螯合劑協(xié)同微波雙輔助提取核桃青皮多酚

張春媛

摘要：以山西核桃青皮為原料，采用螯合劑微波雙輔助優(yōu)化紅棗中多糖的提取工藝，以微波功率、提取時(shí)間、液料比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、螯合劑添加量5個(gè)因素為自變量，多酚提取率為因變量，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用微波功率、提取時(shí)間、螯合劑添加量3個(gè)因素進(jìn)行了響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化研究。用Design Expert 8.06軟件對(duì)多糖提取率進(jìn)行了多元回歸模型擬合分析。分析結(jié)果表明：微波功率為830 W，提取時(shí)間為7.4 min，最佳螯合劑為六偏磷酸鈉，添加量0.22%，多酚的提取率為4.115%。

關(guān)鍵詞：螯合劑；微波；核桃青皮；多酚

中圖分類(lèi)號(hào)：S664

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2017）12025205

1引言

核桃，又名胡桃，為胡桃科植物，核桃富含蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、人體必需的鈣、磷、鐵等多種微量元素、礦物質(zhì)以及胡蘿卜素、核黃素等多種維生素，具有極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值。而核桃青皮作為核桃作物廢棄的副產(chǎn)物，含有豐富的多酚類(lèi)物質(zhì)，植物多酚由于其獨(dú)特的生物活性，廣泛應(yīng)用于制革、醫(yī)藥、保健品、化妝品等領(lǐng)域，與人們的日常生活密切相關(guān)[1～3]。為了充分利用核桃資源，將核桃青皮變廢為寶，本文以山西核桃為研究材料，采用螯合劑微波雙輔助提取核桃青皮多酚，采用Design-Expert軟件設(shè)優(yōu)化核桃青皮多酚提取最佳工藝參數(shù)，以期為核桃青皮的進(jìn)一步深加工提供理論信息。

2材料與方法

2.1材料與儀器

核桃；沒(méi)食子酸、無(wú)水乙醇、7.5%碳酸鈉溶液、福林酚（1∶2）、六偏磷酸鈉（SHMP）、檸檬酸鈉（CAS）、乙二胺四乙酸（EDTA）等試劑皆為市售國(guó)產(chǎn)分析純。

BS110S型電子天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；GZX-9246鼓風(fēng)干燥箱，上海博訊事業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；LSY電熱恒溫水浴鍋，北京醫(yī)療設(shè)備廠；WP800BS微波爐，格蘭仕電器有限公司；UV-1100紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海美譜達(dá)儀器有限公司；RJ-TDL-40C低速臺(tái)式離心機(jī)，無(wú)錫市瑞江分析儀器有限公司。

2.2實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1原料預(yù)處理

核桃青皮于60℃鼓風(fēng)干燥箱12 h，粉碎過(guò)60目篩后備用。

2.2.2標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

以X軸為沒(méi)食子酸濃度，Y軸為吸光度，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2.2.3單因素實(shí)驗(yàn)

以微波功率、提取時(shí)間、液料比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、螯合劑添加量5個(gè)因素進(jìn)行單因素設(shè)計(jì)，設(shè)定微波功率450 W、550 W、650 W、750 W、850 W、950 W；設(shè)定提取時(shí)間1 min、3 min、5 min、7 min、9 min；液料比15∶1、20∶1、25∶1、30∶1、35∶1、40∶1；乙醇體積分?jǐn)?shù)40%、50%、60%、70%、80%、90%；螯合劑SHMP、CAS、EDTA添加量分別0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%。分析各單因素對(duì)核桃青皮多酚提取率的影響。

2.2.4核桃青皮多酚提取響應(yīng)面優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取對(duì)核桃青皮多酚提取率影響顯著的微波功率、浸提時(shí)間、六偏磷酸鈉（SHMP）添加量3個(gè)因素，進(jìn)行三因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化研究，用Design Expert 8.06軟件對(duì)多酚提取率進(jìn)行二次多元回歸模型擬合分析。

3結(jié)果與分析

3.1標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制及回歸方程的建立

從圖1可知，其吸光度在765 nm處與沒(méi)食子酸濃度高度相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)R2=0.9996。

3.2單因素實(shí)驗(yàn)

3.2.1微波功率對(duì)核桃青皮多酚提取率的影響

由圖2可知，隨著微波功率的增大，核桃青皮多酚的提取率不斷增加，當(dāng)微波功率達(dá)到750 W時(shí)，多酚提取率達(dá)到最大，微波功率850 W時(shí)，多酚提取率趨于平緩，繼續(xù)增大微波功率到950 W時(shí)，多酚提取率降低。這主要是因?yàn)殡S著微波功率的逐漸增大，加熱速度逐漸升高，使得多酚與多糖、蛋白質(zhì)等一些大分子物質(zhì)結(jié)合穩(wěn)定性性變差，使多酚溶解度增大，提取率增加；但微波功率過(guò)大時(shí)，會(huì)使多酚結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重破壞，而且高功率的微波使得提取液揮發(fā)導(dǎo)致乙醇濃度降低而使多酚提取率降低[4]。

3.2.2提取時(shí)間對(duì)核桃青皮多酚提取率的影響

由圖3可知，無(wú)論是微波輔助提取，還是微波螯合劑雙輔助提取，均隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)多酚提取率呈上升趨勢(shì)，達(dá)到最大值后呈下降趨勢(shì)。這主要是因?yàn)樘崛r(shí)間太短，多酚不能充分溶解在提取液乙醇中；而提取時(shí)間太長(zhǎng)，容易使得多酚發(fā)生一些不可逆的化學(xué)反應(yīng)，如氧化、聚合等等，使溶液中多酚含量降低[5]。

3.2.3液料比對(duì)核桃青皮多酚提取率的影響

由圖4可知，無(wú)論是微波輔助提取、螯合劑輔助提取還是微波螯合劑雙輔助提取，液料比30：1時(shí)，多酚提取率達(dá)到最大。這主要因?yàn)橐毫媳忍r(shí)，多酚很容易就達(dá)到飽和，使得多酚不能充分溶解出來(lái)，在30∶1時(shí)，多酚溶解度達(dá)到最大飽和，繼續(xù)增大液料比，多酚提取率趨于平緩[6]，因此液料比30∶1比較合適。

3.2.4乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)核桃青皮多酚提取率的影響

由圖5可知，乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%時(shí)，多酚提取率最大，繼續(xù)加大乙醇體積分?jǐn)?shù)，多酚提取率反而下降。這主要是因?yàn)樘崛∫阂掖既芤嚎梢允苟喾优c核桃青皮組織中一些大分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)、多糖等之間的氫鍵和疏水鍵斷裂，從而使多酚溶解在乙醇溶液中；當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)70%時(shí)，乙醇極性與多酚極性差異極小，多酚溶出最多；但如果乙醇體積分?jǐn)?shù)太大，一些其他脂溶性物質(zhì)溶出增加，反而影響多酚的溶出[7]。

3.2.5螯合劑對(duì)核桃青皮多酚提取率的影響

由圖6可知，3種螯合劑均能提高核桃青皮多酚的提取率，并且都隨著螯合劑添加量的增加呈上升趨勢(shì)，達(dá)到最大值后均呈下降趨勢(shì)。這主要因?yàn)榻饘匐x子螯合劑能夠螯合提取液中與多酚結(jié)合的金屬離子，使多酚溶解在提取液乙醇中；但隨著螯合劑添加量的進(jìn)一步增加，螯合劑會(huì)與提取液中的水分子結(jié)合，從而使提取液乙醇的極性發(fā)生改變，多酚溶解度降低[8]。從圖中也可以看出SHMP添加量0.2%，CAS添加量0.3%，EDTA添加量0.4%時(shí)，核桃青皮多酚提取率最大，且SHMP添加量0.2%多酚提取率與CAS添加量0.3% 、EDTA添加量0.4%多酚提取率基本持平；因此從經(jīng)濟(jì)、工藝合理性等多方面考慮，其最佳螯合劑添加量為0.2%的SHMP。

3.3核桃青皮多酚提取工藝參數(shù)優(yōu)化

3.3.1響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

結(jié)合單因素的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用三因素三水平（微波功率：650 W、750 W、850 W；提取時(shí)間：5 min、7 min、9 min；六偏磷酸鈉添加量：0.1%、0.2%、0.3%）的響應(yīng)面分析，采用軟件Design Expert 8.06來(lái)處理分析數(shù)據(jù)，共17組試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表1。

3.3.2模型的建立及其顯著性檢驗(yàn)

利用Design Expert 8.06軟件對(duì)表1的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合分析，得出多酚提取率對(duì)微波功率（A）、提取時(shí)間（B）、六偏磷酸鈉添加量（C）的二次多項(xiàng)回歸模型為：

多酚提取=+3.93+0.32A+0.27B+0.073C+0.37AB+0.052AC+0.25BC-0.64A2-1.11B2-0.67C2。

對(duì)該二次多元回歸模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表2。

由表2方差分析可知，F(xiàn)回歸=11.7>F0.05=6.94，P<0.05，說(shuō)明回歸方程顯著，F(xiàn)失擬=5.680.05，表明失擬不顯著，說(shuō)明該方程對(duì)試驗(yàn)擬合情況較好，實(shí)驗(yàn)誤差較小，可以用該回歸方程對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。由單因素F值可知單因素對(duì)多酚提取量的影響順序?yàn)锳>B>C，即微波功率>提取時(shí)間>六偏磷酸鈉添加量；由P值可知，單因素B和C對(duì)測(cè)定多糖提取率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯著，而A不顯著；二次型A2、B2和C2均對(duì)測(cè)定多酚提取量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯著；交互項(xiàng)AB和AC顯著，而B(niǎo)C不顯著。

R2=0.9816，可知該模型的擬合度良好，校正擬合度R2Adj=0.9739與預(yù)測(cè)擬合度R2Pred=0.9698值比較相近，Adeq Precision=11.615其值遠(yuǎn)大于4，表明采用該響應(yīng)面法所得的回歸方程模型是可行的，可以對(duì)核桃青皮多酚提取優(yōu)化試驗(yàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)[9]。

3.3.3兩因素間的交互影響

根據(jù)表3的結(jié)果，做微波功率與提取時(shí)間、微波功率與六偏磷酸鈉、提取時(shí)間與六偏磷酸鈉之間交互作用的三維空間響應(yīng)面圖和等高線圖，如圖7-圖8。

由圖7可知，微波功率與提取時(shí)間、微波功率與六偏磷酸鈉添加量等高線圖的形狀是橢圓形，說(shuō)明這幾個(gè)因素之間交互作用顯著，而提取時(shí)間與六偏磷酸鈉添加量等高線圖的形狀是圓形，說(shuō)明這兩個(gè)因素交互作用不顯著[10]。

由圖8可知，擬合曲面有最大值，對(duì)回歸方程進(jìn)行分析，求出其核桃青皮多酚提取率理論最佳值為4.115%，其所對(duì)應(yīng)的最佳提取參數(shù)為：微波功率830 W，提取時(shí)間7.4 min，六偏磷酸鈉添加量為0.22%。

3.4驗(yàn)證性試驗(yàn)

為了驗(yàn)證模型結(jié)果的可靠性，在模型得到的最優(yōu)條件下進(jìn)行三次平行試驗(yàn)，核桃青皮多酚提取率為4.202%、4.118%、4.109%，平均得率為4.143%，與理論值相差0.028%，說(shuō)明該模型得到的工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠。

4結(jié)論

通過(guò)響應(yīng)面試驗(yàn)，建立了微波功率、浸提時(shí)間和液料比3因素3水平的回歸模型擬合方程，根據(jù)模型，對(duì)微波功率、提取時(shí)間、液料比對(duì)紅棗多糖提取率影響的交互作用的探討；得出最佳的提取工藝參數(shù)為：微波功率830 W、時(shí)間7.4 min、六偏磷酸鈉添加量0.22%、液料比30∶1、乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，此條件下， 核桃青皮多酚提取率為4.115%。

參考文獻(xiàn)：

[1]

萬(wàn)政敏.核桃青皮中多酚類(lèi)物質(zhì)及抗氧化性的分析[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

[2]左麗麗，王振寧，范梓鸞，等.植物多酚類(lèi)物質(zhì)及其功能研究進(jìn)展[J].中國(guó)林副特產(chǎn)，2012（5）：39～43.

[3]石碧，狄瑩.植物多酚[M].北京：科學(xué)出版社， 2000：50～63.

[4]周躍勇，王岸娜，吳立根.從獼猴桃中提取多酚的研究[J].食品研究與開(kāi)發(fā)，2007，28（3）：56～60.

[5]郭雄飛，倪慧，卿德剛，等.葡萄籽中多酚類(lèi)物質(zhì)的提取和純化工藝[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2009（4）：351～354.

[6]崔春蘭，鄭虎哲，顧立眾.響應(yīng)曲面分析法優(yōu)化蘋(píng)果渣中多酚類(lèi)物質(zhì)的果膠酶輔助提取工藝[J].現(xiàn)代食品科技，2013，29（9）：2235～2240.

[7]趙國(guó)建，席東亮，段江蓮.核桃青皮多酚提取工藝優(yōu)化[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2013 （4）：3～5.

[8]趙國(guó)建，王向東，王煥.提取方法對(duì)核桃青皮多酚提取效果的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（1）：351～355.

[9]王燕，鐘葵，林偉靜，等.響應(yīng)面法優(yōu)化微波輔助提取燕麥多酚[J].中國(guó)食品學(xué)報(bào)，2012，12（11）：69～76.

[10]董旭，杜先鋒.響應(yīng)面法優(yōu)化纖維素酶提取山核桃蒲多酚類(lèi)物質(zhì)[J].食品科學(xué)， 2013，34（4）：109～113.