螯合劑協同微波雙輔助提取核桃青皮多酚

張春媛

摘要：以山西核桃青皮為原料，采用螯合劑微波雙輔助優化紅棗中多糖的提取工藝，以微波功率、提取時間、液料比、乙醇體積分數、螯合劑添加量5個因素為自變量，多酚提取率為因變量，在單因素試驗的基礎上，利用微波功率、提取時間、螯合劑添加量3個因素進行了響應面試驗優化研究。用Design Expert 8.06軟件對多糖提取率進行了多元回歸模型擬合分析。分析結果表明：微波功率為830 W，提取時間為7.4 min，最佳螯合劑為六偏磷酸鈉，添加量0.22%，多酚的提取率為4.115%。

關鍵詞：螯合劑；微波；核桃青皮；多酚

中圖分類號：S664

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）12025205

1引言

核桃，又名胡桃，為胡桃科植物，核桃富含蛋白質、脂肪、碳水化合物、人體必需的鈣、磷、鐵等多種微量元素、礦物質以及胡蘿卜素、核黃素等多種維生素，具有極高的營養價值和藥用價值。而核桃青皮作為核桃作物廢棄的副產物，含有豐富的多酚類物質，植物多酚由于其獨特的生物活性，廣泛應用于制革、醫藥、保健品、化妝品等領域，與人們的日常生活密切相關[1～3]。為了充分利用核桃資源，將核桃青皮變廢為寶，本文以山西核桃為研究材料，采用螯合劑微波雙輔助提取核桃青皮多酚，采用Design-Expert軟件設優化核桃青皮多酚提取最佳工藝參數，以期為核桃青皮的進一步深加工提供理論信息。

2材料與方法

2.1材料與儀器

核桃；沒食子酸、無水乙醇、7.5%碳酸鈉溶液、福林酚（1∶2）、六偏磷酸鈉（SHMP）、檸檬酸鈉（CAS）、乙二胺四乙酸（EDTA）等試劑皆為市售國產分析純。

BS110S型電子天平，北京賽多利斯儀器系統有限公司；GZX-9246鼓風干燥箱，上海博訊事業有限公司醫療設備廠；LSY電熱恒溫水浴鍋，北京醫療設備廠；WP800BS微波爐，格蘭仕電器有限公司；UV-1100紫外可見分光光度計，上海美譜達儀器有限公司；RJ-TDL-40C低速臺式離心機，無錫市瑞江分析儀器有限公司。

2.2實驗方法

2.2.1原料預處理

核桃青皮于60℃鼓風干燥箱12 h，粉碎過60目篩后備用。

2.2.2標準曲線的制作

以X軸為沒食子酸濃度，Y軸為吸光度，制作標準曲線。

2.2.3單因素實驗

以微波功率、提取時間、液料比、乙醇體積分數、螯合劑添加量5個因素進行單因素設計，設定微波功率450 W、550 W、650 W、750 W、850 W、950 W；設定提取時間1 min、3 min、5 min、7 min、9 min；液料比15∶1、20∶1、25∶1、30∶1、35∶1、40∶1；乙醇體積分數40%、50%、60%、70%、80%、90%；螯合劑SHMP、CAS、EDTA添加量分別0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%。分析各單因素對核桃青皮多酚提取率的影響。

2.2.4核桃青皮多酚提取響應面優化

在單因素試驗的基礎上，選取對核桃青皮多酚提取率影響顯著的微波功率、浸提時間、六偏磷酸鈉（SHMP）添加量3個因素，進行三因素三水平響應面試驗優化研究，用Design Expert 8.06軟件對多酚提取率進行二次多元回歸模型擬合分析。

3結果與分析

3.1標準曲線的繪制及回歸方程的建立

從圖1可知，其吸光度在765 nm處與沒食子酸濃度高度相關，其相關系數R2=0.9996。

3.2單因素實驗

3.2.1微波功率對核桃青皮多酚提取率的影響

由圖2可知，隨著微波功率的增大，核桃青皮多酚的提取率不斷增加，當微波功率達到750 W時，多酚提取率達到最大，微波功率850 W時，多酚提取率趨于平緩，繼續增大微波功率到950 W時，多酚提取率降低。這主要是因為隨著微波功率的逐漸增大，加熱速度逐漸升高，使得多酚與多糖、蛋白質等一些大分子物質結合穩定性性變差，使多酚溶解度增大，提取率增加；但微波功率過大時，會使多酚結構發生嚴重破壞，而且高功率的微波使得提取液揮發導致乙醇濃度降低而使多酚提取率降低[4]。

3.2.2提取時間對核桃青皮多酚提取率的影響

由圖3可知，無論是微波輔助提取，還是微波螯合劑雙輔助提取，均隨著提取時間的延長多酚提取率呈上升趨勢，達到最大值后呈下降趨勢。這主要是因為提取時間太短，多酚不能充分溶解在提取液乙醇中；而提取時間太長，容易使得多酚發生一些不可逆的化學反應，如氧化、聚合等等，使溶液中多酚含量降低[5]。

3.2.3液料比對核桃青皮多酚提取率的影響

由圖4可知，無論是微波輔助提取、螯合劑輔助提取還是微波螯合劑雙輔助提取，液料比30：1時，多酚提取率達到最大。這主要因為液料比太小時，多酚很容易就達到飽和，使得多酚不能充分溶解出來，在30∶1時，多酚溶解度達到最大飽和，繼續增大液料比，多酚提取率趨于平緩[6]，因此液料比30∶1比較合適。

3.2.4乙醇體積分數對核桃青皮多酚提取率的影響

由圖5可知，乙醇體積分數為70%時，多酚提取率最大，繼續加大乙醇體積分數，多酚提取率反而下降。這主要是因為提取液乙醇溶液可以使多酚與核桃青皮組織中一些大分子物質如蛋白質、多糖等之間的氫鍵和疏水鍵斷裂，從而使多酚溶解在乙醇溶液中；當乙醇體積分數70%時，乙醇極性與多酚極性差異極小，多酚溶出最多；但如果乙醇體積分數太大，一些其他脂溶性物質溶出增加，反而影響多酚的溶出[7]。

3.2.5螯合劑對核桃青皮多酚提取率的影響

由圖6可知，3種螯合劑均能提高核桃青皮多酚的提取率，并且都隨著螯合劑添加量的增加呈上升趨勢，達到最大值后均呈下降趨勢。這主要因為金屬離子螯合劑能夠螯合提取液中與多酚結合的金屬離子，使多酚溶解在提取液乙醇中；但隨著螯合劑添加量的進一步增加，螯合劑會與提取液中的水分子結合，從而使提取液乙醇的極性發生改變，多酚溶解度降低[8]。從圖中也可以看出SHMP添加量0.2%，CAS添加量0.3%，EDTA添加量0.4%時，核桃青皮多酚提取率最大，且SHMP添加量0.2%多酚提取率與CAS添加量0.3% 、EDTA添加量0.4%多酚提取率基本持平；因此從經濟、工藝合理性等多方面考慮，其最佳螯合劑添加量為0.2%的SHMP。

3.3核桃青皮多酚提取工藝參數優化

3.3.1響應面試驗設計

結合單因素的實驗結果，采用三因素三水平（微波功率：650 W、750 W、850 W；提取時間：5 min、7 min、9 min；六偏磷酸鈉添加量：0.1%、0.2%、0.3%）的響應面分析，采用軟件Design Expert 8.06來處理分析數據，共17組試驗，試驗設計及結果見表1。

3.3.2模型的建立及其顯著性檢驗

利用Design Expert 8.06軟件對表1的數據進行多元回歸擬合分析，得出多酚提取率對微波功率（A）、提取時間（B）、六偏磷酸鈉添加量（C）的二次多項回歸模型為：

多酚提取=+3.93+0.32A+0.27B+0.073C+0.37AB+0.052AC+0.25BC-0.64A2-1.11B2-0.67C2。

對該二次多元回歸模型進行方差分析，結果如表2。

由表2方差分析可知，F回歸=11.7>F0.05=6.94，P<0.05，說明回歸方程顯著，F失擬=5.680.05，表明失擬不顯著，說明該方程對試驗擬合情況較好，實驗誤差較小，可以用該回歸方程對試驗結果進行分析。由單因素F值可知單因素對多酚提取量的影響順序為A>B>C，即微波功率>提取時間>六偏磷酸鈉添加量；由P值可知，單因素B和C對測定多糖提取率的實驗結果顯著，而A不顯著；二次型A2、B2和C2均對測定多酚提取量的實驗結果顯著；交互項AB和AC顯著，而BC不顯著。

R2=0.9816，可知該模型的擬合度良好，校正擬合度R2Adj=0.9739與預測擬合度R2Pred=0.9698值比較相近，Adeq Precision=11.615其值遠大于4，表明采用該響應面法所得的回歸方程模型是可行的，可以對核桃青皮多酚提取優化試驗進行預測[9]。

3.3.3兩因素間的交互影響

根據表3的結果，做微波功率與提取時間、微波功率與六偏磷酸鈉、提取時間與六偏磷酸鈉之間交互作用的三維空間響應面圖和等高線圖，如圖7-圖8。

由圖7可知，微波功率與提取時間、微波功率與六偏磷酸鈉添加量等高線圖的形狀是橢圓形，說明這幾個因素之間交互作用顯著，而提取時間與六偏磷酸鈉添加量等高線圖的形狀是圓形，說明這兩個因素交互作用不顯著[10]。

由圖8可知，擬合曲面有最大值，對回歸方程進行分析，求出其核桃青皮多酚提取率理論最佳值為4.115%，其所對應的最佳提取參數為：微波功率830 W，提取時間7.4 min，六偏磷酸鈉添加量為0.22%。

3.4驗證性試驗

為了驗證模型結果的可靠性，在模型得到的最優條件下進行三次平行試驗，核桃青皮多酚提取率為4.202%、4.118%、4.109%，平均得率為4.143%，與理論值相差0.028%，說明該模型得到的工藝參數準確可靠。

4結論

通過響應面試驗，建立了微波功率、浸提時間和液料比3因素3水平的回歸模型擬合方程，根據模型，對微波功率、提取時間、液料比對紅棗多糖提取率影響的交互作用的探討；得出最佳的提取工藝參數為：微波功率830 W、時間7.4 min、六偏磷酸鈉添加量0.22%、液料比30∶1、乙醇體積分數70%，此條件下， 核桃青皮多酚提取率為4.115%。

參考文獻：

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