松針中原花青素的提取工藝研究＊

徐麗珊, 黃啟亮, 吳振珍

(浙江師范大學化學與生命科學學院,浙江金華 321004)

原花青素 (proanthocyanidin)是廣泛存在于植物的葉、花、果、皮中的天然多酚化合物,是目前國際上公認的天然抗氧化劑,具有較強的抗氧化活性,并能預防心血管疾病,抗腫瘤、抗輻射[1-5].原花青素以其高效、低毒、高水溶性、高生物利用率等特點越來越受到國內外的廣泛關注[6-8],并在食品、化妝品領域得到廣泛的應用.

目前市場上的原花青素主要從葡萄籽和松樹皮中提取.其中葡萄籽來源有限;我國松屬植物資源雖然豐富,但松樹皮的采集不利于松樹的生長.松針是一種可持續利用的天然再生資源,目前關于松針中的活性成分已有一些研究[9-11],但有關松針中原花青素提取的報道很少.為了更好地利用松針資源,充分開發松針中的原花青素,有必要從浙江省分布較多的馬尾松、濕地松、黑松的松針中篩選原花青素含量最高的松針,并對其中原花青素的提取工藝進行研究.

目前,對植物中原花青素的提取方法研究較多的有:水浸提法、有機溶劑提取法等[12-13].產業化原花青素提取純化方法的發展趨勢應該是得率高、成本低、方法簡便、綠色環保.本實驗的目的就是要篩選出一條操作簡便、成本低、得率高、所用溶劑綠色、環保的從松針中提取原花青素的工藝路線,為大量生產原花青素及松針的開發利用奠定基礎.

1 材料與方法

1.1 實驗材料

濕地松 (Pinus elliottiiEngel m.)松針、馬尾松(Pinus m assonianaLamb.)松針和黑松 (Pinus thunbergiiParl.)松針均采自浙江師范大學校園內,中齡,采樣部位為樹干的中下部、樹枝的中部.

原花青素標準品 (純度≥95%)購自天津尖峰天然產物有限公司.

1.2 松針提取液的制備

稱取一定量剪成 0.5～1 cm長度的松針,按一定的料液比加入提取劑,恒溫浸提一定時間,過濾,定容至一定體積,測定原花青素的含量.提取液中原花青素的量與所稱取的新鮮松針的量的比值為原花青素的得率.

1.3 原花青素含量的測定

采用硫酸-香草醛法[14].

1.4 松針提取液的紫外分析

將上述松針提取液及原花青素標準品在紫外區下掃描比較.

1.5 單因素實驗與正交設計實驗

選用提取溫度、提取時間、料液比和酸堿度作為單因素實驗的考察因素.

利用單因素實驗結果,采用 L9(34)正交表,以原花青素得率作為實驗結果,確定松針中原花青素的最佳提取條件.

1.6 統計學處理

所有實驗重復 3次以上,數據以 x ±s表示,采用 SPSS 13.0統計軟件進行方差分析.

2 結果與分析

2.1 松針品種的確定

取等量的馬尾松、濕地松和黑松松針,分別按照料液比為 1∶8加水,在 60℃浸提 1 h,比較在該提取條件下不同品種松針的原花青素得率,確定提取原花青素的松針品種,結果見表 1.

表 1 相同條件提取 3種松針中原花青素的得率

從表 1可以看出,在相同提取條件下,3種松針原花青素得率的高低順序為:濕地松 >黑松 >馬尾松.在 3種水提液中,濕地松松針的原花青素含量最高,且顯著高于其他 2種松針的含量.因此,選用濕地松松針作為以后研究的對象.

2.2 松針處理方式的確定

取等量的濕地松松針 3份,分別用新鮮 (洗凈瀝干)、自然晾干 (室溫陰干)、烘箱烘干 (50℃烘箱)3種不同方法處理,再按照料液比為 1∶8加水,60℃提取 1 h,測定松針原花青素的提取率,確定提取松針原花青素的原料處理方式,結果見圖 1.可以得出,新鮮松針的原花青素提取率顯著高于自然晾干和烘箱烘干的.故以新鮮松針為工藝優化的原料.

圖 1 松針不同處理方式對原花青素提取的影響

2.3 提取溶劑的確定

取等量的新鮮濕地松松針,分別按照料液比為 1∶8加入 10%,30%,50%,70%,90%的乙醇溶液,以加入等量的自來水 (不含醇)為對照,置于 40℃的水浴鍋中浸提 1 h,測定松針原花青素的得率,結果見圖 2.

2 不同含量乙醇溶液對原花青素提取的影響

由圖 2可知:在含醇量為 0～30%時,松針原花青素的提取率隨乙醇含量的增大而提高;但當乙醇含量大于 50%以后,原花青素的提取率開始下降.說明在40℃提取時,以 50%乙醇溶液的提取效果最好.

取等量的濕地松松針 2份,分別按照料液比為 1∶8加入 50%乙醇溶液和自來水,均置于80℃水浴中浸提 1 h,測定松針原花青素的得率,結果見表 2.

表 2 不同溶劑對原花青素提取的影響 (80℃)

從表 2可知,在 80℃水浴中,松針用自來水提取原花青素的得率顯著高于 50%乙醇溶液的提取率.并且,以水為提取溶劑,操作簡單易行,安全環保,經濟有效.因此,選用水提法作為工藝優化的提取方法.

2.4 松針提取液的紫外分析

對松針提取液進行紫外掃描,結果見圖 3.

圖 3 松針提取液的紫外掃描結果

從圖 3可以看出,松針提取液與原花青素標準品的紫外吸收較接近,均在 280 nm左右波長處有較大吸收.由此判斷,松針提取液中含有原花青素,只是提取液中的原花青素含量沒有標準品高,所以吸收值沒有標準品的大.

2.5 水提法最佳工藝條件的確定

2.5.1 單因素實驗

在其他條件一致的情況下,研究了不同的提取溫度、提取時間、pH及料液比對水提取松針中原花青素的影響.

2.5.1.1 提取溫度的影響

取等量的濕地松松針,按照料液比為 1∶8加水,分別在 50,60,70,80,90,100℃下提取 1 h,測定原花青素的得率,結果見圖 4.

圖 4 提取溫度對原花青素提取的影響

由圖 4可知,隨著提取溫度的升高,原花青素的得率呈增加的趨勢.

2.5.1.2 料液比的影響

取等量的濕地松松針,分別按照料液比為1 ∶8,1 ∶10,1 ∶12,1 ∶14,1 ∶16加水,在80℃提取 1 h,測定原花青素的得率,結果見圖 5.

圖 5 料液比對原花青素提取的影響

由圖 5可知,隨液料比的增加,原花青素的得率隨之提高,當料液比為 1∶14之后,趨勢稍微平緩.考慮到后續加工中濃縮的成本,液料比選擇不宜過高.

2.5.1.3 pH的影響

取等量的濕地松松針,按照料液比為 1∶8分別加入 pH為 4,6,8,10的水,80℃提取 1 h,測定原花青素的得率,結果見圖 6.

圖 6 pH對原花青素提取的影響

由圖 6可知,隨 pH值的增大,原花青素的得率急劇下降,以 pH為 4時的提取效果為最好.

2.5.1.4 提取時間的影響

取等量的濕地松松針,按照料液比為 1∶8加水,在80℃分別提取30,60,90,120,150,180 min,測定原花青素的得率,結果見圖 7.

圖 7 提取時間對原花青素提取的影響

從圖 7可以看出:隨著提取時間的增加,原花青素的得率呈增加的趨勢.提取時間在 30～120 min時,原花青素的得率幾乎呈直線上升;在120～180 min時,原花青素的得率變化不大.

2.5.2 正交實驗

在上述單因素實驗的基礎上,以原花青素提取率為指標,采用正交表 L9(34)進行優化正交實驗,因素水平選取如表 3所示,正交實驗結果及分析見表 4.

表 3 正交實驗因素和水平

表 4 松針原花青素提取正交實驗結果

由表 4可知,從松針中提取原花青素的最好設計方案為 A3B3C3D1,即最佳工藝條件為 pH 4,提取溫度 100℃,提取時間 150 min,料液比1∶14.

2.5.3 最佳提取工藝驗證實驗

為驗證所選工藝為最佳優化工藝,在最優條件下進行了 3次平行實驗,所得濕地松松針原花青素的提取率見表 5.

表 5 最佳工藝條件下松針原花青素的得率

由表 5可以知道,A3B3C3D1條件下松針原花青素的得率確實高于表 4中每一項實驗結果,確定A3B3C3D1為最佳工藝優化組合.

3 結論與討論

1)馬尾松、濕地松和黑松 3種浙江省常見的松針中,以濕地松松針為原料提取原花青素得率最高;

2)比較了新鮮、晾干、烘干 3種處理方式,結果表明用新鮮松針提取原花青素得率最高;

3)從操作簡便、有效、成本低、所用溶劑綠

色、環保等因素考慮,水提法提取濕地松松針中的原花青素優于乙醇提取法;

4)通過單因素實驗和正交優化實驗確定了濕地松松針中原花青素的最佳提取工藝條件:提取溫度 100℃,提取時間 150 min,pH=4,料液比1∶14(g/mL).在此工藝條件下,濕地松松針原花青素得率為 (33.415±0.286)mg/g.

原花青素為極性物質,常用的溶劑為水、甲醇、乙醇、丙酮等.在選擇提取溶劑時必須考慮溶解度、安全性、經濟性等因素,故不考慮甲醇、丙酮等試劑,而以乙醇、水為溶劑設計實驗.

本實驗篩選出了一條操作簡便、成本低、得率高、綠色環保的從濕地松松針中提取原花青素的最佳工藝路線.我國從 20世紀 70年代中后期到20世紀 90年代中后期,在許多地方種植了大面積的濕地松,形成了多個人工濕地松林區[15],這種既廣泛又相對較集中的分布極有利于松針原花青素的加工利用.

本實驗主要研究了松針原花青素的最佳提取工藝,還沒有對提取所得的松針原花青素進一步純化,有待今后進一步研究.

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