菠蘿皮渣中黃酮的提取及其穩(wěn)定性研究

王興華，杭瑜瑜，裴志勝，劉志燕（瓊州學(xué)院理工學(xué)院，海南三亞572022）

菠蘿皮渣中黃酮的提取及其穩(wěn)定性研究

王興華，杭瑜瑜*，裴志勝，劉志燕
（瓊州學(xué)院理工學(xué)院，海南三亞572022）

摘要：以干菠蘿皮渣為原料，采用超聲波輔助提取菠蘿皮中的總黃酮，通過響應(yīng)曲面試驗(yàn)優(yōu)化黃酮的提取條件，并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行研究。結(jié)果表明：料液比對(duì)提取率的影響最大，其次是乙醇濃度，再次是超聲功率，影響最小的是超聲時(shí)間，優(yōu)化的提取工藝為：超聲功率508W、料液比1∶54（g/mL）、超聲時(shí)間25min、乙醇濃度41%，提取的黃酮化合物含量為27.109 3mg/g。菠蘿皮中的黃酮類物質(zhì)，對(duì)光、熱比較穩(wěn)定；pH對(duì)其有影響；常見金屬離子Ca2+、Na+、K+、Zn2+對(duì)菠蘿皮黃酮基本沒有影響，而Al3+、Cu2+、Fe2+對(duì)其有影響。

關(guān)鍵詞：菠蘿皮；黃酮；提??；穩(wěn)定性

菠蘿是世界名果之一，具有良好的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健功效。我國(guó)菠蘿加工均以菠蘿罐頭為主，菠蘿加工中產(chǎn)生的菠蘿皮渣占總重量的50%～60%[1]。然而這些果皮渣多作為廢物丟棄，在造成環(huán)境污染的同時(shí)又是對(duì)資源的極大浪費(fèi)[2-3]。對(duì)菠蘿皮渣的開發(fā)利用研究，目前主要有：酚類物質(zhì)、多糖、果膠、色素、膳食纖維、菠蘿蛋白酶、果醋、果酒、果凍等[4]。

研究表明菠蘿皮中富含黃酮等抗氧化活性物質(zhì)[2]。黃酮類化合物具有抗氧化[5]、清除自由基[6]、降血糖[7]、降血壓[8]、抗腫瘤[9]、抑菌[10]等多種生物活性。從菠蘿皮渣中提取黃酮類物質(zhì)已有少量的報(bào)道，但僅僅是提取工藝的研究，且提取效率不高。本研究利用三亞豐富的菠蘿皮渣廢棄物，采用超聲波輔助提取黃酮類化合物，并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行研究，為其在食品加工中的應(yīng)用提供理論依據(jù)，同時(shí)提高了菠蘿廢棄物的利用率。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

1.1.1試驗(yàn)材料

菠蘿皮渣：收集市場(chǎng)新鮮菠蘿皮渣，處理后作為試驗(yàn)原料。

1.1.2試驗(yàn)試劑

無水乙醇、蘆丁、亞硝酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉、氯化鉀、氯化鈉、硫酸鋅、硫酸銅、硫酸鈣、硫酸鋁、硫酸亞鐵，均為分析純。

1.1.3主要儀器和設(shè)備

UV-2550紫外可見分光光度計(jì)：日本島津公司；TDL-80-2B離心機(jī)：金壇市盛藍(lán)儀器制造有限公司；JU-6224調(diào)節(jié)型超聲發(fā)生器：上海杰恩超聲設(shè)備有限公司。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1菠蘿皮黃酮類物質(zhì)的提取工藝流程

菠蘿皮渣→清洗→沸水熱燙滅酶→60℃烘干→粉碎→過40目篩→超聲波輔助提取→過濾→濾液離心→上清液→黃酮粗品

1.2.2黃酮含量的測(cè)定

本試驗(yàn)采用亞硝酸鈉-硝酸鋁分光光度法對(duì)提取液黃酮含量進(jìn)行測(cè)定[11]，對(duì)照蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算提取液黃酮化合物含量。

式中：C為從標(biāo)準(zhǔn)曲線中得到樣品中黃酮類物質(zhì)的質(zhì)量濃度，mg/mL；V1為提取液總體積，mL；V2為測(cè)定取樣體積，mL；V3為顯色反應(yīng)定容體積，mL；W為樣品質(zhì)量，g。

1.2.3超聲輔助提取黃酮類物質(zhì)的響應(yīng)曲面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

運(yùn)用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，綜合前期單因素試驗(yàn)結(jié)果，研究對(duì)黃酮提取影響較大的4個(gè)因素，超聲功率、料液比、超聲時(shí)間、乙醇濃度對(duì)菠蘿皮渣中黃酮化合物提取效果的影響。試驗(yàn)因素及水平見表1。

表1 響應(yīng)曲面試驗(yàn)的因素水平表Table 1　Factorsand levelsof response surfacem ethod

1.2.4菠蘿皮黃酮類物質(zhì)的穩(wěn)定性研究

1.2.4.1pH對(duì)菠蘿皮黃酮類物質(zhì)穩(wěn)定性的影響

在pH 1～12的緩沖液中分別加入1mL黃酮提取液，定容至50m L，放置24 h，測(cè)定其吸光度。

1.2.4.2光對(duì)菠蘿皮黃酮類物質(zhì)穩(wěn)定性的影響

分別研究室外光照、室內(nèi)光照和避光對(duì)黃酮類物質(zhì)穩(wěn)定性的影響。

1.2.4.3溫度對(duì)菠蘿皮黃酮類物質(zhì)穩(wěn)定性的影響

取7份黃酮提取液分別置于30、40、50、60、70、80、90℃水浴中，分別在15、45、60、90、120min后測(cè)定其吸光度。

1.2.4.4常見金屬離子對(duì)菠蘿皮黃酮類物質(zhì)穩(wěn)定性的影響

分別配制不同濃度的Cu2+、Na+、Zn2+、Ca2+、K+、Fe2+、 Al3+離子，添加黃酮提取液后于室溫放置0、1、3、6、24 h后，測(cè)定其吸光度。

2　結(jié)果與分析

2.1響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

利用軟件Design Expert 8.0.6中的Box-Behnken模式對(duì)超聲功率、超聲時(shí)間和料液比設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)，依據(jù)表1中的因素與水平值，每個(gè)試驗(yàn)組均進(jìn)行3組平行試驗(yàn)以減少誤差，其試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)曲面試驗(yàn)結(jié)果Table 2　Theexperimental results for response sur faceanalysis

利用軟件Design Expert8.0.6軟件對(duì)表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合分析，得到菠蘿皮黃酮化合物含量的預(yù)測(cè)值（Y）對(duì)編碼自變量超聲功率（A）、料液比（B）、超聲時(shí)間（C）和乙醇濃度（D）的二次多項(xiàng)回歸方程模型：

對(duì)該回歸模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。

表3　響應(yīng)曲面試驗(yàn)結(jié)果的方差分析Table 3　Analysisof variance for theexperimental resultsof response surface design

對(duì)表3的數(shù)據(jù)分析可知：該回歸模型極顯著（P＜0.000 1），回歸模型方程的決定系數(shù)R2=0.987 9，校正決定系數(shù)RAdj2=0.975 8，失擬項(xiàng)P=0.087 2＞0.05，不顯著，說明該回歸模型與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合度較高，試驗(yàn)誤差小，模型方程可用于超聲波輔助提取菠蘿皮渣中黃酮類物質(zhì)提取結(jié)果的分析和預(yù)測(cè)指導(dǎo)。

2.1.2響應(yīng)面試驗(yàn)因素的交互作用分析

響應(yīng)曲面三維圖比較直觀的反映出各因素間相互作用的強(qiáng)弱，響應(yīng)曲面三維圖在平面上的投影為等高線圖，等高線的形狀可以反映兩因素間相互影響的強(qiáng)弱，等高線為橢圓形時(shí)，兩因素的相互作用相對(duì)較強(qiáng)；等高線趨于圓形時(shí)，兩因素的相互作用相對(duì)較弱[12]。

影響黃酮類物質(zhì)含量的各因素間的交互作用見圖1～圖6。

由圖1～圖6可以直觀的看出，超聲時(shí)間和乙醇濃度相互作用最大，而料液比和時(shí)間的相互作用最小，與方差分析的結(jié)果相一致。

圖1　超聲功率和料液比對(duì)黃酮含量影響的響應(yīng)面圖Fig.1　Responsesur faceplotsofultrasonic output power and solidliquid ratio on the concentration of flavonoids

圖2　超聲功率和超聲時(shí)間對(duì)黃酮含量影響的響應(yīng)面圖Fig.2　Response sur face p lots ofultrason ic output power and tim e on the concentration of flavonoids

圖3　超聲功率和乙醇濃度對(duì)黃酮含量影響的響應(yīng)面圖Fig.3　Response surfacep lotsof ultrasonic outputpower and alcohol concentration on the concentration of flavonoids

圖4　料液比和超聲時(shí)間對(duì)黃酮含量影響的響應(yīng)面圖Fig.4　Response sur face p lots of solid-liquid ratio and ultrasonic timeon the concentration of flavonoids

圖5　料液比和乙醇濃度對(duì)黃酮含量影響的響應(yīng)面圖Fig.5　Responsesurface plotsofsolid-liquid ratio and alcohol concentration on the concentration of flavonoids

圖6　超聲時(shí)間和乙醇濃度對(duì)黃酮含量影響的響應(yīng)面圖Fig.6　Response surface p lotsof ultrasonic tim eand alcohol concentration on the concentration of flavonoids

2.1.3響應(yīng)面法優(yōu)化的工藝條件及其驗(yàn)證

根據(jù)響應(yīng)面法試驗(yàn)結(jié)果及其回歸方程模型分析可知，超聲輔助提取菠蘿皮渣黃酮類物質(zhì)的優(yōu)化工藝條件為：超聲功率507.6W、料液比1∶54.4（g/mL）、超聲時(shí)間25.2min、乙醇濃度41.4%，預(yù)測(cè)黃酮化合物含量為27.126 7mg/g?？紤]到實(shí)際操作的便利，將優(yōu)化的工藝條件修正為：超聲功率508W、料液比1∶54（g/mL）、超聲時(shí)間25min、乙醇濃度41%，在此條件下進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，黃酮化合物含量平均值為27.109 3mg/g，與理論預(yù)測(cè)值相比，相對(duì)誤差為0.064%，表明經(jīng)響應(yīng)面法優(yōu)化的提取工藝組合條件較為準(zhǔn)確。

2.2菠蘿皮黃酮類物質(zhì)穩(wěn)定性研究

2.2.1pH對(duì)菠蘿皮黃酮類物質(zhì)穩(wěn)定性的影響

不同pH對(duì)菠蘿皮黃酮類物質(zhì)穩(wěn)定性的影響見圖7。

圖7 pH對(duì)黃酮類物質(zhì)穩(wěn)定性的影響Fig.7　Effectof pH on the stability of flavonoids

由圖7可知，pH介于2至3及11至12區(qū)間時(shí)，菠蘿皮黃酮提取液吸光值降低，pH介于4至10之間時(shí)，菠蘿皮黃酮提取液吸光值基本穩(wěn)定，說明菠蘿皮黃酮適宜在此pH區(qū)間使用，即菠蘿皮中的黃酮類物質(zhì)應(yīng)避開強(qiáng)酸強(qiáng)堿中保存，在食品加工中避開強(qiáng)酸強(qiáng)堿的環(huán)境。

2.2.2光對(duì)菠蘿皮黃酮類物質(zhì)穩(wěn)定性的影響

光照對(duì)菠蘿皮黃酮類物質(zhì)穩(wěn)定性的影響見圖8。

圖8　光對(duì)黃酮類物質(zhì)穩(wěn)定性的影響Fig.8　Effect of lighting on the stability of flavonoids

由圖8可知，光對(duì)菠蘿皮黃酮類物質(zhì)影響不大，短期內(nèi)可以在自然光下保存。

2.2.3溫度對(duì)菠蘿皮黃酮類物質(zhì)穩(wěn)定性的影響

溫度對(duì)菠蘿皮黃酮類物質(zhì)穩(wěn)定性的影響見圖9。

圖9　溫度對(duì)黃酮類物質(zhì)穩(wěn)定性的影響Fig.9　Effectofheating on thestability of flavonoids

由圖9可知，在一定的溫度范圍內(nèi)，加熱對(duì)黃酮類物質(zhì)基本沒有影響，當(dāng)溫度高于60℃時(shí)，黃酮類物質(zhì)的吸光值有所降低，但不明顯，可見菠蘿皮黃酮具有良好的熱穩(wěn)定性。

2.2.4常見金屬離子對(duì)黃酮類物質(zhì)穩(wěn)定性的影響

金屬離子對(duì)黃酮類物質(zhì)穩(wěn)定性的影響見圖10。

圖10　常見金屬離子對(duì)黃酮類物質(zhì)穩(wěn)定性的影響Fig.10　Effectofmetal ionson thestability of flavonoids

由圖10可知，Ca2+、Na+、K+、Zn2+對(duì)菠蘿皮黃酮類物質(zhì)基本沒有影響，Al3+、Cu2+、Fe2+使黃酮類物質(zhì)含量下降，可能是它們易于與黃酮類化合物中的酚羥基形成絡(luò)合物[13]。因此，菠蘿皮黃酮保存和食品加工中應(yīng)避開Al3+、Cu2+、Fe2+。

3　結(jié)論

研究了超聲輔助乙醇提取菠蘿皮黃酮類物質(zhì)，通過響應(yīng)曲面試驗(yàn)最終確定的最佳提取工藝條件為：超聲功率508W、料液比1∶54（g/mL）、超聲時(shí)間25min、乙醇濃度41%，提取的菠蘿皮黃酮化合物含量為27.1093mg/g，高于相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[14]。對(duì)菠蘿皮黃酮的穩(wěn)定性研究表

明：在pH介于4至10之間時(shí)比較穩(wěn)定；其對(duì)光、熱都比較穩(wěn)定；常見金屬離子Ca2+、Na+、K+、Zn2+對(duì)菠蘿皮黃酮類物質(zhì)基本沒有影響，而Al3+、Cu2+、Fe2+對(duì)其有不良影響。

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DO I：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.19.035

收稿日期：2015-04-08

基金項(xiàng)目：三亞市院地科技合作項(xiàng)目（2013YD11）

作者簡(jiǎn)介：王興華（1969—），女（漢），實(shí)驗(yàn)師，本科，研究方向：食品質(zhì)量與安全。

*通信作者

Research on the Extraction of Flavonoids from Pineapple Peels and its Stability

WANGXing-hua，HANGYu-yu*，PEIZhi-sheng，LIU Zhi-yan
（College ofScience and Engineering，Qiongzhou University，Sanya 572022，Hainan，China）

Abstract：Extraction of flavoniods from dry powder of pineapple peels by ultrasonic assisted method and its stability were studied.The extraction conditionswere optimized using response surfacemethod（RSM）.The results showed：solid-liquid ratio was themost important affecting factor，followed by ethanol concentration，followed by ultrasonic power，ultrasonic time had the weakest effect.The optimal extraction conditions were ultrasonic power of 508W，ultrasonic time of 25 min，solid-liquid ratio of 1∶54（g/m L）and the ethanol concentration of 41%.The concentration of flavonoidswas 27.109 3mg/g.The pineapple peel flavonoidswas stablewith lighting，heating，Ca2+，Na+，K+，Zn2+；astablewith pH，Al3+，Cu2+，F(xiàn)e2+.

Keywords：pineapplepeel；flavonoids；extraction；stability