檳榔花水浸物有效成分提取工藝優(yōu)化

李 梁 吉建邦 康效寧

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

（1.海南大學(xué)食品學(xué)院，海南 海口 570228；2.海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工設(shè)計研究所，海南 ?？?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）

檳榔 （Areca catechu L.）為棕櫚科檳榔屬的多年生常綠喬木［1］。檳榔果中含有多種有益成分，包括檳榔油、生物堿、多酚、氨基酸等［2－6］。檳榔花自古以來就是海南人民極為推崇的食療珍材，在藥學(xué)典籍［7］中記載：“檳榔花氣味芳香，調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)，促進人體代謝，且具有保健功效”。大量研究［8－12］證實，檳榔花有去痰生津、降血脂、驅(qū)除疲勞、清除自由基等功效。

當(dāng)前，市售檳榔花茶需煮制后飲用，炒制和煮制工藝對檳榔花有效成分造成大量損失，且研究者只對檳榔花的功效進行了基礎(chǔ)研究，對應(yīng)用研究較少。因此，本試驗為了減少檳榔花在加工過程中有效成分損失問題，擬通過單因素試驗及響應(yīng)面分析，優(yōu)化檳榔花中檳榔堿、游離氨基酸、檳榔多酚的水浸提工藝，為檳榔花茶飲料的研制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

檳榔花：檳榔花雌雄同株，采自海南省定安縣；

磷酸二氫鉀、十二水合磷酸氫二鈉：分析純，西隴化工股份有限公司；

茚三酮、濃硫酸：分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；

乙醚、無水硫酸鈉、氫氧化鈉、氨水、二水合氯化亞錫、甲醇：分析純，廣州化學(xué)試劑廠；

香草醛：分析純，阿拉丁試劑（中國）有限公司；

濃鹽酸：分析純，天津大眾試劑研發(fā)中心；

L－谷氨酸：分析純，北京索萊寶科技有限公司；

（＋）－兒茶素：分析純，中國食品藥品檢定研究院。

1.2 儀器與設(shè)備

電子天平：CPA225D型，賽多利斯集團；

可見光分光光度計：723C型，上海欣茂儀器有限公司；

數(shù)顯恒溫水浴鍋：HH－4型，金壇市鴻科儀器廠；

料理機：JYL－C012型，九陽股份有限公司；

電磁灶：C21－SH2131型，美的電器有限公司；

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

鮮檳榔花→破碎→稱量→浸提→過濾→取濾液→冷卻→檳榔花浸提液

1.3.2 單因素試驗設(shè)計

（1）料液比對檳榔花浸出物含量的影響：在浸提時間20 min、浸提溫度60℃的條件下，分別以1∶30，1∶50，1∶70，1∶90（m∶V）的料液比進行提取試驗，考察不同料液比對檳榔堿、檳榔多酚和游離氨基酸浸出量的影響。

（2）浸提時間對檳榔花浸出物含量的影響：在料液比1∶30（m∶V），浸提溫度60℃的條件下，分別以10，20，30，40，50 min的浸提時間進行提取試驗，考察不同浸提時間對檳榔堿、檳榔多酚和游離氨基酸浸出量的影響。

（3）浸提溫度對檳榔花浸出物含量的影響：在料液比1∶30（m∶V），浸提時間20 min的條件下，分別以50，60，70，80，90℃的浸提溫度進行提取試驗，考察不同浸提溫度對檳榔堿、檳榔多酚和游離氨基酸浸出量的影響。

1.3.3 工藝優(yōu)化 在單因素試驗的基礎(chǔ)上，確定Box－Benhnken設(shè)計的自變量，分別以浸提液中檳榔堿（R1）、檳榔多酚（R2）、游離氨基酸（R3）含量為響應(yīng)值，通過響應(yīng)面分析（RSA）獲得最佳浸提工藝參數(shù)。

1.3.4 理化分析方法

（1）檳榔堿測定方法：采用酸堿回滴定法［13］。

（2）檳榔多酚測定方法：采用香草醛－鹽酸法［14］。

（3）游離氨基酸測定方法：按GB 8314－2002《茶游離氨基酸總量測定》執(zhí)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 響應(yīng)面法優(yōu)化檳榔花浸提工藝參數(shù)試驗分析

2.1.1 檳榔堿回歸方程建立與分析 根據(jù)單因素試驗結(jié)果，運用Box－Benhnken中心組合設(shè)計方法，選擇料液比、浸提時間、浸提溫度3個因素，采用三因素三水平的響應(yīng)面分析方法優(yōu)化檳榔花有效成分的浸提工藝。試驗設(shè)計與水平因素見表1，試驗方案及結(jié)果見表2。

表1 Box－Benhnken試驗設(shè)計因素水平Table 1 Factors and levels of Box－Benhnken experiment design

以檳榔堿浸提量為響應(yīng)值，運用Design Expert軟件對檳榔花浸提液中檳榔堿浸提量進行分析，結(jié)果見表3，得到回歸方程：

由表3可知，模型P＝0.004 1＜0.01，說明此模型已達極顯著水平；失擬項P＞0.05，結(jié)果差異不顯著，即無其他因素顯著影響，模型合適；決定系數(shù)R2＝0.921 4，說明響應(yīng)值檳榔堿測定值與預(yù)測值之間擬合良好，校正系數(shù)R＝0.820 3，說明模型能解釋82.03%響應(yīng)值的變化。

表2 Box－Benhnken試驗設(shè)計及結(jié)果Table 2 Designs and results of Box－Benhnken experimental

表3 檳榔堿方差分析Table 3 Variance analysis for the extraction of arecoline

表3 檳榔堿方差分析Table 3 Variance analysis for the extraction of arecoline

R 2 ＝0.921 4，R 2Adj＝0.820 3。

項目 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殘差 0.340 000 7 0.048 000失擬項 0.140 000 3 0.047 000 0.960 0 0.493 9凈誤差 0.200 000 4 0.049 000總和 4.280 000 16

圖1～3是料液比、浸提時間和浸提溫度對檳榔堿浸提量的響應(yīng)面分析圖。圖像以及回歸方程各項方差分析結(jié)果表明，料液比、浸提時間和浸提溫度對檳榔堿浸提量的影響順序為浸提溫度＞浸提時間＞料液比。根據(jù)軟件分析，擬合后的最佳浸提條件為料液比1∶50.4（m∶V），浸提時間20.3 min，浸提溫度74.5℃。經(jīng)過3次重復(fù)驗證實驗，在最佳工藝條件下，測得檳榔堿平均含量為3.154 mg／g，接近理論預(yù)測值3.263 mg／g。

圖1 浸提時間和料液比對檳榔堿浸提的影響Figure 1 Effect of extraction time and ratio of water to material on extraction of arecoline

圖2 浸提溫度和料液比對檳榔堿浸提的影響Figure 2 Effect of water temperature and ratio of water to material on extraction of arecoline

圖3 浸提溫度和浸提時間對檳榔堿浸提的影響Figure 3 Effect of water temperature and extraction time on extraction of arecoline

2.1.2 檳榔多酚回歸方程建立與分析 以檳榔多酚浸提量為響應(yīng)值，運用Design Expert軟件對檳榔花浸提液中檳榔多酚浸提量進行分析，結(jié)果見表4，得到回歸方程：

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

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

R 2 ＝0.958 0，R＝0.904 0。

項目 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殘差 0.091 170 7 0.013 024失擬項 0.029 750 3 0.009 915 0.645 7 0.625 3凈誤差 0.061 420 4 0.015 356總離差 2.171 750 16

由表4可知，模型P＝0.000 5＜0.01，說明此模型已達極顯著水平；失擬項P＞0.05，結(jié)果差異不顯著，即無其他因素顯著影響，模型合適；決定系數(shù)R2＝0.958 0，說明響應(yīng)值檳榔多酚測定值與預(yù)測值之間擬合良好，校正系數(shù)R＝0.904 0，說明模型能解釋90.40%的響應(yīng)值變化。

圖4～6是料液比、浸提時間和浸提溫度3個因素作用對檳榔多酚浸提量影響的響應(yīng)面分析圖。圖像以及回歸方程各項方差分析結(jié)果表明，料液比、浸提時間和浸提溫度對檳榔多酚浸提量的影響順序為浸提溫度＞料液比＞浸提時間。根據(jù)軟件分析，擬合后的最佳浸提條件為料液比1∶44.4（m∶V），浸提時間20.7 min，浸提溫度81.6℃。經(jīng)過3次重復(fù)驗證實驗，在最佳工藝條件下，測得檳榔多酚平均含量為1.113 mg／g，接近理論預(yù)測值1.103 mg／g。

圖4 浸提時間和料液比對檳榔多酚浸提的影響Figure 4 Effect of extraction time and ratio of water to material on extraction of areca polyphenols

2.1.3 游離氨基酸響應(yīng)面分析 以游離氨基酸為響應(yīng)值，運用Design Expert軟件對檳榔花浸提液中游離氨基酸浸提量進行分析，結(jié)果見表5，得到回歸方程：

由表5可知，模型P＝0.000 1＜0.01，說明此模型已達極顯著水平；失擬項P＞0.05，結(jié)果差異不顯著，即無其他因素顯著影響，模型合適；決定系數(shù)R2＝0.968 9，說明響應(yīng)值游離氨基酸測定值與預(yù)測值之間擬合良好，校正系數(shù)R＝0.928 9，說明模型能反應(yīng)92.89%的響應(yīng)值變化。

圖5 浸提溫度和料液比對檳榔多酚浸提的影響Figure 5 Effect of water temperature and ratio of water to material on extraction of areca polyphenols

圖6 浸提溫度和浸提時間對檳榔多酚浸提的影響Figure 6 Effect of water temperature and extraction time on extraction of areca polyphenols

圖7～9是料液比、浸提時間和浸提溫度3個因素作用對游離氨基酸浸提量影響的響應(yīng)面分析圖。圖像以及回歸方程各項方差分析結(jié)果表明，料液比、浸提時間和浸提溫度對游離氨基酸浸提量的影響順序為料液比＞浸提時間＞浸提溫度。根據(jù)軟件分析，擬合后游離氨基酸的最佳浸提工藝為料液比1∶65（m∶V），浸提時間19.2 min，浸提溫度78.7℃。經(jīng)過3次重復(fù)驗證實驗，在最佳工藝條件下，測得游離氨基酸平均含量為0.234 mg／g，接近理論預(yù)測值0.236 mg／g。

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

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

R 2 ＝0.968 9，R＝0.928 9。

項目 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殘差 0.000 140 7 0.000 020失擬項 0.000 110 3 0.000 036 4.519 4 0.089 6凈誤差 0.000 030 4總離差 0.004 500 16

圖7 浸提時間和料液比對游離氨基酸浸提的影響Figure 7 Effect of extraction time and ratio of water to material on extraction of free amino acids

圖8 浸提溫度和料液比對游離氨基酸浸提的影響Figure 8 Effect of water temperature and ratio of water to material on extraction of free amino acids

圖9 浸提溫度和浸提時間對游離氨基酸浸提的影響Figure 9 Effect of water temperature and extraction time on extraction of free amino acids

2.2 綜合優(yōu)化分析

為了使檳榔花充分浸提，營養(yǎng)成分盡可能大量析出，根據(jù)Design Expert 8.05分析，在料液比1∶50.9（m∶V），浸提時間21.1 min，浸提溫度79.7℃條件下，浸提液中檳榔堿、檳榔多酚和游離氨基酸可同時取得較大值，其模型預(yù)測浸提液中檳榔堿3.235 mg／g、檳榔多酚1.067 mg／g、游離氨基酸0.231 mg／g。在此浸提參數(shù)條件下進行的3次重復(fù)驗證實驗，測得檳榔堿、檳榔多酚和游離氨基酸平均含量為3.226，1.073，0.228 mg／g，與模型預(yù)測值比較，試驗結(jié)果與模型預(yù)測結(jié)果差異較小，說明了試驗分析得到的數(shù)據(jù)是科學(xué)可靠的。由于浸提參數(shù)過于精確，為便于后續(xù)操作，最終確定檳榔花水浸提參數(shù)為料液比1∶50（m∶V），浸提時間21 min，浸提溫度80℃。

3 結(jié)論

本試驗以檳榔花水浸出物中檳榔堿、檳榔多酚、游離氨基酸含量為評價指標(biāo)，對檳榔花有效成分提取工藝進行優(yōu)化。結(jié)果表明，其最佳工藝條件為料液比1∶50（m∶V），浸提時間21 min，浸提溫度80℃。此條件下，水浸提檳榔花得到檳榔堿、檳榔多酚和游離氨基酸平均含量為3.226，1.073，0.228 mg／g。

按本試驗最優(yōu)工藝制備的提取液富含檳榔堿、檳榔多酚、游離氨基酸等物質(zhì)，營養(yǎng)豐富，而且該工藝對設(shè)備要求低、工藝簡單且提取時間短，適合工業(yè)化生產(chǎn)，具有推廣應(yīng)用潛力。

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