快速溶劑萃取儀提取葡萄籽中多酚物質(zhì)的工藝優(yōu)化

劉　葉，李　華，鄭亞蕾，楊世玲，李瑩瑩（西北農(nóng)林科技大學(xué)葡萄酒學(xué)院，陜西咸陽712100）

快速溶劑萃取儀提取葡萄籽中多酚物質(zhì)的工藝優(yōu)化

劉葉，李華*，鄭亞蕾，楊世玲，李瑩瑩
（西北農(nóng)林科技大學(xué)葡萄酒學(xué)院，陜西咸陽712100）

以新品種媚麗葡萄籽為研究對象，采用單因素實(shí)驗(yàn)研究了快速溶劑萃取儀提取多酚物質(zhì)的工藝并進(jìn)行了正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化。結(jié)果表明：最佳提取條件為提取時(shí)間20 min、提取溫度50℃、提取壓強(qiáng)8.97 MPa、乙醇體積分?jǐn)?shù)80%。在此條件下多酚提取量為28.89 mg/g。利用快速溶劑萃取儀提取葡萄籽多酚物質(zhì)能極大地縮短提取時(shí)間。

葡萄籽，多酚，快速溶劑萃取

葡萄籽中含有大量的多酚物質(zhì)［1］，而多酚物質(zhì)因其較高的藥用價(jià)值被廣泛研究［2］。葡萄籽多酚可以清除自由基而達(dá)到抗氧化效果，除此還有降低血脂、抗癌等作用［3-7］。媚麗葡萄是以梅鹿特、玫瑰香、雷司令等品種進(jìn)行多代輪回雜交出的新品種，綜合性狀優(yōu)良，尤其是抗病性強(qiáng)，該品種適宜在我國華北、西北地區(qū)及南方栽培［8］。

快速溶劑萃取是在一定的溫度（50～200℃）和壓力（6.20～20.7 MPa）下用溶劑對固體或半固體樣品進(jìn)行萃取的方法。使用常規(guī)的溶劑、利用增加溫度和提高壓力提高萃取的效率，大大加快了萃取的速度并明顯降低萃取溶劑的使用量［9-12］。與傳統(tǒng)的溶劑提取、超聲波提取等方法［13-14］相比，快速溶劑萃取儀可以有效提高萃取效率，縮短提取時(shí)間，減少溶劑用量，降低生產(chǎn)成本。本研究利用快速溶劑萃取儀提取葡萄籽中的多酚物質(zhì)，優(yōu)化提取條件，以期為以后的研究提供借鑒。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

媚麗葡萄2012年收于陜西楊凌曹辛莊葡萄園，經(jīng)過挑選，選取顆粒飽滿，無腐爛的葡萄進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；無水乙醇廣東光華科技股份有限公司；沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品天津博迪化工股份有限公司。

ASE2000快速溶劑萃取儀美國戴安公司；UV-1700紫外分光光度計(jì)日本島津公司；FD-1-50真空冷凍干燥機(jī)北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；R214旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上海申生科技有限公司

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制準(zhǔn)確稱取沒食子酸0.50g，配制濃度分別為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

取上述系列標(biāo)準(zhǔn)溶液各0.1 mL，加入蒸餾水5 mL，福林－消卡試劑［15-17］0.5 mL，充分混勻，在30 s時(shí)加入1.5 mL 20%的碳酸鈉溶液，混合后加入蒸餾水定容至10 mL。將溶液在20℃下放置2 h后于765 nm波長處測定吸光度。以沒食子酸濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，進(jìn)行線性回歸，得到回歸方程為：y=0.1193x+ 0.007（y為吸光值；x為濃度，mg/L；R2=0.9995）。

1.2.2葡萄籽多酚提取工藝葡萄籽→粉碎過20目篩→50℃真空干燥24 h→快速溶劑萃取儀提取→30℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除溶劑→分析測定

1.2.3葡萄籽多酚提取量測定準(zhǔn)確稱取1 g葡萄籽粉，置于萃取池中，按照各因素考察條件進(jìn)行提取，按照1.2.1測定吸光度，采用福林－消卡法［18］測定多酚含量，計(jì)算多酚提取量。

式中：A—樣品的吸光度；V—提取液的體積，mL；m—葡萄籽粉的質(zhì)量，g。

1.2.4葡萄籽中多酚物質(zhì)提取實(shí)驗(yàn)

1.2.4.1乙醇體積分?jǐn)?shù)對多酚提取量的影響取1 g葡萄籽粉末于萃取池中，分別在溶劑瓶中加入50%、60%、70%、80%、90%、100%的乙醇溶液200 mL，在6.90 MPa、溫度50℃、提取時(shí)間10 min、循環(huán)提取兩次，研究不同乙醇體積分?jǐn)?shù)對多酚提取量的影響。

1.2.4.2提取壓強(qiáng)對多酚提取量的影響取1 g葡萄籽粉末于萃取池中，在溶劑瓶中加入80%的乙醇溶液200 mL，溫度為50℃，分別在6.21、6.90、7.59、8.28、8.96、9.66 MPa下提取10 min，循環(huán)兩次，考察不同壓強(qiáng)下多酚的提取量。

1.2.4.3提取溫度對多酚含量的影響取1 g葡萄籽粉末于萃取池中，在溶劑瓶中加入80%的乙醇溶液200 mL，壓強(qiáng)為8.28 MPa，分別在40、50、60、70、80℃條件下提取10 min，循環(huán)兩次，研究不同溫度對多酚提取量的影響。

1.2.4.4提取時(shí)間對多酚提取量的影響取1 g葡萄籽粉末于萃取池中，在溶劑瓶中加入80%的乙醇溶液200 mL，壓強(qiáng)為8.28 MPa，溫度50℃，時(shí)間分別設(shè)定為5、10、15、20、25 min，循環(huán)兩次，研究提取時(shí)間對多酚提取量的影響。

1.2.4.5正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)綜合單因素實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，選取對多酚提取量影響顯著的4個(gè)因素，采用4因素3水平的L9（34）進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化葡萄籽中多酚物質(zhì)的提取工藝。因素水平表如表1所示。

表1　快速溶劑萃取分析因素與水平Table 1　Variables and their coded levels used in the orthogonal test

1.3數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010、SPSS等數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2　結(jié)果與分析

2.1單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1乙醇體積分?jǐn)?shù)的影響溶劑體積分?jǐn)?shù)對提取量有很大的影響，與水相比，用乙醇提取效率高、時(shí)間短［19］，乙醇體積分?jǐn)?shù)對多酚提取量的影響結(jié)果見圖1。

圖1　乙醇體積分?jǐn)?shù)對提取量的影響Fig.1　Effect of ethanol concentration on the yield of extraction

從圖1中可以看出，乙醇體積分?jǐn)?shù)在80%時(shí)，多酚提取量達(dá)到最大值，此后隨著乙醇濃度的增加，多酚提取量呈下降趨勢。多酚常與蛋白質(zhì)多糖等大分子通過氫鍵、疏水鍵形成復(fù)合物，乙醇濃度過低時(shí)，水含量高，不能破壞氫鍵等，使得多酚物質(zhì)不易溶出［14］。當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)增加時(shí)，溶液極性增大，多酚提取量增加；但乙醇的濃度繼續(xù)增加，一些脂類、色素等雜質(zhì)就會(huì)溶解［16］，這些成分會(huì)與多酚物質(zhì)競爭，同乙醇水分子結(jié)合，從而導(dǎo)致多酚活性物質(zhì)的溶解度下降［13］。對多酚提取量有一定的影響，因此確定乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%最佳。

2.1.2提取壓強(qiáng)的影響壓強(qiáng)是快速萃取儀提取多酚物質(zhì)的主要因素之一，壓強(qiáng)對多酚提取量的影響結(jié)果見圖2。

圖2　提取壓強(qiáng)對提取量的影響Fig.2　Effect of pressure on the yield of extraction

從圖2可以看出，在6.21～8.28 MPa壓強(qiáng)范圍內(nèi)，多酚提取量隨著壓強(qiáng)增大而增加；在8.28 MPa壓強(qiáng)時(shí)多酚提取量達(dá)到最大值；隨著壓強(qiáng)繼續(xù)增加，多酚提取量明顯下降，這是由于多酚物質(zhì)不穩(wěn)定性，壓強(qiáng)過大會(huì)對其結(jié)構(gòu)造成一定的破壞［16］。因此，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果選定最佳提取壓強(qiáng)為8.28 MPa。

2.1.3提取溫度的影響從圖3中可以看出，隨著溫度升高，多酚提取量逐漸增加，在50℃時(shí)達(dá)到最大值，此后隨著溫度升高葡萄籽多酚提取量呈下降趨勢。這是因?yàn)闇囟鹊纳哂欣诙喾游镔|(zhì)的溶出，但多酚物質(zhì)容易氧化，過高的溫度會(huì)引起多酚的變性［1］，不利于多酚化合物的穩(wěn)定，進(jìn)而影響多酚的提取量。綜合考慮多酚熱不穩(wěn)定、易氧化的特性確定最佳提取溫度為50℃。這與史紅梅等的研究結(jié)果基本一致［13］。

圖3　提取溫度對提取量的影響Fig.3　Effect of temperature on the yield of extraction

2.1.4提取時(shí)間的影響從圖4中可以看出，隨著提取時(shí)間增加，多酚提取量也隨之增加，在15 min時(shí)達(dá)到最大值；時(shí)間繼續(xù)增加，提取量趨于穩(wěn)定后有所下降。這說明在一定的提取時(shí)間內(nèi)，時(shí)間越長越有利于多酚物質(zhì)的溶出；但若超過這個(gè)時(shí)間，提取溶液達(dá)到飽和，提取量不再隨著時(shí)間增加而增加。分析原因可能是長時(shí)間提取一些親醇類的物質(zhì)溶出［16］，會(huì)降低多酚的提取量。時(shí)間過長，浸出的多酚物質(zhì)在溶液內(nèi)被氧化，也會(huì)導(dǎo)致提取量降低［14］。因此確定最佳提取時(shí)間為15 min。這與袁琳等的研究結(jié)果基本一致［16］。

圖4　提取時(shí)間對提取量的影響Fig.4　Effect of extraction time on the yield of extraction

2.2正交實(shí)驗(yàn)確定最佳提取工藝

通過單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)了4因素3水平的正交實(shí)驗(yàn)，以多酚提取量為指標(biāo)，確定最佳的提取條件，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2　正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析Table 2　Experiment design and results analysis for orthogonal test

從表2中多酚含量極差分析可以看出，D因素（提取時(shí)間）為主要的影響因素，C因素（提取溫度）次之，B因素（提取壓強(qiáng)）的影響效果最小，可見各因素影響的次序?yàn)镈＞C＞A＞B。多酚物質(zhì)提取的最佳工藝條件是A2B3C2D2，即乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%，提取壓強(qiáng)為8.97 MPa，溫度為50℃，提取時(shí)間20 min。

對正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析得表3，從表3可以看出，各因素的影響次序?yàn)镈＞C＞A＞B，與極差分析結(jié)果一致，其中以提取時(shí)間對多酚提取量的影響最大，達(dá)到顯著水平（p＜0.05）。

表3　方差分析表Table 3　Variance analysis of orthogonal test results

2.3驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

當(dāng)提取條件為A2B3C2D2時(shí)，經(jīng)過5次重復(fù)實(shí)驗(yàn)所得到的提取量為（28.89±0.35）mg/g，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.23%，結(jié)果表明在最佳工藝條件下，快速溶劑萃取儀提取葡萄籽多酚重復(fù)性好。從驗(yàn)證結(jié)果和正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果看，多酚含量較高，略低于正交設(shè)計(jì)中的A2B1C2D3（29.21 mg/g）。但綜合考慮實(shí)驗(yàn)影響因素和成本，選取提取時(shí)間相對較短的工藝條件A2B3C2D2即乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%，提取壓強(qiáng)為8.97 MPa，溫度為50℃，提取時(shí)間20 min。

3　結(jié)論

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以乙醇濃度、提取時(shí)間、提取壓強(qiáng)、提取溫度為實(shí)驗(yàn)因素進(jìn)行4因素3水平的正交實(shí)驗(yàn)，以多酚提取量為考察指標(biāo)，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，最終得出提取媚麗葡萄籽多酚的最佳工藝為：乙醇體積分?jǐn)?shù)80%，提取壓強(qiáng)8.97 MPa，溫度50℃，提取時(shí)間20 min。在此條件下多酚提取量為28.89 mg/g。

史紅梅等對葡萄藤莖中的多酚物質(zhì)進(jìn)行提取，在提取時(shí)間1 h、固液比1∶15條件下，得到提取量僅為14.43 mg/g［13］。而王瑋在提取時(shí)間30 min下，得到葡萄籽多酚提取量僅為10.02 mg/g［20］。因此相對于傳統(tǒng)有機(jī)溶劑提取，用快速萃取儀來提取多酚物質(zhì)，能縮短提取時(shí)間，提高提取產(chǎn)量。

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Optimization of extraction technology for polyphenols from grape seeds by accelerated solvent extraction

LIU Ye，LI Hua*，ZHENG Ya-lei，YANG Shi-ling，LI Ying-ying
（College of Enology，Northwest A&F University，Xianyang 712100，China）

Accelerated solvent extraction（ASE）system was used to optimize polyphenol extraction from seeds of a new grape cultivar“Meili”through orthogonal test.The results showed that the optimum extraction conditions were as follows：extraction time 30 min，temperature 50℃，pressure 8.97 MPa and ethanol concentration 80%.The yield of extraction was 28.89 mg/g.The ASE method could effectively reduce the operation time.

grape seeds；polyphenol；ASE

TS201.1

B

1002-0306（2015）18-0244-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.18.040

2014－12－05

劉葉（1990-），女，碩士研究生，研究方向：葡萄酒化學(xué)，E-mail：yezihappy1990@126.com。

李華（1959-），男，博士，教授，研究方向：葡萄與葡萄酒學(xué)，E-mail：hualiwine@163.com。

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD31B07）。