超聲波輔助提取桑葚果渣中多酚物質的工藝研究

鄧義書，包海蓉，許 慧

(上海海洋大學食品學院，上海 201306)

超聲波輔助提取桑葚果渣中多酚物質的工藝研究

鄧義書，包海蓉*，許 慧

(上海海洋大學食品學院，上海 201306)

研究了以乙醇為溶劑，用超聲波輔助提取法提取桑椹果渣中總多酚物質的最佳工藝，主要考察了乙醇提取時乙醇濃度、料液比、振幅、超聲時間對多酚提取率的影響。結果表明:超聲波輔助法提取桑椹渣中多酚的最佳工藝條件為:料液比為1∶70，超聲時間為160s，乙醇濃度為60%，振幅90%;在此條件下從桑椹果渣中提取的總多酚濃度為73.3284mg/g。

桑椹果渣，超聲波輔助提取法，總多酚，提取工藝

桑椹(Mulberry)俗稱桑果、桑棗，為桑科桑屬植物桑(Morus alba L.)的近成熟聚花果。成熟的桑椹呈紫黑色，含有豐富的糖類、維生素、脂肪酸和礦物元素等。由于桑椹汁營養全面，味鮮美可口，是全天然的珍稀保健飲料。桑椹可藥食兩用，我國許多古典醫藥著作中都有記載［1］，如《新修本草》有“單食，主消渴”;《本草綱目》有“搗汁飲，解酒中毒等。1993年國家衛生部把桑椹列為“既是食品又是藥品”的農產品之一［2］。此外，桑椹還含有色素等，是提取天然食品色素的高級原料［3］。我國桑椹分布廣，桑椹資源豐富，在我國桑椹絕大多數用于榨汁，而榨汁后的果渣、籽等下腳料被棄去，沒有充分開發利用［4］。植物多酚具有較強的抗氧化作用，以及明顯的抑菌、抗癌、防衰老和抑制膽固醇上升等功效，攝入一定量的植物多酚可以有效地預防和抑制疾病的發生［5－7］，然而當今對桑椹中多酚類物質的研究鮮有報道。近年來，植物多酚的提取技術已經由傳統的溶劑提取法逐漸轉向運用超聲波和微波強化提取新技術［8］，Muhammad Kam ran Khan［9］等采用超聲波法對橙皮中的黃酮類物質做了研究。Matthieu Virot［10］等用超聲波法研究了蘋果渣中總多酚的最佳提取工藝。本文旨在從廢棄物再利用角度出發，用超聲波提取新技術對桑椹果渣中多酚的提取工藝進行優化，為桑椹的綜合開發利用及多酚物質的工業化生產提供一定的參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

桑椹果渣 采自浙江省安吉縣紅桑果果桑專業合作社的新鮮桑椹，經壓榨后產生的果渣經后續冷凍干燥后，水分含量為13%;一水合沒食子酸、無水乙醇 分析純，國藥集團化學試劑有限公司;Folin－Ciocalteu試劑 分析純，上海荔達生物科技有限公司;無水Na2CO3分析純，上海青析化工科技有限公司。

智能型超級恒溫水槽ZC－10 寧波天恒儀器廠;CPA124S型電子分析天平 德國Sartorius公司;UV－1800PC紫外可見分光光度計 上海美譜達儀器有限公司;CP750型連續式高強度超聲波發生器SONICS New town，USA。

1.2 實驗方法

1.2.1 桑椹渣的預處理 將桑椹果渣真空冷凍干燥，然后進行粉碎，過30、40、80、120 目篩，備用。

1.2.2 桑椹渣多酚的提取方法 稱取桑椹果渣粉末0.5g，加入一定濃度的乙醇，超聲提取，真空抽濾，將兩次濾液合并，以3000 r/m in離心10m in，取上清液，在50℃下旋轉蒸發，冷卻，定容至50m L備用。

1.2.3 桑椹渣總多酚含量的測定 采用Folin－酚法［11－13］。標準曲線的制作:精確稱取 50mg 一水合沒食子酸，用少量蒸餾水溶解后，加蒸餾水定容至100m L，取上述溶液10m L用蒸餾水定容至100m L，得到濃度為0.05mg/m L的對照品標準溶液。精密吸取對照品標準溶液 0、0.1、0.3、0.5、0.7、1.2、1.7、2.2、2.7m L于25m L比色管中，再加入2m L Folin－酚試劑(1∶1)，充分混勻后加入5m L 15%Na2CO3溶液用蒸餾水定容至25m L，在45℃下反應40m in，冷卻至室溫，在765nm下測定吸光度值，繪制標準曲線。以沒食子酸標準品做標準曲線來計算樣品中總多酚含量。

1.2.4 實驗設計 選取乙醇濃度、物料徑粒、超聲時間、脈沖on值和off值、振幅、料液比、提取次數進行單因素實驗，在單因素實驗基礎上，采用正交設計法優化桑椹渣中多酚的超聲波輔助提取工藝參數。設計方法見表1。

表1 超聲波輔助提取桑椹渣中多酚的正交實驗因素水平

2 結果與分析

2.1 標準曲線的制作

由圖1可見，得出總多酚濃度與吸光值A的線性回歸方程式:y=0.1705x+0.0336(其中y為吸光度，x為沒食子酸濃度值，mg/m L)，相關系數為0.9953，表明線性關系良好。

圖1 一水合沒食子酸標準曲線

2.2 桑椹渣中提取多酚的單因素實驗

2.2.1 物料粒徑對多酚提取率的影響 稱取粉碎至80目的桑椹果渣 0.5g，在料液比1∶30，乙醇濃度60%，超聲時間4m in，振幅80%，脈沖時間on 10s、off 5s提取1次，設定粒徑為30、40、80和120目的條件下進行實驗。由圖2可見，在30～80目之間，隨著物料粒徑的增加，總酚含量逐漸增加，在徑粒為80目時總酚含量最高，物料粒徑在80目以上的桑椹果渣多酚含量有下降的趨勢，原因可能是物料過細，局部升溫較快，物料與溶劑直接接觸面積較大，增加了多酚氧化分解的機會。實驗結果表明，桑椹果渣物料粒徑在80目時其多酚提取率最高。

圖2 物料粒徑對多酚提取的影響

2.2.2 提取次數對多酚提取率的影響 稱取粉碎至80目的桑椹果渣0.5g，在料液比1∶30，乙醇濃度60%，超聲時間4min，振幅80%，脈沖時間on 10s、off 5s的條件下分別提取1、2、3、4次。結果表明(圖3)多酚含量隨著提取次數的增加先增加而后緩慢下降，原因可能是物料在回收過程中有部分物料損失，提取2次的效果明顯好于提取1次的，但提取次數大于3次時，多酚含量增加不明顯，同時也相應地增加了提取成本。

圖3 提取次數對多酚提取的影響

2.2.3 脈沖時間對多酚提取率的影響 脈沖時間分為on與off兩個參數，on表示超聲波持續發生的時間，off為其中間間隔的時間。稱取粉碎至80目的桑椹果渣0.5g，在料液比1∶30，乙醇濃度60%，超聲時間4m in，振幅80%，提取2次的條件下設定脈沖時間on 值為10、20、30、40、50s，off值 5s進行實驗;選擇on 的最適值，設定 off值為 1、10、20、30、40、50s再進行實驗。結果如圖4、圖5所示。

圖4 脈沖時間on對多酚提取的影響

由圖4、圖5可以看出，在off時間一定的情況下，on選擇不同的時間，結果表明on為40s時總酚提取率為最高，當off為5s時，此組合是提取桑椹多酚提取率較高;在on時間為40s時，off在40s時，此組合提取桑椹多酚提取率最高。根據空化作用形成的機理可知，空化現象包括氣泡的形成、成長和崩潰的過程［8］，此空化現象完成一個循環會受到脈沖時間on與off的影響，空化完成一個循環所用時間如果長于on持續的時間，即未能完成一個空化循環，從而起不到提取的作用，如果on持續的時間長于空化一個循環的時間，這時off將對空化現象起到調節效果，進而會影響多酚提取率。

圖5 脈沖時間off對多酚提取的影響

2.2.4 振幅對多酚提取率的影響 振幅是儀器調節條件的重要指標，本實驗所用的超聲波發生器探頭為標配探頭，振幅以x%來表示，根據儀器的參數要求選擇20%、40%、60%、80%、100%五個不同振幅，稱取粉碎至80目的桑椹果渣0.5g，在料液比1∶30，乙醇濃度60%，超聲時間4min，脈沖時間(40s，40s)，提取2次的條件下進行實驗。結果表明(圖6)，隨著振幅的增大，多酚提取率基本呈上升趨勢。振幅為80%時，多酚提取率最高，為69.4868mg/g;振幅由80%增至100%時，提取率上升逐漸平緩，多酚提取效果不明顯。原因可能是隨著振幅的增大，空化泡在聲波的膨脹相內可能增長過大，導致它在聲波的壓縮相內來不及發生崩潰，使多酚提取率增加不明顯。

圖6 振幅對多酚提取的影響

2.2.5 料液比對多酚提取率的影響 稱取粉碎至80目的桑椹果渣0.5g，乙醇濃度60%，超聲時間4m in，脈沖時間(40s，40s)，振幅80%，提取2次的條件下，設定料液比為 1∶20、1∶40、1∶60、1∶70、1∶80、1∶100 進行實驗。結果表明(圖7)，隨著料液比的增加，提取效果增加并逐漸變慢，料液比為1∶20多酚提取率最低，僅為46.7889mg/g，當液料比為1∶60時，多酚提取率為58.025mg/g，繼續增加料液比，多酚提取率增加不明顯，原因可能是由于酚類物質易于氧化，隨著料液比的增加，勢必會造成乙醇溶液用量的增加，乙醇的回收時間也較長，在高溫下多酚的穩定性下降，引起多酚物質的氧化，致使提取得率增加不明顯。同時，料液比過大也會造成對溶劑和能源的浪費，還給后續工作帶來困難。因此綜合考慮料液比選擇1∶60比較適宜。

圖7 料液比對多酚提取的影響

2.2.6 超聲時間比對多酚提取率的影響 稱取粉碎至80目的桑椹果渣0.5g，乙醇濃度60%，料液比1∶60，脈沖時間(40s，40s)，振幅 80%，提取 2 次的條件下，分別設定超聲時間為 10、20、30、40、50、60、120、180、300、480s進行實驗。如圖 8 所示，在10s至120s內隨著超聲時間的增加，多酚提取率逐漸增加，在120s時多酚提取率最高，為90.76mg/g;超聲時間在120～180s內，多酚提取率下降較快，隨后上升平緩，這可能是因為超聲處理完全后，延長超聲時間對多酚提取率已經沒有更大的意義。

圖8 超聲時間對多酚提取的影響

2.2.7 乙醇濃度對多酚提取率的影響 稱取粉碎至80目的桑椹果渣 0.5g，在超聲時間 120s，料液比1∶60，脈沖時間(40s，40s)，振幅 80%，提取 2 次的條件下，乙醇濃度分別設為 20%、40%、60%、70%、80%、100%進行實驗。如圖9所示，隨著乙醇濃度的增加，提取率明顯增大，至溶劑濃度為60%時最高，之后又不斷減少。原因可能是乙醇濃度較低時，溶液中溶解的水溶性蛋白、糖類較多;乙醇濃度較高時，脂溶性物質溶解較多，都會影響多酚的提取率。水雖然是多酚的良好溶劑，但是，氫鍵不能被水破壞，加入乙醇可以破壞氫鍵從而提高多酚的提取得率，因此選取一個合適的濃度，使多酚的提取率達到最高。因此綜合考慮選擇60%的乙醇濃度比較適宜。

圖9 乙醇濃度對多酚提取的影響

2.3 桑椹渣中多酚提取工藝正交實驗

根據單因素實驗的結果，按照實驗設計(表1)，進行L9(34)正交實驗，研究超聲波輔助提取桑椹渣總多酚的最佳工藝條件。

2.3.1 實驗因素主次分析 由表2的極差分析可得，比較各個因素的極差，可以得出:R(D)＞R(A)＞R(B)＞R(C)，因此各個因素對桑椹果渣中總多酚的提取率影響的主次因素依次為振幅＞料液比＞超聲時間 ＞乙醇濃度。正交實驗的優化組合是:A3B3C2D3，即料液比為 1∶70，超聲時間為 160s，乙醇濃度為60%，振幅90%。由于在正交實驗設計中并未出現此較優組合，應做補充實驗;在此條件下，補充實驗的多酚含量為73.3284mg/g，優于正交實驗中的任何處理樣品的結果，因此最優組合即為:A3B3C2D3。

表2 正交實驗結果

2.3.2 實驗因素的顯著性分析 由表3可以看出，振幅、料液比、超聲時間對實驗結果的影響是極顯著的(P＜0.01)，乙醇濃度對實驗結果的影響有差異(0.01＜P＜0.05)。

表3 方差分析［15］

3 結論

3.1 提取桑椹果渣中總多酚時，各因素對總多酚的提取量影響的主次因素依次為:振幅＞料液比＞超聲時間＞乙醇濃度。

3.2 桑椹果渣中總多酚最佳工藝條件為:料液比為1∶70，超聲時間為160s，乙醇濃度為60%，振幅90%。按此條件進行實驗，得到桑椹多酚的含量為73.3284mg/g。

3.3 超聲輔助提取法操作簡單，具有省時、無需加熱等優點，可以用來提取一些受熱易破壞、分解的物質，此法對桑椹果渣中含有的多酚類功能性成分的提取研究，桑椹的綜合開發利用提供一定參考。

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Extraction process of polyphenols from mulberry dregs by ultrasonic assisted extraction

DENG Yi－shu，BAO Hai－rong*，XU Hui

(College of Food Science ＆ Technology，Shanghai Ocean University，Shanghai201306，China)

The optimization extraction process of polyphenols in mulberry d regs with ethanol－water was studied by ultrasonic assisted extraction.Some factors influenced polyphenols extraction such as the ethanol concentration，the material－liquid ratio，the amplitude，the ultrasonic time.The results showed that the optimum conditions as follows:the material－liquid ratio was 1∶70，the ultrasonic time was 160s，the ethanol concentration was 60%，amplitude was 90%.The extraction rate of mulberry dregs total polyphenols could get73.3284m g/g.

mulberry dregs;utrasonic assisted extraction;total polyphenols;extracting technique

TS255.1

B

1002－0306(2011)08－0314－04

2010－07－08 *通訊聯系人

鄧義書(1984－)，女，在讀碩士，研究方向:食品科學與工程。