，杭州万特衡器有限公司）；数显恒温水浴锅（HH-4A，广州国华电器有限公司）；美的微波炉（X3-233A，广东美的微波炉制造有限公司）；超声波清洗器（KQ5200DE，东莞市科桥超声波设备有限公司）；紫外可见分光光度计（UV-5100B，上海元析仪器有限公司）。

1.4 试验方法

1.4.1 原料预处理

将马铃薯清洗干净，去皮，并将其切成4 mm左右的小块，加入少量70%乙醇，浸泡30 min后捣碎至浆状。

1.4.2 马铃薯多酚不同提取方法的比较

马铃薯多酚不同提取方法的比较见表1。

表1 不同方法比较

1.4.3 微波辅助提取法单因素试验

准确称取1 g马铃薯样品，放入具塞三角烧瓶，加入溶剂，在固定其他条件不变的情况下进行微波协同萃取，研究不同微波功率、提取时间、料液比、乙醇体积分数、离心温度对马铃薯中多酚得率的影响。

1.4.4 正交试验

在单因素试验的基础上，选定料液比、乙醇体积分数、微波功率、提取时间作为考察因素，以马铃薯中多酚得率为试验指标，选用L9(34)正交表进行正交试验，研究4个因素的交互作用对马铃薯多酚得率的影响，因素水平设计表见表2。

表2 因素水平

1.4.5 总酚含量的测定

1.4.5.1 没食子酸标准溶液的配制

精确称取0.010 g没食子酸标准样品（没食子酸使用前于105 ℃烘干至恒重），溶解于蒸馏水中并定容至100 mL，得质量浓度为0.1 mg/mL的标准溶液。取5 mL此液，用蒸馏水定容至10 mL，得质量浓度为0.05 mg/mL的标准溶液[2]。

1.4.5.2 总酚标准曲线的制作

准确量取0，0.2，0.4，0.6，0.8和1.0 mL上述0.05 mg/mL的标准液于10 mL比色管中，加入0.5 mL福林酚试剂，充分振荡后静置3～4 min，再分别加入0.5 mL 10%碳酸钠溶液，用蒸馏水定容至10 mL，摇匀，在25 ℃恒温水浴中反应1 h，以空白试剂为对照，在765 nm下测定吸光度[6]。

结果表明，总酚回归方程为y=107.28x+0.010 1，R2=0.998 4。马铃薯多酚溶液在0.001～0.005 mg/mL浓度范围内呈良好线性关系。

1.4.5.3 样品总酚含量的测定

吸取1 mL待测样液，加入0.5 mL福林酚试剂，充分振荡后静置3～4 min，加入10%碳酸钠溶液，定容至10 mL，摇匀置于25 ℃恒温水浴中反应1 h，以空白试剂为对照，在765 nm下测定吸光度，按式（1）计算总酚得率。

2 结果与分析

2.1 提取方法的筛选

由表3可以看出，在4种不同提取方法中，微波辅助提取法的效果最佳。因为微波提取是高频电磁波穿透萃取媒质，到达被提取物料的内部，微波能迅速转化为热能，使细胞内部温度快速上升，当细胞内部压力超过细胞壁承受能力时，细胞破裂，细胞内有效成分自由流出，在较低的温度下溶解于提取介质。且在微波辐射作用下被提取物料成分加速向提取溶剂界面扩散，从而使提取速率提高，同时还降低提取温度，最大限度保证提取的质量。

表3 不同提取方法比较

2.2 单因素试验

2.2.1 不同料液比对马铃薯多酚得率的影响

对于同一种提取试样，提取溶剂的用量因物料而有较大变动。一般物料和萃取剂之比在1∶1～1∶20（g/mL）的范围内选择。

由图1分析可知，随着液体比例增加，马铃薯多酚得率也在增长，但料液比到1∶15（g/mL）时，马铃薯多酚得率达到最高。由此可知，液体占比大于1∶15（g/mL）时，得率下降。可能是由于液体占比增加，增大了传质阻力，其次某些醇溶性成分溶出，同时液体占比过大也会造成溶剂和能源的浪费，并给后续工作带来困难[2]。因此，选定料液比1∶10，1∶15和1∶20（g/mL）为正交试验的水平。

图1 料液比对马铃薯多酚得率的影响

2.2.2 不同乙醇体积分数对马铃薯多酚得率的影响

由图2分析可知，随着乙醇体积分数增加，马铃薯多酚得率也在增长。乙醇体积分数60%时，马铃薯多酚得率最高；乙醇体积分数大于60%时，某些脂溶性杂质的溶出，导致多酚得率下降，其次水分是吸收微波能最好的介质，所以料液中的水分对提取效果也会产生影响。试验选定乙醇体积分数50%，60%和70%为正交试验水平。

图2 乙醇体积分数对马铃薯多酚得率的影响

2.2.3 不同微波功率对马铃薯多酚得率的影响

由图3分析可知，随着微波功率的增加，马铃薯多酚得率呈上升趋势。在一定时间内，微波功率越高，体系升温越快，固液扩散速度也越快，使细胞破裂加剧，有利于物料中有效成分的浸出[7]。但微波功率增大到一定程度会造成局部温度过高，则容易使多酚类物质分解，因此试验选定微波功率300，400和500 W为正交试验水平。

图3 微波功率对马铃薯多酚得率的影响

2.2.4 不同提取时间对马铃薯多酚得率的影响

微波连续处理时间与试样质量、溶剂体积和加热功率有关，通常在10～100 s，对于不同物质，最佳萃取时间不同。连续辐照时间也不可太长，否则容易引起溶剂的温度太高，造成不必要的浪费，还会带走目标产物，降低产率[8]。

由图4分析可知，微波提取时间60 s时，马铃薯的多酚得率最高。随着提取时间的延长，多酚得率逐渐下降，可能是因为提取时间增长使得多酚类物质部分氧化降解，从而导致马铃薯多酚得率下降。因此马铃薯多酚的最佳提取时间为60 s。试验选定提取时间50，60和70 s为正交试验的水平。

图4 不同提取时间对马铃薯多酚得率的影响

2.2.5 不同离心温度对马铃薯多酚得率的影响

提取液离心时，转头和转子之间、转子和离心桶之间、离心桶内的样品之间会因摩擦产生热量，离心速度越高，摩擦产生的热量越大，如果不控制温度，所离心的样品有可能因高温而失去活性。

由图5分析可知，随着离心温度升高，马铃薯的多酚得率呈下降趋势，可能是由于随着离心温度升高，部分马铃薯多酚活性丧失，使提取得率下降，因此试验中离心温度应控制在4 ℃。

图5 离心温度对马铃薯多酚得率的影响

2.3 正交试验

由表4极差分析可得，各个因素对马铃薯多酚提取效果的影响顺序为微波功率＞料液比＞乙醇体积分数＞提取时间。其最优组合为A2B3C2D2，即料液比1∶15（g/mL）、乙醇体积分数70%、提取时间60 s、微波功率400 W。

表4 正交试验结果

通过表5可知，微波功率、料液比对多酚得率的提取工艺在水平0.01上有显著影响，乙醇体积分数在0.05水平有显著影响，而提取时间对试验影响较小。

表5 方差分析表

2.4 验证试验

按得出的多酚最佳提取条件进行重复验证试验，其结果见表6。在最佳提取条件下，3次提取所得的多酚得率均值为2.587 mg/g。

表6 验证试验

3 结论

通过比较有机溶剂浸提法、水提取法、微波辅助提取法、超声波辅助提取法4种不同提取方法，结果发现微波辅助提取效果较好。

通过单因素试验和正交试验得出，各因素对马铃薯多酚提取效果的影响顺序为微波功率＞料液比＞乙醇体积分数＞提取时间。微波辅助法提取马铃薯多酚的最佳工艺条件为料液比1∶15（g/mL）、乙醇体积分数70%、提取时间60 s、微波功率400 W。

该工艺不但能提高马铃薯多酚得率，还能减少资源浪费，增加其附加值。