微波輔助提取馬鈴薯多酚的工藝

楊轉(zhuǎn)萍

蘭州信息科技學(xué)院（蘭州 730050）

馬鈴薯又稱洋芋、土豆，其產(chǎn)量高、營養(yǎng)豐富，是糧、菜、飼、工業(yè)原料兼用的農(nóng)作物，含有多種維生素、鈣等微量元素和豐富的酚類物質(zhì)，成為日常飲食中抗氧化活性物質(zhì)的來源[1]。馬鈴薯塊莖中總酚含量在0.11%～0.13%之間（以干重計），芽中含量達0.18%[2]，其中90%左右為綠原酸。馬鈴薯中的多酚類物質(zhì)是其重要的次級代謝產(chǎn)物，約有50%存在于馬鈴薯的皮和皮層之間，且越靠近中心濃度越低[3]。植物多酚是多羥基酚類化合物的總稱，廣泛存在于植物的葉、殼、果肉及種皮中。國內(nèi)外大量研究表明，植物多酚具有抗氧化、抗心腦血管疾病、抗癌、抑菌消炎、防曬祛斑、抗衰老、降血脂和降血糖等保健作用。近年來相關(guān)研究多集中在多酚氧化酶的研究，對于馬鈴薯多酚的提取分離缺乏系統(tǒng)研究。吳文標(biāo)等[4]對馬鈴薯多酚類化合物的組成成分進行分析。周勝男等[2]對超聲波輔助法提取馬鈴薯多酚進行研究。微波輻射具有較強的穿透性，可用于天然藥物成分的提取，尤其對熱敏性成分的浸提極為有效，隨著微波技術(shù)的快速發(fā)展，微波提取被應(yīng)用于中草藥有效成分、茶多酚及竹葉黃酮的提取中[5]。試驗以馬鈴薯為原料，研究微波萃取法提取馬鈴薯多酚的工藝，為更好地開發(fā)利用馬鈴薯提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮馬鈴薯（購自龔家灣菜市場）。

1.2 試劑

福林酚試劑（合肥千盛生物科技有限公司）；沒食子酸標(biāo)準品（純度≥98%，合肥博美生物公司）；碳酸鈉（AR）、無水乙醇（AR），其他均購自天津致遠化學(xué)試劑有限公司。

1.3 儀器與設(shè)備

臺式高速冷凍離心機（TGL16M，上海趙迪生物科技有限公司）；分析天平（WT5002，杭州萬特衡器有限公司）；數(shù)顯恒溫水浴鍋（HH-4A，廣州國華電器有限公司）；美的微波爐（X3-233A，廣東美的微波爐制造有限公司）；超聲波清洗器（KQ5200DE，東莞市科橋超聲波設(shè)備有限公司）；紫外可見分光光度計（UV-5100B，上海元析儀器有限公司）。

1.4 試驗方法

1.4.1 原料預(yù)處理

將馬鈴薯清洗干凈，去皮，并將其切成4 mm左右的小塊，加入少量70%乙醇，浸泡30 min后搗碎至漿狀。

1.4.2 馬鈴薯多酚不同提取方法的比較

馬鈴薯多酚不同提取方法的比較見表1。

表1 不同方法比較

1.4.3 微波輔助提取法單因素試驗

準確稱取1 g馬鈴薯樣品，放入具塞三角燒瓶，加入溶劑，在固定其他條件不變的情況下進行微波協(xié)同萃取，研究不同微波功率、提取時間、料液比、乙醇體積分數(shù)、離心溫度對馬鈴薯中多酚得率的影響。

1.4.4 正交試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選定料液比、乙醇體積分數(shù)、微波功率、提取時間作為考察因素，以馬鈴薯中多酚得率為試驗指標(biāo)，選用L9(34)正交表進行正交試驗，研究4個因素的交互作用對馬鈴薯多酚得率的影響，因素水平設(shè)計表見表2。

表2 因素水平

1.4.5 總酚含量的測定

1.4.5.1 沒食子酸標(biāo)準溶液的配制

精確稱取0.010 g沒食子酸標(biāo)準樣品（沒食子酸使用前于105 ℃烘干至恒重），溶解于蒸餾水中并定容至100 mL，得質(zhì)量濃度為0.1 mg/mL的標(biāo)準溶液。取5 mL此液，用蒸餾水定容至10 mL，得質(zhì)量濃度為0.05 mg/mL的標(biāo)準溶液[2]。

1.4.5.2 總酚標(biāo)準曲線的制作

準確量取0，0.2，0.4，0.6，0.8和1.0 mL上述0.05 mg/mL的標(biāo)準液于10 mL比色管中，加入0.5 mL福林酚試劑，充分振蕩后靜置3～4 min，再分別加入0.5 mL 10%碳酸鈉溶液，用蒸餾水定容至10 mL，搖勻，在25 ℃恒溫水浴中反應(yīng)1 h，以空白試劑為對照，在765 nm下測定吸光度[6]。

結(jié)果表明，總酚回歸方程為y=107.28x+0.010 1，R2=0.998 4。馬鈴薯多酚溶液在0.001～0.005 mg/mL濃度范圍內(nèi)呈良好線性關(guān)系。

1.4.5.3 樣品總酚含量的測定

吸取1 mL待測樣液，加入0.5 mL福林酚試劑，充分振蕩后靜置3～4 min，加入10%碳酸鈉溶液，定容至10 mL，搖勻置于25 ℃恒溫水浴中反應(yīng)1 h，以空白試劑為對照，在765 nm下測定吸光度，按式（1）計算總酚得率。

2 結(jié)果與分析

2.1 提取方法的篩選

由表3可以看出，在4種不同提取方法中，微波輔助提取法的效果最佳。因為微波提取是高頻電磁波穿透萃取媒質(zhì)，到達被提取物料的內(nèi)部，微波能迅速轉(zhuǎn)化為熱能，使細胞內(nèi)部溫度快速上升，當(dāng)細胞內(nèi)部壓力超過細胞壁承受能力時，細胞破裂，細胞內(nèi)有效成分自由流出，在較低的溫度下溶解于提取介質(zhì)。且在微波輻射作用下被提取物料成分加速向提取溶劑界面擴散，從而使提取速率提高，同時還降低提取溫度，最大限度保證提取的質(zhì)量。

表3 不同提取方法比較

2.2 單因素試驗

2.2.1 不同料液比對馬鈴薯多酚得率的影響

對于同一種提取試樣，提取溶劑的用量因物料而有較大變動。一般物料和萃取劑之比在1∶1～1∶20（g/mL）的范圍內(nèi)選擇。

由圖1分析可知，隨著液體比例增加，馬鈴薯多酚得率也在增長，但料液比到1∶15（g/mL）時，馬鈴薯多酚得率達到最高。由此可知，液體占比大于1∶15（g/mL）時，得率下降?？赡苁怯捎谝后w占比增加，增大了傳質(zhì)阻力，其次某些醇溶性成分溶出，同時液體占比過大也會造成溶劑和能源的浪費，并給后續(xù)工作帶來困難[2]。因此，選定料液比1∶10，1∶15和1∶20（g/mL）為正交試驗的水平。

圖1 料液比對馬鈴薯多酚得率的影響

2.2.2 不同乙醇體積分數(shù)對馬鈴薯多酚得率的影響

由圖2分析可知，隨著乙醇體積分數(shù)增加，馬鈴薯多酚得率也在增長。乙醇體積分數(shù)60%時，馬鈴薯多酚得率最高；乙醇體積分數(shù)大于60%時，某些脂溶性雜質(zhì)的溶出，導(dǎo)致多酚得率下降，其次水分是吸收微波能最好的介質(zhì)，所以料液中的水分對提取效果也會產(chǎn)生影響。試驗選定乙醇體積分數(shù)50%，60%和70%為正交試驗水平。

圖2 乙醇體積分數(shù)對馬鈴薯多酚得率的影響

2.2.3 不同微波功率對馬鈴薯多酚得率的影響

由圖3分析可知，隨著微波功率的增加，馬鈴薯多酚得率呈上升趨勢。在一定時間內(nèi)，微波功率越高，體系升溫越快，固液擴散速度也越快，使細胞破裂加劇，有利于物料中有效成分的浸出[7]。但微波功率增大到一定程度會造成局部溫度過高，則容易使多酚類物質(zhì)分解，因此試驗選定微波功率300，400和500 W為正交試驗水平。

圖3 微波功率對馬鈴薯多酚得率的影響

2.2.4 不同提取時間對馬鈴薯多酚得率的影響

微波連續(xù)處理時間與試樣質(zhì)量、溶劑體積和加熱功率有關(guān)，通常在10～100 s，對于不同物質(zhì)，最佳萃取時間不同。連續(xù)輻照時間也不可太長，否則容易引起溶劑的溫度太高，造成不必要的浪費，還會帶走目標(biāo)產(chǎn)物，降低產(chǎn)率[8]。

由圖4分析可知，微波提取時間60 s時，馬鈴薯的多酚得率最高。隨著提取時間的延長，多酚得率逐漸下降，可能是因為提取時間增長使得多酚類物質(zhì)部分氧化降解，從而導(dǎo)致馬鈴薯多酚得率下降。因此馬鈴薯多酚的最佳提取時間為60 s。試驗選定提取時間50，60和70 s為正交試驗的水平。

圖4 不同提取時間對馬鈴薯多酚得率的影響

2.2.5 不同離心溫度對馬鈴薯多酚得率的影響

提取液離心時，轉(zhuǎn)頭和轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子和離心桶之間、離心桶內(nèi)的樣品之間會因摩擦產(chǎn)生熱量，離心速度越高，摩擦產(chǎn)生的熱量越大，如果不控制溫度，所離心的樣品有可能因高溫而失去活性。

由圖5分析可知，隨著離心溫度升高，馬鈴薯的多酚得率呈下降趨勢，可能是由于隨著離心溫度升高，部分馬鈴薯多酚活性喪失，使提取得率下降，因此試驗中離心溫度應(yīng)控制在4 ℃。

圖5 離心溫度對馬鈴薯多酚得率的影響

2.3 正交試驗

由表4極差分析可得，各個因素對馬鈴薯多酚提取效果的影響順序為微波功率＞料液比＞乙醇體積分數(shù)＞提取時間。其最優(yōu)組合為A2B3C2D2，即料液比1∶15（g/mL）、乙醇體積分數(shù)70%、提取時間60 s、微波功率400 W。

表4 正交試驗結(jié)果

通過表5可知，微波功率、料液比對多酚得率的提取工藝在水平0.01上有顯著影響，乙醇體積分數(shù)在0.05水平有顯著影響，而提取時間對試驗影響較小。

表5 方差分析表

2.4 驗證試驗

按得出的多酚最佳提取條件進行重復(fù)驗證試驗，其結(jié)果見表6。在最佳提取條件下，3次提取所得的多酚得率均值為2.587 mg/g。

表6 驗證試驗

3 結(jié)論

通過比較有機溶劑浸提法、水提取法、微波輔助提取法、超聲波輔助提取法4種不同提取方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)微波輔助提取效果較好。

通過單因素試驗和正交試驗得出，各因素對馬鈴薯多酚提取效果的影響順序為微波功率＞料液比＞乙醇體積分數(shù)＞提取時間。微波輔助法提取馬鈴薯多酚的最佳工藝條件為料液比1∶15（g/mL）、乙醇體積分數(shù)70%、提取時間60 s、微波功率400 W。

該工藝不但能提高馬鈴薯多酚得率，還能減少資源浪費，增加其附加值。