凍融-超聲提取高三萜酸含量山楂汁的工藝條件優化

劉　慧，張春嶺，陳大磊，呂真真，楊文博，焦中高*

（中國農業科學院鄭州果樹研究所，河南鄭州450009）

凍融-超聲提取高三萜酸含量山楂汁的工藝條件優化

劉慧，張春嶺，陳大磊，呂真真，楊文博，焦中高*

（中國農業科學院鄭州果樹研究所，河南鄭州450009）

為了優化提高山楂汁中三萜酸含量的工藝條件，分析冷凍時間、超聲溫度、超聲時間和超聲功率對山楂汁中三萜酸含量的影響。確定高三萜酸含量的山楂汁制備最佳工藝條件為：冷凍20 h，超聲溫度50℃，超聲功率150 W，超聲提取40 min。在優化條件下提取的山楂汁中三萜酸含量為341.18 mg/100 g，凍融-超聲提取是一種制備高含量三萜酸山楂汁的有效技術。

山楂汁；三萜酸；超聲提?。粌鋈?/p>

山楂（Rataegus pinnatifidaBge.）又名山里紅、紅果，屬薔薇科山楂屬落葉喬木。果實富含山楂酸、檸檬酸、維生素C、三萜類、黃酮類、多酚類、原花青素等多種生物活性成分［1-5］。其中三萜類物質含量在水果中名列前茅，已經被證實具有助消化、降血脂、抗心肌缺血、強心、增強免疫功能、抗腫瘤等作用，引起國內外學者的關注［5-7］。

山楂已經有多種加工制品，其中山楂汁營養豐富、色澤艷麗、具有多種功效，已有較多相關研究［8-10］。超聲波輔助酶法制備果汁具有操作簡單快速、提取率高、可以保持活性成分等優勢［11-13］，在果汁加工過程中可以降低果汁黏性，利于果漿細化，提高出汁率［14-15］，但用于山楂汁制備未見研究報道。此外，將果實進行冷凍-融化前處理已經被證實有利于果汁制備過程中活性成分的溶出［10，16］。本研究以三萜酸含量為主要考察指標，采用鮮山楂冷凍融化-超聲輔助酶法提取山楂汁的方法，優化得到高效制備高品質山楂汁的工藝條件，進而為改進山楂汁生產工藝、提高山楂汁產品質量提供技術支持及理論參考。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

新鮮山楂，無病蟲害、無畸形果，完熟期采摘，由河南省登封市惠農山楂專業合作社提供；齊墩果酸標準品：中國藥品生物制品檢定所；果膠酶（酶活30 000 U/g）：廣州奇云生物技術有限公司；無水乙醇、甲醇、香草醛、冰乙酸、高氯酸、乙酸乙酯等均為國產分析純。

1.2儀器與設備

JYL-350料理機：九陽股份有限公司；KQ3200DE型數控超聲波清洗器（40 kHz）：昆山市超聲儀器有限公司；Specord50紫外分光光度計：德國Analytic Jena公司；L-550臺式離心機：湖南湘儀儀器開發有限公司；TGL-16G高速臺式離心機：上海安亭科學儀器廠；PAL-1手持糖度計：日本ATAGO公司。

1.3試驗方法

1.3.1山楂汁制備工藝流程及操作要點

山楂→切片→去核→冷凍→解凍→勻漿→加酶→超聲提取→離心→山楂汁

鮮果切成5 mm山楂片，去核，為防止褐變，切片后立即放置在-18℃冰箱開始冷凍計時。冷凍時間結束后，將山楂片取出加水勻漿。按質量比添加1.0‰的果膠酶，在相應試驗條件下超聲處理。提取結束后，4000r/min離心10min，收集上清液為山楂汁。

1.3.2測定指標

（1）可溶性固形物

可溶性固形物（soluble solid content，SSC）含量在（20±0.5）℃條件下用PAL-1手持糖度計測定。

（2）三萜酸提取及含量測定

參考羅小鳳等［7］方法超聲提取山楂汁中三萜酸，取2 g山楂汁于離心管中，加入4 mL體積分數為95%乙醇，30℃超聲10 min，9 000 r/min離心10 min，收集上清液，殘渣重復提取1次，合并兩次上清液定容至10 mL；用香草醛-冰乙酸比色法［17］測定三萜酸含量，取1.0 mL樣液于具塞試管中，加熱揮去溶劑，之后加入5%香草醛-冰乙酸0.4 mL和高氯酸1.6 mL搖勻，在70℃水浴恒溫15 min，冷卻至室溫，加入8.0 mL乙酸乙酯，充分搖勻，在波長560 nm處測定吸光度值。以齊墩果酸為標準品，繪制標準曲線，以標準曲線回歸方程計算樣液中三萜酸含量。

1.3.3單因素試驗

取50 g山楂切片，置于250 mL三角瓶中，加入150 mL水，在不同超聲條件下制備山楂汁，以山楂汁中三萜酸含量為評價指標，通過單因素試驗確定冷凍時間、超聲溫度、超聲時間、超聲功率的較佳值。

1.3.4正交優化試驗

在單因素試驗的基礎上，以三萜酸含量為評價指標，采用L9（34）正交試驗對凍融-超聲輔助提取山楂汁的工藝進行優化。

2　結果與分析

2.1單因素試驗

2.1.1冷凍時間對山楂汁三萜酸含量的影響

分別將山楂切片冷凍0、5 h、10 h、15 h、20 h，取出后勻漿、加酶，在50℃、150 W功率條件下，超聲30 min制備山楂汁。測定山楂汁SSC和三萜酸含量，結果如圖1所示。

由圖1可知，將山楂冷凍一定時間可以有效增加山楂汁中SSC及三萜酸含量。冷凍處理形成的冰晶會破壞細胞壁，使得組織液更易完全釋放，增加山楂果實細胞內物質的溶出［10，18］。細胞壁內外表面溫度變化速度不同，冷凍-解凍過程中胞壁兩面產生很大溫差，這種沖擊熱應力會引起斷裂現象，增加活性物質的釋放量［19］。當凍結時間為15 h時，三萜酸含量和SSC達到最大值，分別為330.99 mg/100 g和5.20%。因此，選擇15 h為冷凍時間最佳點。

圖1　冷凍時間對山楂汁可溶性固形物（A）及三萜酸（B）含量的影響Fig.1 Effect of freezing time on soluble solid content（A）and tritepenoidic acid content（B）in hawthorn juice

2.1.2超聲溫度對山楂汁三萜酸含量的影響

將山楂切片冷凍15 h，勻漿加酶后分別在30℃、40℃、50℃、60℃、70℃條件下，150 W功率超聲30 min制備山楂汁。測定山楂汁SSC和三萜酸含量，結果如圖2所示。

圖2　超聲溫度對山楂汁可溶性固形物（A）及三萜酸（B）含量的影響Fig.2 Effect of ultrasonic extract temperature on soluble solid content（A）and tritepenoidic acid content（B）in hawthorn juice

由圖2可知，隨著超聲溫度的升高SSC變化不存在顯著差異，超聲溫度為60℃時，SSC達到最大值5.21%。而三萜酸含量在30～50℃時，從299.18 mg/100 g顯著增加到331.54 mg/100 g，之后隨著溫度升高有所下降。超聲產生的劇烈振動可促進細胞破裂，和酶提取聯用可以明顯加速細胞內容物的溶出，降低提取溫度，縮短提取時間，提高提取率［20-21］。但是溫度升高一方面造成酶活性降低，另一方面高溫作用下超聲對生物活性物質結構有破壞。因此，選擇50℃為溫度最佳點。

2.1.3超聲時間對山楂汁三萜酸含量的影響

將山楂切片冷凍15h，勻漿加酶后在50℃條件下，150 W功率分別超聲10 min、20 min、30 min、40 min、50 min制備山楂汁。測定山楂汁SSC和三萜酸含量，結果如圖3所示。

圖3　超聲時間對山楂汁可溶性固形物（A）及三萜酸（B）含量的影響Fig.3 Effect of ultrasonic extract time on soluble solid content（A）and tritepenoidic acid content（B）in hawthorn juice

由圖3可知，隨著超聲時間的延長，SSC和三萜酸含量先顯著增加后下降。超聲提取具有空化、振動、粉碎和攪拌的功效，可以使細胞內容物快速溶出，與傳統方法相比，極顯著的縮短提取時間［22］。超聲提取30 min、40 min，山楂汁中三萜酸和SSC含量達到最高值，分別為328.62 mg/100 g和5.42%。但隨著時間的延長含量有所下降，可能由于超聲波具有較強的機械剪切作用，長時間作用會使三萜酸物質分子結構被破壞。過長時間的超聲作用不利于提高山楂汁中三萜酸物質的含量，且增加能耗，因此選擇30 min為超聲提取時間的最佳水平。

2.1.4超聲功率對山楂汁三萜酸含量的影響

將山楂切片冷凍15h，勻漿、加酶后分別在60W、90 W、120 W、150 W功率下，50℃條件下超聲30 min制備山楂汁。測定山楂汁SSC和三萜酸含量，結果如圖4所示。

圖4　超聲功率對山楂汁可溶性固形物（A）及三萜酸（B）含量的影響Fig.4 Effect of ultrasonic power on soluble solid content（A）and tritepenoidic acid content（B）in hawthorn juice

由圖4可知，山楂汁中三萜酸含量隨著超聲功率的增大而增加，在儀器最大功率150 W時山楂汁中三萜酸含量和SSC達到最高，分別為327.65 mg/100 g和5.22%。超聲功率在超聲提取過程中起著重要的作用［23］，適當的超聲條件可以保持生物活性分子結構和特性。在一定范圍內提高超聲功率會增加山楂細胞的破碎程度，使山楂汁中三萜酸的溶出率升高。但是由于超聲波的強機械作用，極端的增加超聲波能量會破壞生物活性物質的分子鏈，造成活性物質分子的不正常降解，同時增加能耗［24-25］，因此將最佳超聲功率確定為120 W。

2.2提取條件正交試驗優化

綜合以上單因素試驗結果，利用正交試驗考察冷凍時間、超聲溫度、超聲時間、超聲功率對山楂汁中三萜酸含量的影響，正交試驗結果、方差分析分別見表1及表2。

通過表1中各個因素的k值和R值大小可知，4個因素對山楂汁中三萜酸含量的影響程度大小依次為超聲功率（D）＞超聲時間（C）＞冷凍時間（A）＞超聲溫度（B）。從表2方差分析結果可知，超聲功率是影響山楂汁中三萜酸含量最重要的因素，對結果有顯著影響（P＜0.05），超聲時間對三萜酸的含量起次要作用（P＜0.1），其他2個因素中超聲溫度對結果影響最小，分析時用作誤差列。在試驗設計范圍內，綜合極差及方差分析結果，最終優化得到高三萜酸含量山楂汁超聲制備的最佳工藝條件為A3B2C3D3，即冷凍20 h后，50℃溫度下，功率150 W超聲40 min。在該條件下進行3次驗證試驗制備山楂汁，測定其三萜酸含量平均值為（341.18±2.39）mg/100 g，SSC為（5.44±0.02）%。

表1　提取條件優化正交試驗優化結果與分析Table 1 Results and analysis of orthogonal tests for extraction technology optimization

表2　正交試驗結果方差分析Table 2 Variance analysis of orthogonal experimental results

3　結論

通過單因素及正交試驗優化得到制備高三萜酸含量山楂汁的最佳工藝條件為：冷凍時間20 h，超聲溫度50℃，超聲時間40 min，超聲功率150 W。在此條件提取的山楂汁中三萜酸含量為341.18 mg/100 g，SSC為5.44%。

凍融-超聲輔助提取山楂汁，可以有效增加三萜酸類物質的溶出，縮短提取時間，降低能耗，是一種高效制備高品質山楂汁的技術方法。

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Extraction optimization of hawthorn juice with high tritepenoidic acids content assisted by freeze-thawing and ultrasonic technique

LIU Hui，ZHANG Chunling，CHEN Dalei，LV Zhenzhen，YANG Wenbo，JIAO Zhonggao*
（Zhengzhou Fruit Research Institute，Chinese Academy of Agricultural Science，Zhengzhou 450009，China）

In order to optimize the processing condition of increasing tritepenoidic acids content in hawthorn juice，the effects of 4 factors including freezingtime，ultrasonic temperature，ultrasonic extraction time and ultrasonic power were investigated.The optimal extracting conditions for hawthorn juice with high tritepenoidic acid content were as follows:freezing time 20 h，ultrasonic temperature 50℃，ultrasonic extraction time 40 min and ultrasonic power 150 W.The content of tritepenoidic acids in hawthorn juice under these conditions was 341.18 mg/100 g.Freeze-thawing with ultrasonic technique was an efficient method for extracting hawthorn juice with high content of tritepenoidic acids.

hawthorn juice；tritepenoidic acids；ultrasonic extract；freeze-thawing

TS255.44

A

0254-5071（2015）10-0091-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.10.020

2015-09-09

中國農業科學院科技創新工程專項經費項目（CAAS-ASTIP-2015-ZFRI）；河南省科技攻關項目（152102110111）

劉慧（1984-），女，助理研究員，碩士，研究方向為果品化學與營養。

焦中高（1972-），男，副研究員，博士，研究方向為果品加工與貯藏。