不同浸提方法對苦水玫瑰浸提效果的影響

張霽紅,康三江,曾朝珍,張海燕,宋 娟

(甘肅省農業科學院農產品貯藏加工研究所,甘肅蘭州 730070)

玫瑰花作為一種藥食兩用的植物,花色鮮艷,芳香濃郁并具有很高的營養價值[1],是開發生產飲料的重要原料。玫瑰花含有300多種化學成分,富含人體必需的氨基酸、豐富的蛋白質、多糖、維生素、色素、黃酮、槲皮苷、脂肪、揮發油、蹂質等成分[2]。盛產于甘肅永登苦水鎮的“苦水玫瑰”更是香型獨特,色澤殷紅,含油量高達0.039%[3]。研究表明[4-7]，苦水玫瑰共有58種香氣成分,其主體香氣組分為:香茅醇、香葉醇、苯乙醇、橙花醇及其酯類,花瓣中含有較高的多酚及黃酮類物質具有較強的抗氧化活性和自由基清除能力,其玫瑰水提物在30種藥用植物中具有最強的抗氧化能力,并具有抗炎止痛、抗菌、抗病毒、抗真菌等功效。

近年來,苦水玫瑰飲料的開發大多局限于玫瑰花茶飲料的開發,一般采用傳統熱水浸提法得到玫瑰浸提液,此法多采用80～90 ℃浸提,時間30～60 min,雖可獲得較高的玫瑰內含成分和浸提率,但同時會引起香氣大量揮發,活性成分失活變性,不利于工業化生產[8]。微波和超聲波提取技術已廣泛應用于天然產物及生物活性成分提取等研究領域,研究表明[9]，采用超聲波提取野玫瑰色素不僅收率高,而且性能穩定,質量較好。

本實驗在傳統熱水提取方法基礎上,結合微波、超聲波提取法對苦水玫瑰花的浸提工藝參數進行研究,通過研究比較不同玫瑰浸提工藝對浸提率、維生素C、玫瑰紅色素和香氣成分的影響,尋求一種經濟、實用且有利于減少活性成分失活和變性的提取工藝參數,以期為今后玫瑰系列飲料產品開發和有效物質的高效利用及后續研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

供試材料 為甘肅省永登縣苦水鎮的苦水玫瑰,新鮮玫瑰花蕾陰干粉碎后過篩,粒徑分別為20、40、60目；香茅醇、苯乙醇對照品 上海源葉生物科技有限公司,純度≥98%;抗壞血酸對照品 北京拜爾迪生物技術有限公司,純度≥98%;鹽酸、氫氧化鈉、氯化鈉等 天津市光復科技發展有限公司,均為國產分析純。

WD800ASL23微波爐 Galan電器有限公司;KQ-200VDB超聲波儀 昆山市超聲儀器公司;TGL-16MC冷凍離心機 長沙維爾康湘鷹離心機有限公司;HH-S4電熱恒溫水浴鍋 北京科偉永興儀器有限公司;電子天平 賽多利斯;UV2400紫外可見分光光度計 上海舜宇恒平科學儀器有限公司;PAL-1數顯糖度計 日本愛拓數顯糖度計;A4000氣相色譜儀 北京東西分析儀器公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 常規浸提方法 以浸提液520 nm波長下的吸光值計花色素含量,在單因素實驗基礎上為了全面考察原料粉碎目數、提取溫度、提取時間、料水比等各因素之間的相互交叉影響,設計了四因素三水平正交實驗。稱取不同目數的玫瑰花粉2 g,按一定料液比加水,設定溫度和提取時間,按L9(34)正交實驗設計進行常規水浸提(表1),浸提后抽濾浸提液,用熱水洗滌殘渣2～3次,合并濾液于容量瓶中,冷卻后定容至100 mL,520 nm波長下測浸提液的吸光值。

表1 常規浸提正交實驗設計Table 1 Orthogonal experiment design of common extraction

1.2.2 微波浸提法 在微波功率800 W,火力60%的條件下,以浸提液520 nm波長下的吸光值計花色素含量,在單因素實驗基礎上為了全面考察原料粉碎目數、提取時間、料水比等各因素之間的相互交叉影響,設計三因素三水平正交實驗。稱取不同目數的玫瑰花粉2 g,加入一定料液比的蒸餾水,設定時間,放入微波器皿內,在室溫條件下按L9(33)正交實驗設計進行微波浸提。浸提后趁熱抽濾,用熱水洗滌殘渣2～3次,合并濾液于容量瓶中,冷卻后定容至100 mL,520 nm波長下測浸提液的吸光值。

表2 微波浸提正交實驗設計Table 2 Orthogonal experiment design of microwave extraction

1.2.3 超聲波浸提法 在超聲波功率200 W,頻率80 kHz的條件下,以浸提液520 nm波長下的吸光值計花色素含量,在單因素實驗基礎上為了全面考察原料粉碎目數、提取時間、料水比、提取溫度等各因素之間的相互交叉影響,設計四因素三水平正交實驗。稱取不同目數的玫瑰花粉2 g,設定時間、溫度、料液比,按L9(34)正交實驗設計進行微波浸提(表3),抽濾浸提液,用熱水洗滌殘渣2～3次,合并濾液于容量瓶中,冷卻后定容至100 mL,520 nm波長下測浸提液的吸光值。

表3 超聲波浸提正交實驗設計Table 3 Orthogonal experiment design of ultrasonic extraction

1.2.4 溫水浸提 以浸提液520 nm波長下的吸光值計花色素含量,在單因素實驗基礎上稱取粒徑為40目的玫瑰花粉2 g,加1∶40料液比的蒸餾水,45 ℃水浴中提取2 h后趁熱抽濾,用熱水洗滌殘渣2～3次,合并濾液于容量瓶中,冷卻后定容至100 mL,520 nm波長下測浸提液的吸光值,與以上浸提方法進行對比。

1.3 分析方法

1.3.1 玫瑰色素的測定 參照孫茜玫瑰色素測定方法[10]:玫瑰色素在可見光區520 nm處有最大吸收,可用此波長下的吸光值判定玫瑰色素含量。因此以分光光度計520 nm波長處浸提液的吸光值計色素含量。

1.3.2 提取液可溶性固形物測定 按GB/T 12143-2008飲料通用分析方法飲料中可溶性固形物的測定方法,折光計法進行測定。

1.3.3 浸出率的測定 參考孟岳成等[11]玫瑰水浸出率的計算方法,稱取玫瑰花粉2 g,加水80 mL,浸提過濾后,置于已知質量的干燥培養皿中,于103～105 ℃的恒溫干燥箱內烘4 h至恒重,稱量,依據樣品質量計算得到浸出率。

浸出率(%)=m/M×100

式中，m為提取液內含物質量,g;M為原料質量,g。

1.3.4 VC含量 參考周德慶紫外分光光度法快速測定果蔬及飲料中維生素C含量的方法測定[12]。

1.3.5 香氣成分 參照趙玉玲[13]的測定方法,采用加標法,通過氣相色譜對苦水玫瑰浸提液中的香茅醇、苯乙醇進行定性定量分析檢測,按標品含量峰面積為參考,以體積分數(%)表示相對含量。氣相色譜條件:汽化室溫度:250 ℃,檢測器:FID,柱溫:200 ℃,檢測器溫度:250 ℃,色譜柱:KB-Wax。

1.3.6 數據統計分析 每個實驗組設三個平行,數據采用Microsoft Office Excel 2007進行處理。

2 結果與分析

2.1 常規浸提方法最佳工藝的確定

按照正交實驗設計，本研究對常規浸提條件下苦水玫瑰提取液520 nm波長下的吸光值即玫瑰色素含量進行測定并進行極差分析,根據分析結果得到玫瑰常規水提工藝的最佳工藝參數為:物料粉碎度60目,料液比1∶40,提取溫度90 ℃,提取時間30 min。其中物料粒徑對玫瑰色素含量影響最大,料水比、溫度次之,提取時間影響最小。在此工藝條件下進行驗證,浸提液在520 nm波長下的吸光值為0.8623。常規浸提方法利用介質的熱傳導、熱輻射等方式自外向內傳遞熱量,物料顆粒度越小、溫度越高,提取時間越長越有利于有效物質的浸出,但顆粒太細會給物料分離造成難度,溫度過高,提取時間過長易導致活性物質的失活和變性,特別是玫瑰花色苷在高溫下會加速分解,Garzon[14]通過對不同來源花色苷的熱穩定性分析,指出溫度越高花色苷講解越快。因此對常規提取工藝參數進行優化,得到提取花色苷較優工藝。

2.2 微波浸提方法最佳工藝條件確定

按照正交實驗設計，本研究對微波浸提玫瑰花提取液520 nm波長下的吸光值即玫瑰色素含量進行測定并進行極差分析,根據分析結果得到微波浸提工藝的最佳工藝參數為:物料粉碎度60目,料液比1∶40,微波浸提時間3.5 min。其中物料粒徑對玫瑰色素含量影響最大,提取時間次之,料水比影響最小。在此參數條件下進行驗證實驗,浸提液在520 nm波長下的吸光值為0.8103。微波浸提法利用了常規浸提法約1/10的時間達到幾乎相同的色素提取率,充分發揮了微波快速、高效的優勢,但在微波功率恒定的條件下,較優的料液比、微波輻射時間、顆粒大小仍可提高浸出物中花色素含量。

表4 常規浸提法對苦水玫瑰提取效果的影響Table 4 Effect of conventional extraction on the extraction efficiency of Ku-shui rose

表5 微波浸提法對苦水玫瑰提取效果的影響Table 5 Effect of microwave extraction on the extraction efficiency of Ku-shui rose

2.3 超聲波浸提方法最佳工藝條件確定

按照正交實驗設計，本研究對超聲波浸提玫瑰花提取液520 nm波長下的吸光值即玫瑰色素含量進行測定并進行極差分析,根據分析結果得到玫瑰超聲波浸提工藝的最佳工藝參數為:物料粉碎度60目,料液比1∶40,提取溫度80 ℃,提取時間20 min。其中物料粒徑對玫瑰色素含量影響最大,料水比、溫度次之,提取時間影響最小。在此參數條件下進行驗證實驗,浸提液在520 nm波長下的吸光值為0.9421。超聲波浸提法利用了超聲波的空化作用,破壞細胞壁和細胞膜,增加組織滲透性,縮短提取時間,并對浸提物特別是熱敏性物質花色苷有很好的保持作用,可明顯提高色素產量和質量。

表6 超聲浸提法對苦水玫瑰提取效果的影響Table 6 Effect of ultrasonic extraction on the extraction efficiency of Ku-shui rose

2.4 不同浸提方法對玫瑰有效成分的浸出影響

以所得不同浸提方式優化實驗參數為指導，進行玫瑰液浸提,對浸提液中可溶性固形物、花色素含量、VC含量以及提取率進行測定,其結果見表7。

表7 不同浸出方法對苦水玫瑰有效成分的浸出 Table 7 Extractions of the main compounds using different extracting methods

本研究對微波、超聲波、常規浸提、溫水浸泡等不同工藝所得玫瑰浸提液中主要化學成分及提取率進行了測定,其結果(表7)表明，與溫水浸泡相比,微波、超聲波、常規浸提可提高可溶性固形物、花色素、VC含量以及提取率。超聲波浸提所測各項指標大于其它幾種浸提方法。其中可溶性固形物、花色素含量和提取率變化趨勢一致,表現為:超聲波浸提最大,常規浸提、微波浸提次之,溫水浸泡最小。說明當玫瑰浸出液中浸出物質增多時,相應的可溶性固形物含量增加、花色素含量增加,浸出率增大,因微波浸提時間較短,細胞內溶出物質受限,故表現為微波浸提的提取率小于常規浸提。而VC含量表現為超聲波浸提含量最大達到(386.00±32.35) μg/mL,微波浸提(236.88±9.61) μg/mL,常規浸提和溫水浸泡VC含量差距較小,這是因為VC在80 ℃以上容易浸出也容易被破壞分解,而在45 ℃條件以下不容易浸出,與微波浸提和超聲波浸提相比常溫浸提溫度高,時間較長,VC損失較大,故微波浸提、超聲波浸提VC含量高于常溫浸提。

2.5 不同浸提方法對玫瑰主要香氣成分的影響

為快速浸提并充分發揮玫瑰原料的經濟價值,玫瑰飲料中玫瑰液的制備多采用高溫提取,一般提取溫度不低于80 ℃,高溫提取盡管可充分提高原料中有效成分的浸出,但可能會影響香氣成分的穩定性。本研究對不同提取工藝中玫瑰主要香氣成分香茅醇、苯乙醇進行定性定量測定,其結果如下。

表8 不同浸提方法對主要香氣成分的浸出Table 8 Extractions of the main aroma compounds by different extracting methods

對比以上幾種浸提方法對苦水玫瑰浸提液中主要香氣成分香茅醇、苯乙醇體積分數含量的數據,表明微波浸提對香氣成分的浸出和保留效果最好,香茅醇和苯乙醇體積分數含量達到0.0124%±0.003%、0.0498%±0.002%。常溫浸提對苦水玫瑰主要香氣成分的浸出保留效果最差,甚至低于溫水浸泡。說明常規浸提溫度過高,時間過長,容易造成揮發性香氣成分的損失和熱不穩定性成分的分解。

圖1 苦水玫瑰浸提液中主要香氣物質色譜圖Fig.1 Main aroma chromatogram of Ku-shui rose extractions

3 結論

本研究對苦水玫瑰不同浸提工藝條件進行優化,通過正交實驗和極差分析,得到苦水玫瑰常規浸提工藝為:物料粉碎度60目,料液比1∶40,提取溫度90 ℃,提取時間30 min。微波浸提工藝為:物料粉碎度60目,料液比1∶40,微波浸提時間3.5 min。超聲波浸提工藝為:物料粉碎度60目,料液比1∶40,提取溫度80 ℃,提取時間20 min。

常規、微波、超聲浸提法與溫水浸泡法相比較,可提高可溶性固形物、花色素、VC含量和提取率,其中超聲波浸提法效果最佳。微波浸提對苦水玫瑰主要香氣成分香茅醇、苯乙醇的浸出和保留效果優于微波、常規浸提法。

綜上所述,與傳統高溫浸提方式相比較,超聲波、微波浸提法保持了較高的浸出率,并對浸出液中色素、維生素和香氣成分影響較小,較好地保留了苦水玫瑰特有的成分,為更好地利用原料和進一步開發苦水玫瑰飲料新產品提供依據。

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