蕨麻原汁兩種提取方法的最佳工藝比較

張晴，朱華平，*，李文釗，阮美娟，侯雅潔

（1.天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，教育部食品營養(yǎng)與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300457；2.天津食品安全低碳制造協(xié)同創(chuàng)新中心，天津300457；3.天津科技大學(xué)新農(nóng)村發(fā)展研究院，天津300457）

蕨麻，又名人參果，是鵝絨萎陵菜的塊根，屬薔薇科，是多年生草本植物。其分布極廣，橫跨歐亞美三洲北半球溫帶以及智利、新西蘭及塔斯馬尼亞島[1]。在我國，分布于東北、華北、西南、西北等地區(qū)，常生長于河岸、路邊、山坡草地，海拔 500 m～4 300 m[2]。

蕨麻中包含蛋白質(zhì)、膳食纖維等營養(yǎng)成分，與其他傳統(tǒng)的根莖類食物相比，其營養(yǎng)成分比例更為健康合理：含有豐富的蛋白質(zhì)和膳食纖維的同時(shí)，脂肪和碳水化合物的含量卻較低；此外，蕨麻含有鈣、磷、鉀等多種礦物元素，尤其是鈣含量相當(dāng)豐富，達(dá)到271.1mg/100 g，并且鈣磷的比例為0.82，接近國糧食及農(nóng)業(yè)組織（聯(lián)合 Food Agriculture Organization，F(xiàn)AO）推薦的1∶1，有利于人體對鈣磷的吸收[3]。

蕨麻中還含有黃酮類化合物、蕨麻多糖、蕨麻素等多種生物活性物質(zhì)。黃酮類化合物可積極地參與機(jī)體的氧化還原過程，一定程度上能防止腎上腺素的氧化，其藥理作用還包括抗腫瘤、性激素調(diào)節(jié)、抗氧化作用、抗心腦血管疾病等作用[4]；蕨麻多糖對細(xì)胞內(nèi)氧自由基、超氧陰離子均具有良好的清除作用，同時(shí)蕨麻多糖可起到降低血漿膽固醇水平，改善大腸功能、改善血糖生成等作用[5-13]；蕨麻素對化學(xué)性肝損傷有一定程度的保護(hù)作用[14]。

可見，蕨麻是一種不可多得的藥食兩用[15]的食材，既可以作為藥物來治病強(qiáng)身，又可作為食品以充饑，蕨麻逐漸成為食品研究開發(fā)關(guān)注的焦點(diǎn)。近幾年以蕨麻為原料開發(fā)的相關(guān)產(chǎn)品越來越多，其中蕨麻酒、蕨麻保健口服液、蕨麻飲料[16-22]等為主，蕨麻原汁提取工藝直接影響這些產(chǎn)品的品質(zhì)與效率，是關(guān)鍵步驟。為此，本文通過分析比較浸提法與磨漿離心法兩種提取原汁方法，以獲得更適合蕨麻原汁的提取方法。

1 原料、試劑及儀器

1.1 原料

蕨麻：青海土特產(chǎn)有限公司。

1.2 主要試劑

氫氧化鈉：天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；硝酸鋁：天津市永大化學(xué)試劑有限公司；無水乙醇：天津市富宇精細(xì)化工有限公司；亞硝酸鈉：天津市北方醫(yī)化學(xué)試劑廠，以上均為分析純。

1.3 主要儀器設(shè)備

SY-1-4恒溫水浴鍋：天津歐諾儀器儀表有限公司；MJ-BL25B2攪拌機(jī)：廣東美的生活電器制造有限公司；PAL-1手持式糖度計(jì)：Tokyo Tech.Award ATAGO；756MC紫外可見分光光度計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司；EX125DZH電子天平：奧豪斯儀器有限公司；JM222電子溫度計(jì)：天津今明儀器有限公司；600C型低速醫(yī)用離心機(jī)：北京白洋醫(yī)療器械有限公司。

2 方法

2.1 浸提工藝

2.1.1 浸提法單因素試驗(yàn)

2.1.1.1 浸提料液比的選擇

精確稱取干燥的蕨麻5 g，清洗瀝水，選擇浸提時(shí)間為 4 h，浸提溫度為 80 ℃，料液比分別為 1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70（g/mL），進(jìn)行不同料液比的浸提。浸提過程中不斷攪拌。浸提完畢，將浸提液過200目的尼龍布進(jìn)行過濾，得到濾液，量取濾液的體積，并分別檢測濾液中可溶性固形物與總黃酮含量并計(jì)算它們的得率。

2.1.1.2 浸提溫度的選擇

浸提的基本步驟與考核指標(biāo)不變，選擇浸提時(shí)間為 4 h，浸提料液比為 1∶20（g/mL），浸提溫度分別為50、60、70、80、90、100 ℃，進(jìn)行不同溫度的浸提。

2.1.1.3 浸提時(shí)間的選擇

浸提的基本步驟與考核指標(biāo)不變，選擇浸提溫度為 80℃，浸提料液比為 1∶20（g/mL），浸提時(shí)間分別為2、3、4、5、6、7、8、9 h，進(jìn)行不同浸提時(shí)間的浸提。

2.1.2 浸提法正交優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取浸提料液比、浸提溫度、浸提時(shí)間3個(gè)因素設(shè)計(jì)L9（34）正交試驗(yàn)優(yōu)化浸提法工藝參數(shù)，因素水平見表1，觀察指標(biāo)仍為可溶性固形物與總黃酮得率。

表1 浸提法正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test of extraction method

2.2 磨漿離心工藝

2.2.1 磨漿離心法單因素試驗(yàn)

2.2.1.1 磨漿料液比的選擇

精確稱取干燥的蕨麻5 g，清洗瀝水，然后放入燒杯內(nèi)加入50 mL的水，在室溫下浸泡[23]14 h。浸泡完畢，取出浸泡后的蕨麻，量取其浸泡液體積。再將浸泡液中加入水，使料液比分別為 1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70（g/mL），然后將浸泡液進(jìn)行加熱，加熱至100℃，將蕨麻與浸泡液進(jìn)行磨漿，磨漿時(shí)間為8 min。將磨漿好的蕨麻原汁進(jìn)行離心（4 000 r/10 min），取其上清液，測量其體積，分別檢測濾液中可溶性固形物與總黃酮含量并計(jì)算它們的得率。

2.2.1.2 磨漿用水溫度的選擇

磨漿離心的基本步驟與考核指標(biāo)不變，將浸泡液中加入水，使料液比為1∶30（g/mL），然后將浸泡液進(jìn)行加熱，分別加熱至 60、70、80、90、100 ℃，將蕨麻與浸泡液進(jìn)行磨漿，磨漿時(shí)間為8 min。

2.2.1.3 磨漿時(shí)間的選擇

磨漿離心的基本步驟與考核指標(biāo)不變，將浸泡液中加入水，使料液比為1∶30（g/mL），然后將浸泡液進(jìn)行加熱，加熱至100℃，將蕨麻與浸泡液進(jìn)行磨漿，磨漿時(shí)間分別為 6、8、10、12、14 min。

2.2.2 磨漿離心法工藝正交優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取磨漿料液比、磨漿用水溫度、磨漿時(shí)間3個(gè)因素設(shè)計(jì)L9（34）正交試驗(yàn)優(yōu)化磨漿離心法工藝參數(shù)，因素水平見表2，觀察指標(biāo)仍為可溶性固形物與總黃酮得率。

表2 磨漿離心法正交試驗(yàn)因素水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal test of grinding slurrycentrifugation method

2.3 觀察檢測方法

2.3.1 可溶性固形物

檢測方法：使用折光計(jì)測量折光。

可溶性固形物得率計(jì)算方法見公式1：

2.3.2 總黃酮

檢測方法：分光光度法。

式中：C為從蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出的試樣中黃酮類化合物的質(zhì)量濃度，mg/mL；V1為浸提液總體積，mL；V2為測定時(shí)所取樣品提取液體積，mL；m為樣品質(zhì)量，g；10 為顯色定容體積，mL。

3 結(jié)果與分析

3.1 蕨麻總黃酮標(biāo)液的標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。

蕨麻總黃酮標(biāo)液的標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。

圖1 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Rutin standard line

標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程：y=0.193 6x+0.019 6，R2=0.999 2。

3.2 浸提法提取蕨麻原汁工藝條件的確定

3.2.1 浸提法單因素試驗(yàn)

3.2.1.1 料液比的選擇

選擇浸提溫度為80℃，浸提時(shí)間為4 h，進(jìn)行不同料液比的浸提，結(jié)果如圖2所示。

圖2 浸提法的料液比對蕨麻原汁的影響Fig.2 Effect of extraction solid-liquid ratio on Potentilla anserine L.juice

由圖2可以看出，可溶性固形物得率，在1∶10（g/mL）到 1∶20（g/mL）呈上升趨勢，并在 1∶20（g/mL）處達(dá)到最高，在 1∶20（g/mL）到 1∶70（g/mL）之間呈下降趨勢，并在1∶70（g/mL）處可溶性固形物得率達(dá)到最低，其原因可能是在料液比為1∶20（g/mL）處，可溶性固形物溶解達(dá)到最多，隨著料液比的上升，可溶性固形物的濃度降低，已溶解的可溶性固形物不利于未溶解的可溶性固形物溶解，可溶性固形物的含量降低，因此其得率逐漸下降；總黃酮得率在料液比在 1∶10（g/mL）到 1∶50（g/mL）之間呈上升趨勢，并在 1∶50（g/mL）處達(dá)到最高，在1∶50（g/mL）到 1∶70（g/mL）之間則呈下降趨勢，原因可能是總黃酮含量隨著料液比的增多，其溶解的越多，在 1∶50（g/mL）處其得率達(dá)到最高，當(dāng)料液比大于1∶50（g/mL）時(shí)，總黃酮質(zhì)量濃度下降，已浸出的黃酮不利于未浸出的黃酮的協(xié)同浸提[24]，總黃酮含量降低，因此總黃酮得率下降。因兩個(gè)考核指標(biāo)的得率最高處的料液比不同，因此綜合兩個(gè)指標(biāo)選定料液比1∶20、1∶35、1∶50（g/mL）作為料液比考察范圍。

3.2.1.2 溫度的選擇

選擇浸提料液比為 1∶20（g/mL），浸提時(shí)間為 4 h，進(jìn)行不同浸提溫度的浸提，結(jié)果如圖3所示。

圖3 浸提法的浸提溫度對蕨麻原汁的影響Fig.3 Effect of extraction temperature extraction on Potentilla anserine L.juice

由圖3可以看出，可溶性固形物得率，在50℃到100℃之間基本呈上升趨勢，在50℃到60℃上升趨勢快，在60℃到80℃之間基本保持不變，在90℃達(dá)到最高，在100℃下降，原因可能是隨著溫度的上升，可溶性固形物的溶解度不斷增加，在溫度為90℃時(shí)，可溶性固形物的溶解度達(dá)到最高；總黃酮得率在50℃到90℃之間呈上升趨勢，在90℃到達(dá)最高，在100℃下降，原因可能是隨著溫度的上升，總黃酮含量逐漸增加，但在100℃時(shí)溫度過高，導(dǎo)致總黃酮遭到破壞，并且經(jīng)濟(jì)成本高，因此選定70℃到90℃作為考察范圍。

3.2.1.3 浸提時(shí)間的選擇

選擇浸提料液比為1∶20（g/mL），浸提溫度為80℃，進(jìn)行不同浸提時(shí)間的浸提，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可以看出，可溶性固形物得率隨著浸提時(shí)間的增加，其得率呈上升趨勢，并在9 h處達(dá)到最高，而總黃酮得率在2 h～4 h之間呈上升趨勢，在4 h處達(dá)到最高，在4 h～5 h之間極速下降，并在5 h～9 h之間得率基本上保持不變。原因可能是總黃酮隨著浸提時(shí)間的增加，其得率也呈上升趨勢，在浸提4 h之后，總黃酮在水中的溶解度達(dá)到最高；后又隨著時(shí)間增加，由于浸提時(shí)間過長，總黃酮加熱時(shí)間過長，其物質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到破壞[25]，導(dǎo)致其得率降低。

圖4 浸提法的浸提時(shí)間對蕨麻原汁的影響Fig.4 Effect of the extraction extraction time on Potentilla anserine L.juice

3.2.2 浸提法條件的優(yōu)化

浸提法工藝正交優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果見表3，方差分析見表4。

表3 浸提法正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Orthogonal test results of extraction

表4 浸提法正交方差分析表Table 4 Orthogonal analysis of variance by extraction

綜合得分=可溶性固形物得率×0.278+總黃酮得率×0.722

由表3可以看出，浸提料液比、浸提溫度、浸提時(shí)間對綜合得分的影響順序?yàn)榻釡囟龋窘崃弦罕龋窘釙r(shí)間，浸提溫度對綜合得分有顯著影響，觀察K值可得出最佳的工藝參數(shù)為A2B3C2，即浸提料液比為1∶35（g/mL），浸提溫度為 90 ℃，浸提時(shí)間為 4 h。經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)，可溶性固形物得率為36.45%，總黃酮得率為4.49%。

3.3 磨漿離心法提取蕨麻原汁工藝條件的確定

3.3.1 磨漿離心法單因素試驗(yàn)

3.3.1.1 料液比的選擇

選擇磨漿用水溫度為100℃，磨漿時(shí)間為8 min，進(jìn)行不同料液比的磨漿，結(jié)果如圖5所示。

圖5 磨漿離心法的料液比對蕨麻原汁的影響Fig.5 Effect of grinding slurry-centrifugation method solid-liquid ratio on Potentilla anserine L.juice

由圖5可以看出，可溶性固形物得率，在1∶30（g/mL）到 1∶50（g/mL）之間呈上升趨勢，在 1∶50（g/mL）處達(dá)到最高，在 1∶50（g/mL）到 1∶70（g/mL）之間呈下降趨勢；同樣，總黃酮得率，在 1∶30（g/mL）到 1∶50（g/mL）之間呈上升趨勢，在 1∶50（g/mL）處達(dá)到最高，在 1∶50（g/mL）到1∶70（g/mL）之間呈下降趨勢，原因和圖 1 一樣，隨著料液比的增大，可溶性固形物和總黃酮溶解度逐漸增大，當(dāng)料液比達(dá)到1∶50（g/mL）時(shí)，兩者的溶解度達(dá)到最大，當(dāng)料液比逐漸增大，可溶性固形物和總黃酮質(zhì)量濃度下降，已浸出的可溶性固形物和黃酮不利于未浸出的可溶性固形物和黃酮的協(xié)同浸提，因此可溶性固形物和總黃酮含量降低，因此兩者的得率下降。因此選定料液比 1∶40（g/mL）～1∶60（g/mL）作為考察范圍。

3.3.1.2 溫度的選擇

選擇料液比為 1∶30（g/mL），磨漿時(shí)間為 8 min，進(jìn)行不同用水溫度的磨漿，結(jié)果如圖6所示。

由圖6可以看出，可溶性固形物得率一直呈上升趨勢，在80℃時(shí)達(dá)到100℃時(shí)基本保持不變，增長趨勢緩慢，原因可能是可溶性固形物在80℃時(shí)溶解度基本達(dá)到最高，雖然溫度升高，但其得率基本保持不變；總黃酮得率也一直呈上升趨勢，在80℃到100℃增長緩慢，其原因也可能是總黃酮得率在80℃時(shí)基本達(dá)到最高。但出于經(jīng)濟(jì)成本考慮，選擇磨漿溫度為70℃～90℃作為考察范圍。

圖6 磨漿離心法的用水溫度對蕨麻原汁的影響Fig.6 Effect of grinding slurry-centrifugation method water temperature on Potentilla anserine L.juice

3.3.1.3 時(shí)間的選擇

選擇磨漿用水溫度為100℃，磨漿料液比為1∶30（g/mL），進(jìn)行不同磨漿時(shí)間的磨漿，結(jié)果如圖7所示。

圖7 磨漿離心法的磨漿時(shí)間對蕨麻原汁的影響Fig.7 Effect of grinding slurry-centrifugation method grinding slurry time on Potentilla anserine L.juice

根據(jù)圖7可以得到，隨著磨漿時(shí)間的延長，可溶性固形物得率先上升，然后在10 min時(shí)達(dá)到最高，在12 min和14 min處基本與10 min處持平，原因可能是隨著磨漿時(shí)間的增長，可溶性固形物增多，在磨漿10 min時(shí)，原汁中可溶性固形物含量達(dá)到最高，隨著磨漿時(shí)間的延長，可溶性固形物得率基本保持不變，從總黃酮得率來看，總黃酮得率先下降后上升，然后在10 min處得率達(dá)到最高，在10 min到14 min呈下降趨勢，原因可能是隨著磨漿時(shí)間的增長，總黃酮物質(zhì)的溶解度越來越高，在10 min處總黃酮物質(zhì)的溶解度達(dá)到最高，但由于磨漿時(shí)間過長，磨漿過度，導(dǎo)致蕨麻原汁中的總黃酮物質(zhì)遭到破壞，總黃酮得率則降低。因此選定磨漿時(shí)間8 min～12 min作為考察范圍。

3.3.2 磨漿離心法條件的優(yōu)化

磨漿離心法工藝正交優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果見表5，方差分析見表6。

表5 磨漿離心法正交試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of orthogonal test of grinding slurrycentrifugation method

表6 磨漿離心法正交方差分析表Table 6 Orthogonal analysis of variance by grinding slurrycentrifugation method

綜合得分=可溶性固形物得率×0.278+總黃酮得率×0.722

由表5可以得出，從可溶性固形物得率方面來看，磨漿料液比、磨漿用水溫度、磨漿時(shí)間對蕨麻原汁的影響順序?yàn)槟{用水溫度＞磨漿料液比＞磨漿時(shí)間，磨漿用水溫度對蕨麻原汁有顯著影響，觀察K值可得出磨漿離心法最佳工藝參數(shù)為A3B3C2，即磨漿料液比為1∶60（g/mL），磨漿用水溫度為 90 ℃，磨漿時(shí)間為10 min，此時(shí)可溶性固形物得率為75.46%，總黃酮得率為17.83%。

4 兩種蕨麻原汁制備方法的最佳工藝參數(shù)比較

根據(jù)以上的試驗(yàn)結(jié)果，在兩種方法的最佳工藝條件下提取蕨麻原汁的結(jié)果如表7所示。

比較兩種原汁制備方法的最佳工藝，在可溶性固形物得率方面，磨漿離心法比浸提法高出一倍多，而在總黃酮得率方面，磨漿離心法比浸提法高出4倍多。因此可以得出，磨漿離心法得出的功能性成分更多，可將蕨麻中的功能性成分和營養(yǎng)物質(zhì)更多的提取出來，而浸提法，加熱時(shí)間長，成本高，也在一定程度上將蕨麻中營養(yǎng)成分破壞。因此比較兩種提取原汁方法，磨漿離心法來獲取蕨麻原汁效果更好。

表7 兩種提取方法的比較結(jié)果Table 7 Comparison results of two extraction methods

5 結(jié)論

通過研究可知，浸提法最佳工藝為浸提料液比為1∶35（g/mL），浸提溫度為 90 ℃，浸提時(shí)間為 4 h，可溶性固形物得率為36.45%，總黃酮得率為4.49%；磨漿離心法的最佳工藝為磨漿料液比為1∶60（g/mL），磨漿用水溫度為90℃，磨漿時(shí)間為10 min，此時(shí)可溶性固形物得率為75.46%，總黃酮得率為17.83%。磨漿離心法與浸提法的最佳工藝相比，采用磨漿離心法提取蕨麻原汁能夠?qū)⑥橹锌傸S酮、可溶性固形物等大多數(shù)功能性物質(zhì)提取出來，提取效果好，是一種較理想的蕨麻原汁提取的新工藝。

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