閃式提取法提取羅漢果多酚

劉 燦，榮永海，王志濱，榮 龍,*

(1.北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，北京 100191；2.廣西北航工程技術(shù)研究院，廣西 南寧 530022)

閃式提取法提取羅漢果多酚

劉 燦1，榮永海1，王志濱2，榮 龍1,*

(1.北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，北京 100191；2.廣西北航工程技術(shù)研究院，廣西 南寧 530022)

為建立高效、便捷的羅漢果多酚的提取工藝，采用閃式法提取羅漢果多酚，并利用響應(yīng)面分析法確定羅漢果多酚的最佳提取條件為液料比25:1(mL/g)、電壓153V、溫度8.5℃、時(shí)間3.5min，在此條件下羅漢果多酚的提取率達(dá)到2.73%。本研究建立了閃式提取法提取羅漢果多酚的數(shù)學(xué)模型，并得到了最佳的提取條件。

羅漢果；多酚；閃式提?。豁憫?yīng)面分析法

羅漢果(Siraitia grosvenorii)系葫蘆科藤本植物，廣泛分布于廣西桂北地區(qū)[1]。羅漢果作為傳統(tǒng)的藥食兩用植物，有清熱潤(rùn)肺、滑腸通便等藥效[2]。羅漢果中含有多種活性成分如黃酮、多糖、甜甙和多酚等。多酚類成分作為羅漢果重要的功能性成分之一，主要包括5-羥基麥芽酚[3]、山萘酚、厚樸酚[4]，它們能清除機(jī)體自由基、消炎、抗腫瘤，具有很好的醫(yī)療保健作用[5]，并且羅漢果多酚還具有抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的功能，作為天然的食品防腐劑和抗氧化劑，不僅能保持食品的風(fēng)味，還能提升食品的質(zhì)量和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[6]，具有廣闊的應(yīng)用前景。

多酚類化合物還原性強(qiáng)、易降解[7]是其應(yīng)用中的最大問題，因此快速、高效的提取方法是有效降低羅漢果多酚在生產(chǎn)過(guò)程中被降解的關(guān)鍵。閃式提取法(閃提)是一項(xiàng)較新的提取技術(shù)[8]，其原理是在適當(dāng)溶劑下，利用高速機(jī)械剪切力和超速動(dòng)態(tài)分子滲透作用，迅速破壞細(xì)胞組織，使組織細(xì)胞內(nèi)部的化學(xué)成分(或有效成分)迅速達(dá)到組織內(nèi)外平衡，從而達(dá)到快速提取的目的。本研究選取閃提法作為提取手段，并運(yùn)用響應(yīng)面法對(duì)提取條件進(jìn)行優(yōu)化，旨在通過(guò)上述方法確立快速、高效的提取羅漢果多酚工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

羅漢干果購(gòu)自藥店。聚酰胺樹脂 遼寧丹東化工三廠；福林-酚試劑(分析純)、沒食子酸(分析純) 國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司；其他試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純；實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

1.2 儀器與設(shè)備

JHBE-50S閃式提取器 河南金鼎科技有限公司；SP-756P紫外-可見光分光光度計(jì) 上海光譜儀器有限公司；MARK 120A分析天平 意大利貝爾公司；HH-2恒溫水浴鍋 江蘇榮華儀器制造有限公司；RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 多酚的檢測(cè)

采用福林-酚比色法[9]：精確配制質(zhì)量濃度為463 μg/mL沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)液，分別取體積為20、50、100、150、200、250μL的沒食子酸母液加到10mL比色管中，然后依次加入0.5mL 1mol/L福林-酚溶液，1.5mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26.7%的碳酸鈉，用超純水定容至10mL，室溫反應(yīng)2h，760nm波長(zhǎng)處測(cè)吸光度。得到吸光度A與沒食子酸質(zhì)量濃度C/(μg/mL)的回歸方程為A=0.0915C+0.0461 (R2=0.9991)；取提取液5mL，用45μm濾膜過(guò)濾，濾液進(jìn)行紫外檢測(cè)，將多酚樣品的吸光度代入該回歸方程即可求得多酚質(zhì)量濃度，多酚質(zhì)量=多酚質(zhì)量濃度×提取液的總體積。

1.3.2 羅漢果多酚的提取和分離

前處理：分離羅漢果果核和果皮，將果皮放置于干燥箱中60℃干燥備用。

提取與分離工藝：羅漢果干果皮→粉碎至60目→閃提→離心→上清液(調(diào)pH3)→聚酰胺色譜柱→乙醇(75%)洗脫→濃縮→真空干燥→多酚樣品。以1.3.1節(jié)方法檢測(cè)得到的多酚質(zhì)量，多酚提取率/%=多酚質(zhì)量/羅漢果果皮質(zhì)量×100。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

在預(yù)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取閃提時(shí)間、閃提溫度(用恒溫水浴控制)、閃提電壓(與轉(zhuǎn)速成正比)和液料比作為考察因素，精確稱取一定量的羅漢果干果皮，以多酚提取率為指標(biāo)進(jìn)行系列的單因素試驗(yàn)。

1.3.4 閃提條件優(yōu)化

依據(jù)單因素分析的結(jié)果，按照Box-Behnken設(shè)計(jì)方法，選取閃提溫度、液料比和閃提電壓作為自變量，以多酚提取率作為響應(yīng)值，借助Design Expert 6.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次回歸擬合，分析各因素的主效應(yīng)和交互效應(yīng)，建立閃提多酚條件的響應(yīng)面模型，優(yōu)化閃提條件。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 提取時(shí)間對(duì)多酚提取率的影響

圖1 提取時(shí)間對(duì)多酚提取率的影響Fig.1 Effect of extraction time on polyphenols yield

閃提條件：液料比15:1(mL/g)，溫度25℃，電壓135V，結(jié)果如圖1所示。在0.5～2.0min時(shí)，多酚提取率隨時(shí)間而增大，閃提具有快速提取的特點(diǎn)，在3.5min以后提取率基本保持不變，因此確定提取時(shí)間為3.5min。

2.1.2 提取溫度對(duì)多酚提取率的影響

圖2 提取溫度對(duì)多酚提取率的影響Fig.2 Effect of extraction temperature on polyphenols yield

由圖2可知，在時(shí)間3.5min、電壓135V、液料比15:1(mL/g)的條件下，隨溫度的變化，多酚提取率在15℃達(dá)到峰值，進(jìn)一步升高溫度反而會(huì)降低提取率，說(shuō)明升高溫度在提高溶劑的萃取能力的同時(shí)也會(huì)加快多酚的氧化降解。故選取15℃左右作為響應(yīng)分析的考察范圍。

2.1.3 閃提電壓對(duì)多酚提取率的影響

圖3 閃提電壓對(duì)多酚提取率的影響Fig.3 Effect of flash extraction voltage on polyphenols yield

如圖3所示，在液料比15:1(mL/g)、時(shí)間3.5min、溫度15℃條件下，隨閃提電壓的增大，多酚提取率顯著提升，當(dāng)閃提電壓超過(guò)160V后，提取率的變化不明顯。因此，選取160V作為響應(yīng)面分析的上限值。

2.1.4 液料比對(duì)多酚提取率的影響

以時(shí)間3.5min、溫度15℃、電壓135V作為提取條件。從圖4可知，液料比達(dá)到25:1(mL/g)以后，進(jìn)一步提高液料比并不能顯著提升提取率，反而會(huì)增大提取液體積，提高后續(xù)分離純化的成本，所以液料比選在25:1(mL/g)左右較為合適。

圖4 液料比對(duì)多酚提取率的影響Fig.4 Effect of the ratio of water to materials on polyphenols yield

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化閃提條件

參考單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定提取時(shí)間為3.5min，選取提取溫度、液料比和閃提電壓3個(gè)因素，以－1、0、1代表自變量的高、中、低水平，進(jìn)行Box-Behnken優(yōu)化分析[10]。因素水平和試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果如表1、2所示。

表1 響應(yīng)面分析因素與水平Table1 Factors and levels of Box-Behnken experiment

表2 響應(yīng)面分析設(shè)計(jì)和結(jié)果Table2 Box-Behnken experimental design and results

以羅漢果多酚的提取率(Y)作為響應(yīng)值，以提取溫度(A)、液料比(B)、閃提電壓(C)作為自變量，利用Design Expert 6.0對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了二次多項(xiàng)回歸擬合，得到回歸方程如下：

Y=2.35－0.11A+0.36B+0.26C－0.18A2－0.13B2－0.18C2－0.04AB－0.08AC－0.042BC

響應(yīng)面模型的方差分析見表3，模型的F值為25.83 (P＜0.01)，說(shuō)明整體模型高度顯著，模型的R2Adj= 0.933，說(shuō)明該模型能解釋93.3%響應(yīng)值的變化；R2= 0.97，表明該模型的擬合程度較好，可以用該模型分析和預(yù)測(cè)多酚的提取率[11-12]。

從因變量的方差分析可知，模型一次項(xiàng)A、B、C和二次項(xiàng)A2、B2、C2對(duì)多酚提取率具有顯著的影響，但因素間的交互作用不顯著。依據(jù)FA=11.08、FB=114.27、FC=60.91，可知各因素對(duì)多酚提取率影響大小的關(guān)系為液料比＞閃提電壓＞閃提溫度。

表3 響應(yīng)模型方差分析表Table3 Analysis of variance table

圖5 閃提電壓與提取溫度對(duì)多酚提取率影響的響應(yīng)面圖Fig.5 Response surface plots showing the effect of voltage (C) and temperature (A) on polyphenols yield

圖5 的結(jié)果顯示，閃提電壓對(duì)多酚提取率的影響較溫度大，電壓的提高會(huì)促進(jìn)物料細(xì)胞壁的破裂，有利于多酚釋放到溶液中去。

從圖6的結(jié)果可知，在閃提電壓一定的條件下，多酚提取率與液料比呈正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明液料比的提高也有利于多酚向溶液中轉(zhuǎn)移。

圖6 閃提電壓與液料比對(duì)多酚提取率影響的響應(yīng)面圖Fig.6 Response surface plots showing the effect of voltage (C) and ratio of water to material (B) on polyphenols yield

圖7 液料比與溫度對(duì)多酚提取率影響的響應(yīng)面圖Fig.7 Response surface plots showing the effect of ratio of water to material (B) and temperature (A) on polyphenols yield

圖7 的結(jié)果顯示多酚提取率與溫度呈近似二次關(guān)系，多酚提取率的變化趨勢(shì)為先上升后降低。溫度對(duì)多酚提取率有正反兩方面的影響，這時(shí)因?yàn)闇囟鹊纳呃诙喾拥娜芙夂蛡髻|(zhì)同時(shí)也會(huì)加快多酚的氧化。

結(jié)合數(shù)學(xué)模型得到閃提的最佳條件為溫度8.5℃、液料比25:1(mL/g)、電壓153V、時(shí)間3.5min，模型預(yù)測(cè)提取率是2.71%。為驗(yàn)證該模型的準(zhǔn)確性，在該條件進(jìn)行羅漢果多酚提取，得到提取率均值為2.73%，此值與模型預(yù)測(cè)值的相似度較好(RSD=0.51%)，說(shuō)明該模型是可靠的。

3 結(jié) 論

本研究建立了羅漢果多酚新的提取方法，以羅漢果干果皮為原料，利用閃提法和響應(yīng)面分析法對(duì)提取條件進(jìn)行了優(yōu)化，構(gòu)建了羅漢果多酚閃提條件的數(shù)學(xué)模型：Y=2.35－0.11A+0.36B+0.26C－0.18A2－0.13B2－0.18C2－0.04AB－0.08AC－0.042BC，獲得最佳提取條件：溫度8.5℃、液料比25:1(mL/g)、電壓153V、時(shí)間3.5min，此條件下的羅漢果多酚提取率為2.73%。本工藝具有提取效率高、成本低，非常適用工業(yè)化生產(chǎn)，不僅對(duì)開發(fā)天然食品防腐劑和抗氧化劑，而且對(duì)羅漢果資源的深加工都具有重要意義。

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Flash Extraction of Polyphenols from Fruits of Siraitia grosvenorii

LIU Can1，RONG Yong-hai1，WANG Zhi-bin2，RONG Long1,*
(1. School of Biological Science and Medical Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China；2. Guangxi-Beihang Institute of Engineering Technology, Nanning 530022, China)

The flash extraction method was employed to extract polyphenols from the fruits of Siraitia grosvenorii, and the extraction parameters were optimized by means of response surface methodology. The optimum conditions were obtained as follows: biomass-to-solvent ratio 1:25, voltage 153 V, temperature 8.5 ℃, time 3.5 min, and the polyphenols yield 2.73%. The mathematical model of flash extraction of polyphenols from Siraitia grosvenorii was established and the optimal condition was obtained, which offered reference for the industrial extraction of polyphenols of Siraitia grosvenorii.

Siraitia grosvenorii；polyphenols；flash extraction；response surface methodology

TS202.3；R931

A

1002-6630(2010)22-0050-04

2010-01-25

廣西科學(xué)技術(shù)廳自然科學(xué)基金項(xiàng)目(0728259)

劉燦(1983—)，男，博士研究生，研究方向?yàn)樯镝t(yī)藥與健康。E-mail：liucan808@163.com

*通信作者：榮龍(1964—)，男，教授，博士，研究方向?yàn)樯锛夹g(shù)。E-mail：ronglong@buaa.edu.cn