超高壓法提取山杏多酚工藝優(yōu)化

付婷婷，李尊強(qiáng)，張學(xué)義，么宏偉，趙鳳臣，韓書昌，吳洪軍*，謝晨陽

(1.黑龍江省林副特產(chǎn)研究所，牡丹江 157011；2.黑龍江省煙草公司煙草科學(xué)研究所，哈爾濱 150000)

山杏[Armeniacasibirica(L.) Lam]，為薔薇科杏屬，原產(chǎn)我國及亞洲西部,是亞洲特有的生態(tài)經(jīng)濟(jì)型樹種[1]；除此之外，山杏根系發(fā)達(dá)、不僅耐寒、耐旱，而且還耐瘠薄、耐高溫,是營(yíng)造水土保持林的優(yōu)良植物材料和生態(tài)脆弱地區(qū)植被恢復(fù)的先鋒樹種[2]。

山杏有很多的功能，羅艷和劉梅[3]研究發(fā)現(xiàn)山杏可用作生物柴油原料，值得推廣；史清華等人研究發(fā)現(xiàn)杏仁蛋白含有人體必需的8種氨基酸，具有較高的營(yíng)養(yǎng)功能[4]；杏殼活性炭具有碘值高，質(zhì)地堅(jiān)硬，孔隙密度大、吸附能力強(qiáng)、比表面積高等優(yōu)點(diǎn)，并且不含人體有害物質(zhì)、可以再生和重復(fù)使用，是生產(chǎn)高檔活性炭的優(yōu)質(zhì)原料[5]；苦杏仁還具有某些藥用價(jià)值，有鎮(zhèn)咳平喘[6]、輔助治療癌癥[7]、鎮(zhèn)痛[8]等作用，且苦杏仁含有豐富的微量元素，其中防癌能力很強(qiáng)的硒含量為各類果仁之冠[9]。目前對(duì)于山杏資源的加工利用的產(chǎn)品比較少，僅有果核提取杏仁油、蛋白等成分，大部分果肉往往被丟棄，利用價(jià)值很低，山杏分布區(qū)域落果期可見漫山遍野的果肉廢棄和腐爛，既浪費(fèi)了大量的寶貴資源，同時(shí)又造成了一定的環(huán)境污染。因此，變廢為寶，開發(fā)利用山杏果品資源，亦為本研究宗旨所在。

多酚是一種天然的還原劑，能有效阻止活性氧、氮的增加，調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)氧化劑和還原劑的穩(wěn)態(tài)，有效防止或削弱生物大分子的氧化損傷，從而對(duì)氧化損傷導(dǎo)致的心血管病，癌癥和衰老等慢性病起到預(yù)防作用[10]。超高壓處理為近年來興起的非熱加工技術(shù)，此技術(shù)提取產(chǎn)物能耗低、雜質(zhì)形成少、提取時(shí)間短，只破壞非共價(jià)鍵而共價(jià)鍵的活性成分不受破壞，故不單用于食品中的滅酶、滅菌工作，還可用于協(xié)同強(qiáng)化萃取[11-12]，其在食品中的應(yīng)用越來越受到人們的重視。范金波[13]采用超高壓法提取牛蒡根多酚，提取率高達(dá)10.7%，并且此多酚具有較強(qiáng)的抗氧化能力；楊小蘭[14]用超高壓法處理4種獼猴桃，結(jié)果顯示超高壓能顯著提高獼猴桃漿多酚含量。

本研究以山杏為原料，通過考察料液比、乙醇濃度、反應(yīng)壓力對(duì)山杏多酚提取率的影響，采用Box-Behnken響應(yīng)面分析法對(duì)其提取工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，以期為山杏資源開發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

山杏采自于牡丹江市北山周圍，樹齡超過5年，取8月份果實(shí)。洗凈晾干冷凍保存?zhèn)溆谩１驹囼?yàn)所用試劑均為分析純。

1.2 主要儀器

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀RE-52A(上海亞榮生化儀器廠)；紫外可見分光光度計(jì)：U-3010，日本HITACHI株式會(huì)社；超高壓食品處理裝置HPP.L3-600/0.6型，天津華泰森淼生物工程公司。

2 方法

2.1 山杏多酚的提取

山杏洗凈，去核，打漿，定量裝袋，封口，超高壓處理(按各步實(shí)驗(yàn)要求設(shè)置處理壓力)10min，冷凍保存。

取10g樣品果肉，浸泡在50mL 80%乙醇中，置于搖床中提取1h，提取完畢過濾，濾液在10000r/min下離心10min，取上清液。提取過程重復(fù)3次，合并濾液，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至體積為10mL。濃縮后的提取物儲(chǔ)存于-20℃的冰箱中備用。

2.2 多酚含量的標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

多酚含量用福林酚法。準(zhǔn)確稱量25mg沒食子酸，去離子水溶解并定容至25mL，以該沒食子酸溶液為母液，依次配制成質(zhì)量濃度分別為0、20、60、100、150、200、300、500μg/mL的梯度液。取標(biāo)準(zhǔn)溶液100μL與去離子水400μL于玻璃試管中，加福林酚試劑100μL，混勻，6min后加入7%Na2CO3溶液1mL和去離子水0.8mL，混勻后避光放置，90min后于760nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度。標(biāo)準(zhǔn)曲線方程：y=0.0042x+0.0178(R2=0.9981)。

2.3 樣品多酚含量測(cè)定

準(zhǔn)確吸取樣液100μL，其余步驟同2.2。按公式計(jì)算樣品多酚含量。

式中：W為多酚含量μg/mL，ρ為沒食子酸質(zhì)量濃度μg/mL，V為提取液體積mL，N為稀釋倍數(shù)，100為樣液體積mL。

2.4 單因素試驗(yàn)

以多酚提取率為衡量指標(biāo)，分別研究料液比、乙醇濃度、反應(yīng)壓力3個(gè)因素對(duì)山杏多酚提取率的影響。

表1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.5 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)3個(gè)因素進(jìn)行3因素3水平的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，以多酚提取率為指標(biāo)，確定最優(yōu)提取工藝參數(shù)。

2.6 數(shù)據(jù)處理

每種實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次取平均值，數(shù)據(jù)處理用Design-Expert8.0.0軟件分析。

3 結(jié)果分析

3.1 超高壓處理對(duì)山杏多酚提取率的影響

圖1 超高壓對(duì)山杏多酚提取率的影響

由圖1可以看出，樣液經(jīng)超高壓處理后，多酚的含量顯著提高。常壓提取的山杏多酚提取率為8.5%，經(jīng)300MPa高壓處理后多酚含量增至12.1%。

3.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

3.2.1 料液比對(duì)山杏多酚得率的影響

圖2 料液比對(duì)山杏多酚得率的影響

由圖2可知山杏多酚隨著料液比的增加而增大，在料液比40mL/g時(shí)多酚得率最大，為9.01%，而后隨著料液比的增大，多酚得率逐漸降低。因此選取最優(yōu)提取料液比40mL/g。

3.2.2 乙醇濃度對(duì)山杏多酚得率的影響

圖3 乙醇濃度對(duì)山杏多酚得率的影響

從圖3可知，乙醇濃度分別為50%、60%、70%、80%、90%，多酚得率分別為5.7%、8.81%、10.32%、8.5%和6%。在乙醇濃度70%時(shí)多酚得率10.32%顯著高于其他濃度。所以選取70%為最優(yōu)乙醇濃度。

3.2.3 反應(yīng)壓力對(duì)山杏多酚得率的影響

圖4 反應(yīng)壓力對(duì)山杏多酚得率的影響

由圖4可知壓力在100～300MPa范圍內(nèi)，多酚得率與反應(yīng)壓力呈正比。在300MPa時(shí)，多酚得率高達(dá)13.07%。而壓力在300～500MPa時(shí)，多酚得率與反應(yīng)壓力呈反比。故選取300MPa。

3.3 響應(yīng)面優(yōu)化分析

3.3.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，篩選出3個(gè)山杏多酚得率最高的水平進(jìn)行響應(yīng)面分析，因素水平設(shè)置見表2。

表2 響應(yīng)面設(shè)計(jì)因素水平

根據(jù)表3實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立的響應(yīng)值與各因子的二次回歸擬合方程為：

Y=12.19-1.13A-1.54B+1.03C-0.48AB+0.21AC+0.49BC-3.86A2-2.95B2-2.02C2

表3 響應(yīng)面設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.3.2 響應(yīng)面結(jié)果分析

為了檢驗(yàn)方程的有效性，對(duì)其進(jìn)行了回歸模型方差分析，結(jié)果如表4所示。模型F值為17.07，P值0.0006<0.01，說明模型極顯著；失擬項(xiàng)P值0.2487>0.05(差異不顯著)，說明擬合的二次回歸模型是適當(dāng)?shù)模荒Ｐ偷南嚓P(guān)系數(shù)R2=0.9968表明實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值有高度的相關(guān)性；校正系數(shù)AdjR2=0.9898說明改模型能解釋98.98%的響應(yīng)值變化。由上述可知，該模型可靠，可以用該模型對(duì)山杏多酚提取進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。此外，從表4還可看出一次項(xiàng)B，二次項(xiàng)A2、B2、C2對(duì)響應(yīng)值影響極顯著(P<0.01)；A、C對(duì)響應(yīng)值影響顯著(P<0.05)。通過比較F值可知，3因素對(duì)響應(yīng)值的影響，大小順序?yàn)橐掖紳舛?料液比>反應(yīng)壓力。

表4 回歸模型方差分析

注：“**”表示極顯著水平(P<0.01)，“*”表示顯著水平(P<0.05)。

3.3.3 響應(yīng)面分析

圖5 各兩因素交互作用對(duì)多酚提取率的響應(yīng)面和等高線

兩因素交互作用的響應(yīng)面及其等高線見圖5。得率隨料液比、乙醇濃度、反應(yīng)壓力的增大呈現(xiàn)出先增后降的趨勢(shì)，說明3個(gè)因素在所選范圍內(nèi)能產(chǎn)生最佳的響應(yīng)值，曲面的陡峭程度反映了處理?xiàng)l件對(duì)響應(yīng)值的影響程度。

3.4 山杏多酚提取工藝條件的確定

利用Design-Expert軟件對(duì)工藝條件進(jìn)行優(yōu)化分析，預(yù)測(cè)山杏多酚最佳提取條件為料液比39mL/g，乙醇濃度68%，反應(yīng)壓力322MPa，此時(shí)條件下提取山杏多酚的得率為12.55%。采用此工藝進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，得到山杏多酚的得率平均值為12.5358%，接近預(yù)測(cè)值，表明模型科學(xué)合理，具有實(shí)用價(jià)值。

4 結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)和Box-Behnken響應(yīng)面分析法對(duì)高壓提取山杏多酚工藝進(jìn)行了優(yōu)化，得到了最佳提取條件，在此條件下山杏得率理論值與預(yù)測(cè)值比較接近，證明模型方程是合理有效。為山杏資源綜合利用的開發(fā)提供了一定的理論依據(jù)。