新疆石榴皮多酚提取工藝研究

王華斌 包曉瑋 韓海霞 張瑞廷 傅 力

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052）

新疆石榴皮多酚提取工藝研究

王華斌 包曉瑋 韓海霞 張瑞廷 傅 力

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052）

以新疆石榴皮為原料，采用二次通用旋轉(zhuǎn)回歸組合設(shè)計(jì)對(duì)超聲波輔助提取石榴皮多酚工藝進(jìn)行研究。對(duì)提取溶劑種類、乙醇濃度、料液比、超聲時(shí)間、超聲波功率等影響多酚得率的因素進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果表明，其最佳提取工藝條件為乙醇濃度50%，料液比 （m∶V）1∶25，超聲時(shí)間30min，超聲波功率360W。在此優(yōu)化條件下，石榴皮多酚得率達(dá)到（21.22±0.06）%。

石榴皮；多酚；超聲波輔助提取；二次通用旋轉(zhuǎn)回歸組合設(shè)計(jì)

石榴 （punicagranatum L.）又名若榴、丹若、天漿，是石榴科（Punicaceae）石榴屬（PunicaL.）植物，果實(shí)美觀鮮艷、營養(yǎng)豐富［1］。石榴是新疆主要果樹之一，主要分布在南疆喀什，和田等地區(qū)［2］，其品種有酸石榴、甜石榴、大籽甜石榴、實(shí)生石榴和酸甜石榴［3］。據(jù)2008年統(tǒng)計(jì)，新疆石榴種植面積達(dá)1.766萬hm2，產(chǎn)量7.1萬t，產(chǎn)值達(dá)35 322.96萬元，居中國首位。石榴加工過程中會(huì)產(chǎn)生大量的石榴皮，若不加以綜合利用，不僅造成資源浪費(fèi)，而且還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

植物多酚（plant polyphenol）是一類廣泛存在于植物體內(nèi)的大分子化合物，主要存在于植物的皮、根、木、葉、果中，植物多酚因其羥基取代的高反應(yīng)性和吞噬自由基的能力而有很好的抗氧化活性［4］。石榴皮為石榴加工的副產(chǎn)物，富含多酚類物質(zhì)，在干皮中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為10%～21%。近年來，國內(nèi)外大量研究［5］表明，石榴皮多酚不僅具有顯著的抗氧化和清除自由基作用，還具有抑制低密度脂蛋白膽固醇的氧化、防止動(dòng)脈粥樣硬化，降血脂，抑制血管緊張素轉(zhuǎn)換酶活性、降血壓，抑制乳腺癌、前列腺癌和口腔癌等癌細(xì)胞的增生，保護(hù)胃黏膜、降低胃潰瘍發(fā)病率等功能。因此，石榴皮多酚有望在食品、醫(yī)藥和化妝品等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

目前關(guān)于石榴皮生物活性方面的研究較多，但對(duì)于石榴皮多酚提取方面的研究較少。本試驗(yàn)對(duì)超聲波輔助提取石榴皮多酚工藝進(jìn)行研究，以期為石榴皮多酚進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)參考和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1

.1.1 原料

石榴皮粉：新疆喀什新鮮石榴皮曬干后粉碎，過60目篩。

1.1.2 試劑

沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品：天津一方科技有限公司；

無水乙醇：分析純，天津致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；

丙酮、乙酸乙酯：分析純，天津永晟精細(xì)化工有限公司；

甲醇、碳酸鈉、鹽酸、磷酸：分析純，西安化學(xué)試劑廠；

鎢酸鈉、鉬酸鈉：分析純，天津化學(xué)試劑三廠；

硫酸鋰：分析純，天津金匯太亞化學(xué)試劑有限公司；

溴：分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.1.3 主要儀器

紫外可見分光光度計(jì)：TU－1810，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；

超聲波藥品處理機(jī)：JBT/C－YCL400T/3P（D），濟(jì)寧金百特工程機(jī)械有限公司；

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：RE－85C，上海青浦滬西儀器廠；

循環(huán)水式多用真空泵：SHB－Ⅲ，鄭州長城科工貿(mào)有限公司；

高速臺(tái)式離心機(jī)：TGL－10C，上海安亭科學(xué)儀器廠；

電熱恒溫水浴鍋：HWS26，上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 多酚含量的測(cè)定 采用Folin－Ciocalteu比色法［6］。

（1）福林試劑（FC試劑）的配制：參照文獻(xiàn)［7］進(jìn)行。

（2）多酚標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：稱取沒食子酸0.025 0g，用蒸餾水溶解并定容至1 000mL，得濃度為0.025mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)液。準(zhǔn)確吸取0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5，4.0，5.0，6.0mL置于25mL的棕色容量瓶中，分別加入FC試劑1.0mL，混勻，在0.5～8min內(nèi)加入15%的 Na2CO3溶液4mL，充分混合后定容，30℃避光放置1h，以不加標(biāo)準(zhǔn)液的溶液為空白對(duì)照，在765nm波長下測(cè)定吸光值，每個(gè)樣品平行測(cè)定3次。以沒食子酸在反應(yīng)體系中的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，吸光度值為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，所得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y＝94.352 9x＋0.033，R2＝0.999 3。

（3）石榴皮多酚得率的計(jì)算：將石榴皮提取液定容至一定體積后，取1mL置于25mL的棕色容量瓶中，按1.2.1（2）標(biāo)準(zhǔn)曲線制作方法測(cè)定樣品反應(yīng)液在765nm波長下測(cè)其吸光值，用回歸方程計(jì)算多酚含量。多酚得率按式（1）計(jì)算：

1.2.2 石榴皮多酚提取的工藝流程

新鮮石榴皮→干燥→粉碎→過篩（60目）→超聲波輔助提取→過濾→減壓蒸餾濃縮→離心（2 500r/min，10min）→定容→測(cè)定多酚得率

1.2.3 提取方法和提取溶劑的選擇 分別以體積分?jǐn)?shù)為60%的甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯溶液作為提取溶劑，采用浸提法（時(shí)間1h，溫度40℃，料液比 （m∶V）1∶20）和超聲波輔助提取法（時(shí)間30min，溫度40℃，料液比 （m∶V）1∶20，功率360W，頻率42kHz）進(jìn)行試驗(yàn)，考察采用不同溶劑、不同提取方法對(duì)石榴皮多酚得率的影響。

1.2.4 石榴皮多酚提取工藝的優(yōu)化 以乙醇濃度、料液比、提取時(shí)間、超聲波功率4因素為考察因子，多酚提取率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用二次通用旋轉(zhuǎn)回歸（1/2實(shí)施）設(shè)計(jì)優(yōu)化石榴皮多酚的提取工藝。

2 結(jié)果與分析

2.1 提取方法及提取溶劑的選擇

由圖1可知，采用所選溶劑，超聲波輔助提取的效果優(yōu)于溶劑浸提法。這是由于超聲波使液體發(fā)生空化作用，物料周圍空穴的形成、增大和閉合會(huì)產(chǎn)生極大的沖擊波和剪切力，使細(xì)胞破碎，增加有效成分的溶出速度和數(shù)量，從而提高有效成分的浸提率和縮短浸提時(shí)間［8－9］。兩種提取方法對(duì)多酚提取效果均為丙酮＞甲醇＞乙醇＞乙酸乙酯。在60%丙酮溶液中采用超聲波輔助提取多酚得率最高；其次是60%甲醇溶液；再次為60%乙醇溶液。考慮價(jià)格和安全性因素，選擇乙醇為提取溶劑。以下試驗(yàn)均采用超聲波輔助提取法。

圖1 不同溶劑對(duì)多酚得率的影響Figure 1 Effects of different solvents extraction on polyphenol yield

2.2 二次通用旋轉(zhuǎn)回歸組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 四元二次回歸方程的建立與檢驗(yàn) 通過預(yù)試驗(yàn)確定各因素的水平取值（見表1）。二次通用旋轉(zhuǎn)回歸組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)及結(jié)果見表2。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平?Table 1 Factors and levels of the experiment

通過DPS V6.50軟件對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行多元回歸擬合計(jì)算各項(xiàng)回歸系數(shù)，得到石榴皮多酚得率與乙醇濃度、料液比、超聲時(shí)間、超聲波功率4因子的數(shù)學(xué)回歸模型（式（2））：

對(duì)模型方程中的多項(xiàng)式進(jìn)行顯著性分析，結(jié)果如表3所示。

表2 二次通用旋轉(zhuǎn)回歸組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)及結(jié)果Table 2 Design and results of quadric regression orthogonal rotational experiment

表3 試驗(yàn)結(jié)果方差分析?Table 3 Variance analysis of experimental results

由表3可知：回歸方程的失擬性檢驗(yàn)F1＝5.240＜F0.05（2，3）＝9.55不顯著，可以認(rèn)為所選用的二次回歸模型是適當(dāng)?shù)模貧w方程的顯著性檢驗(yàn)F2＝10.932＞F0.01（14，5）＝9.77極顯著，說明模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值吻合性良好，模型成立。對(duì)回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)：在α＝0.05顯著水平剔除回歸方程中不顯著項(xiàng)后得到優(yōu)化后的方程：

從方差分析表中各回歸系數(shù)的顯著水平P可以看出，乙醇濃度（X1），料液比（X2），超聲時(shí)間（X3），超聲波功率（X4），對(duì)提取石榴皮多酚得率在α＝0.05水平顯著。各個(gè)因素對(duì)石榴皮多酚得率提取影響大小順序?yàn)椋撼暡üβ剩玖弦罕龋境晻r(shí)間＞乙醇濃度。

石榴皮多酚得率與乙醇濃度、料液比、超聲時(shí)間及超聲波功率的相關(guān)指數(shù)R2＝回歸平方和/總平方和＝96.83，表明該數(shù)學(xué)模型4個(gè)因素對(duì)得率的影響占96.83%，而其它因素的影響和誤差占3.17%。

2.2.2 各單因素對(duì)提取率的影響 由回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果可知，各參試因素對(duì)石榴皮多酚得率均有顯著影響。采用降維分析法，對(duì)各參試因素進(jìn)行單因子效應(yīng)影響分析見圖2。

圖2 各因素對(duì)多酚得率的影響Figure 2 Effects of every factor on polyphenols yield

將其它因素定在零水平上，各單因素對(duì)石榴皮多酚得率影響程度各有不同。超聲波功率對(duì)石榴皮多酚得率提影響最大，其次是料液比和超聲時(shí)間，而乙醇濃度對(duì)石榴皮多酚得率影響最小。石榴皮多酚得率隨著各因素的變化均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。

2.2.3 雙因素交互作用分析 運(yùn)用surfer 8作圖軟件，依據(jù)各因素X1、X2、X3、X4對(duì)其響應(yīng)值（Y）所構(gòu)成的三維空間的曲面圖，可反映各因素對(duì)其響應(yīng)值的影響。本試驗(yàn)所建立的模型中X1X2（乙醇濃度與料液比）、X3X4（超聲時(shí)間與超聲波功率）兩交互項(xiàng)達(dá)顯著水平，固定兩個(gè)因素在0水平上，研究另兩個(gè)因素間的交互作用，根據(jù)所作的三維空間曲面圖，分析乙醇濃度與料液比、超聲時(shí)間與超聲波功率交互作用對(duì)石榴皮多酚得率的影響。

由圖3可知，在試驗(yàn)范圍內(nèi)隨著乙醇濃度的增大石榴皮多酚得率先增后減，最優(yōu)的乙醇濃度范圍應(yīng)在－1.5～－0.5水平（實(shí)際值乙醇濃度在45%～55%）之間；石榴皮多酚得率隨著料液比的增加而增加，最優(yōu)的料液比范圍應(yīng)在0.5～1.5水平（實(shí)際值1∶22.5～1∶27.5）之間。

圖3 乙醇濃度（X1）與料液比（X2）交互作用響應(yīng)面和等高線圖Figure 3 Response surface plots and coutour plots of flavonoids yield as a function of ethanol concentration（%）and Solid－Liquid Ratio（mL/g）obtained from reduced codified model

由圖4可知，石榴皮多酚得率隨著超聲時(shí)間與超聲波功率增加呈先增后減的趨勢(shì)。最優(yōu)的超聲時(shí)間范圍應(yīng)在0～0.5水平（實(shí)際值30～35min）之間；最優(yōu)超聲波功率范圍應(yīng)在0～0.5水平（實(shí)際值360～380W）之間。

2.2.4 超聲波輔助提取工藝參數(shù)優(yōu)化及驗(yàn)證試驗(yàn) 試驗(yàn)表明，X在－1.682～1.682范圍內(nèi)，每個(gè)影響因子對(duì)于石榴皮多酚得率都有一個(gè)最佳穩(wěn)定的條件，因此，可以在試驗(yàn)范圍內(nèi)尋找到最優(yōu)點(diǎn)，得到乙醇濃度50%（－1水平）、料液比1∶25（1水平）、超聲時(shí)間30min（0水平）、超聲波功率360W （0水平）。此時(shí)，模型預(yù)測(cè)的最高石榴皮多酚得率為21.45%。

對(duì)該優(yōu)化條件進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，在最佳的工藝條件下進(jìn)行5組平行試驗(yàn)，所得石榴皮多酚得率平均值為（21.22±0.06）%，與回歸方程所得到的預(yù)測(cè)值接近。由此表明，試驗(yàn)中所設(shè)模型與實(shí)際情況基本一致，回歸模型可靠。

3 結(jié)論

采用二次通用旋轉(zhuǎn)回歸組合設(shè)計(jì)方法研究了乙醇濃度、料液比、超聲時(shí)間、超聲波功率對(duì)石榴皮多酚得率的影響，建立了石榴皮多酚提取條件的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。所得回歸方程與實(shí)際情況擬合良好。

圖4 超聲時(shí)間（X3）與超聲波功率（X4）交互作用響應(yīng)面圖和等高線圖Figure 4 Response surface plots and coutour plots of flavonoids yield as a function of ultrasonic treating time（min）and ultrasonic power（W）obtained from reduced codified model

石榴皮多酚提取的最佳工藝參數(shù)為：溶劑為乙醇濃度50%，料液比（m∶V）1∶25，超聲時(shí)間30min，超聲波功率360W。該條件下，石榴皮多酚得率達(dá)到（21.22±0.06）%。

1 李志洲.微波輔助提取石榴葉中多酚類物質(zhì)的工藝［J］.食品與機(jī)械，2009，25（4）：72～75.

2 尹燕雷，任建輝，何天明，等.新疆的石榴栽培狀況［J］.落葉果樹，2006（6）：15～16.

3 劉文江.新疆石榴（Punica L.）資源及其開發(fā)利用［J］.干旱區(qū)研究，2007，24（2）：219～222.

4 曾獻(xiàn)，袁英姿，曹清明，等.油茶籽多酚的提取研究［J］.食品與機(jī)械，2008，24（4）：69～72.

5 宋薇薇，焦士蓉，周佳，等.石榴果皮多酚的微波輔助提取及提取物抗氧化與抑菌作用研究［J］.現(xiàn)代食品科技，2008，24（l）：23～27.

6 Singleton V L，Rossi J A.Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic－phosphotungstic acid reagents［J］.Am.J.E－nol.Vitic.，1965（16）：144～158.

7 國家藥典委員會(huì).中華人民共和國藥典2005版（第二部）［S］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：1 113.

8 屈平，胡傳榮.超聲波輔助提取苦荊茶中多酚類物質(zhì)的研究［J］.食品與機(jī)械，2007，23（2）：15～17.

9 于亞莉，高峰，劉靜波，等.超聲波法提取花生殼中多酚類物質(zhì)的研究［J］.食品科學(xué)，2007，28（11）：257～260.

Study on extraction technology of polyphenol from Xinjiang pomegranate peel

WANG Hua－bin BAO Xiao－wei HANHai－xia ZHANG Rui－tingFU Li

（College of Food Sciences and Pharmaceutical Sciences，Xinjiang Agricultural University，Urumqi，Xinjiang830052，China）

The experiment of ultrasonic－assisted extraction of polyphenols from Xinjiang pomegranate peel was conducted by the quadratic general rotation combination design.The four parameters which were ethanol concentration，solid－liquid ratio，ultrasonic treating time and ultrasonic power were researched for higher yield of polyphenol.The optimum extraction conditions were that the concentration of ethanol 50%，the ratio of solid to liquid（m∶V）1∶25，the time of extraction 30min，the ultrasonic power 360W.Under the above mentioned conditions，the polyphenols yield of pomegranate peel can reach（21.22±0.06）%.

pomegranate peel；polyphenol；ultrasonic－assisted extraction；the quadratic general rotation combination design

10.3969 /j.issn.1003－5788.2010.05.040

國家“十一五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目資助（編號(hào)：2007BAD36B04）

王華斌（1979－），男，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)在讀碩士研究生。E－mail：huaxue77＠sina.cn

傅力

2010－05－20