楊梅果核殼多酚超聲輔助提取工藝優化及抗氧化活性

劉 永，李烈秋，李曉帆

（肇慶學院 食品與制藥工程學院，廣東肇慶 526061）

0 引言

楊梅為我國南方特色水果，主要產自江蘇、浙江、福建、廣東等省份。成熟楊梅果實色澤鮮艷、酸甜可口、營養豐富、風味濃郁［1］，具有開胃生津、消食解暑、排毒養顏、益腎利尿等功效［2］。楊梅富含有機酸、維生素、花色苷和多酚等活性物質，具有抗菌、抗炎、抗氧化、降低血脂等作用［3］。楊梅成熟期正值高溫多濕梅雨季節，果實呼吸作用旺盛、衰老過程很快，嚴重地影響了其食用價值［4］。無法鮮食的楊梅主要用于加工成果汁飲料、速溶果粉、果脯、果醋和果酒等產品［5］。楊梅產品加工過程中產生大量的果渣、果核等副產物，這些副產物含有大量多酚物質［6］。其中，副產物中的果核殼還沒有得到充分的研究與利用。

天然多酚類物質主要來源于水果、蔬菜和其他植物，具有抗氧化、抑菌、抗衰老、降血脂血壓等多種生理功能和藥理作用［7］，引起許多研究者對其的開發與利用。近年來，從食品加工過程產生的副產品中提取與利用生物活性物質引起了廣泛關注［8］。目前，對楊梅果核殼開發利用，特別對其多酚物質的提取回收、生物活性的研究鮮見報道。因此開發利用楊梅果核殼多酚具有重要的意義。本文利用超聲輔助提取楊梅果核殼多酚，采用響應面優化提取工藝并研究其抗氧化活性，以期為楊梅果核殼多酚的開發利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

楊梅果核殼，果農提供；DPPH、ABTS、維生素C（VC）、過硫酸鉀、沒食子酸、水楊酸鈉、過氧化氫購于麥克林試劑公司；福林酚試劑購于國藥集團化學試劑有限公司；其他試劑均為分析純。

H1650-W型高速離心機（湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司）；YQ120型超聲波處理儀（上海易凈超聲儀器有限公司）；H1650Uvmini-1240型紫外可見分光光度計（島津企業管理中國有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 楊梅果核殼多酚的提取

將新鮮楊梅果核殼洗凈、烘干、粉碎過100目篩子得楊梅果核殼粉末。稱取一定質量果核殼粉末倒入COD管中，按照料液比加入一定濃度乙醇溶液，密封放置于超聲波處理儀提取一定時間后，取出以12 000 r/min離心作用15 min，取上層清液定容于容量瓶中。根據Folin-Ciocalteu方法測定提取多酚的質量［9］，按照下式計算楊梅果核殼多酚的提取率。

1.2.2 響應面優化楊梅果核殼多酚的提取工藝

在單因素試驗的基礎上，根據Box-Behnken設計原理，選擇乙醇濃度、料液比、超聲時間為提取工藝參數，以楊梅果核殼多酚的提取率為優化指標進行響應面優化提取工藝。

1.2.3 楊梅果核殼多酚抗氧化活性的測定

根據LIU等［10］的方法測定楊梅果核殼多酚清除DPPH、ABTS與OH自由基活性，以VC為對照進行評價楊梅果核殼多酚的抗氧化活性。

1.3 數據處理

數據平行測定3次，采用Design-Expert 8.0軟件進行響應面優化，p< 0.05為差異顯著。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗提取楊梅果核殼多酚

料液比對楊梅果核殼多酚提取率的影響見圖1（a）。多酚提取率隨料液比的增加先增后降，在1：30（g/mL）達到最大值。這可能是料液比的增加使提取基質細胞內部和外部的多酚物質質量濃度差增大，有利于多酚的提取［11］；但料液比超過1：30時，超聲空化能量密度的降低占了主導地位，對多酚提取不利［12］。所以，選擇料液比為1：30左右進行優化試驗。

乙醇濃度對楊梅果核殼多酚提取率的影響見圖1（b）。多酚提取率隨乙醇濃度的增加先增后降，在乙醇濃度為50%時達到最大值。這可能與提取液的極性有關，不同濃度的乙醇溶液具有不同的極性，濃度為50%乙醇溶液的極性可能與楊梅果核殼多酚的極性相似，當乙醇濃度超過50%時，提取溶液的極性降低，導致提取率降低［13］。所以，選擇乙醇濃度為50%左右進行優化試驗。

超聲時間對楊梅果核殼多酚提取率的影響見圖1（c）。多酚隨超聲時間的增加先增后降，在40 min時提取率達到最大值。這可能是超聲的機械攪動、空化和熱效應可以促進提取物從基質細胞壁釋放［14］，增加超聲時間有利于多酚提取，但超聲時間過長導致多酚降解，提取率降低［15］。因此，選擇超聲時間為40 min左右進行優化試驗。

圖1 各因素對楊梅果核殼多酚提取率的影響Fig.1 Effect of various factors on extraction ratio of red bayberry kernel shell polyphenols

2.2 響應面優化楊梅果核殼多酚提取工藝

2.2.1 方差分析

在單因素試驗的基礎上，以楊梅果核殼多酚提取率（Y，%）為優化目標，對乙醇濃度（X1，%）、料液比（X2，g/mL）和超聲時間（X3，min）采用 3因素3水平進行響應面優化楊梅果核殼多酚的提取工藝。優化試驗設計結果及方差分析見表1和見表2。

表1 響應面試驗設計及試驗結果Tab.1 Response surface test design and test results

表2 回歸方程的方差分析Tab.2 Analysis of variance in regression equation

對表1的試驗數據進行擬合得到楊梅果核殼多酚提取率（Y）與乙醇濃度（X1）、料液比（X2）和超聲時間（X3）的三元二次回歸方程：

根據回歸方程方差分析的結果（表2）可知，回歸方程的p值小于0.01，表明差異非常顯著，試驗方法可靠；失擬項的p值為0.063 6>0.05，表明失擬不顯著，回歸模型與實測值擬合良好；回歸系數R2=0.987 5和Radj2=0.965 1，表明該回歸方程具有良好的相關性，可以很好地反映楊梅果核殼多酚提取率（Y）與乙醇濃度（X1）、料液比（X2）及超聲時間（X3）之間的關系。除了相互作用項（X1X2、X1X3、X2X3）外，一次項（X1、X2、X3）和二次項（X12、X22、X32）對多酚提取率都有顯著影響（p<0.05）。根據F值的大小可知，3個因素對多酚提取率的影響大小順序為X3>X2>X1。以上結果表明，該回歸方程可以較好地分析和預測楊梅果核殼多酚的提取，優化的方程模型可靠。

2.2.2 響應曲面分析

乙醇濃度（X1）、料液比（X2）和超聲時間（X3）對楊梅果核殼多酚提取率（Y）的三維曲面見圖2，直觀地顯示了每個因素相互作用時響應面的3D輪廓。從響應曲面的3D輪廓和最高點可以看出，在所選因素水平的范圍內存在一個極值，說明因素的水平選擇合理。從圖2中等高線圖的形狀可知，乙醇濃度（X1）和料液比（X2）、乙醇濃度（X1）和超聲時間（X3）、料液比（X2）和超聲時間（X3）之間的相互作用對多酚提取率（Y）影響不顯著，這與表2中的方差分析結果一致。

圖2 各因素對楊梅果核殼多酚提取率影響的三維曲面圖Fig.2 3D diagram of the effect of various factors on extraction ratio of red bayberry kernel shell polyphenols

2.2.3 楊梅果核殼多酚最佳提取工藝的確定

根據Design-Expert軟件的計算與實際操作的考慮，楊梅果核殼多酚最佳提取工藝：乙醇濃度為 44%，料液比 1：32（g/mL），超聲時間為 44 min。此條件下進行3次平行試驗，楊梅果核殼多酚的提取率為1.56%，與預測值偏差1.89%，說明該模型是可靠的。

2.3 楊梅果核殼多酚的抗氧化活性

從楊梅果核殼多酚以VC為對照清除DPPH、ABTS和OH自由基的能力（如圖3）可知，楊梅果核殼多酚和VC清除上述3種自由基的能力隨著樣品濃度的增加而線性增加；楊梅果核殼多酚清除DPPH、ABTS和OH自由基的能力都略低于VC。楊梅果核殼多酚與VC清除DPPH自由基的線性回歸方程分別為y=1.514 2x+0.038（R2=0.997 6）、y=1.582 4x+5.045 3（R2=0.995 1），根據回歸方程計算的IC50分別為33.00 μg/mL與28.41 μg/mL，表明楊梅果核殼多酚相當于86.09%的VC清除DPPH自由基能力。楊梅果核殼多酚清除DPPH自由基能力比楊梅葉總黃酮（40 μg/mL，91%清除率）低［16］，但比楊梅果多酚（80 μg/mL，90%清除率）要高［17］。楊梅果核殼多酚與VC清除ABTS自由基的線性回歸方程分別為y=0.798 1x+1.802 2（R2=0.998 8）、y=0.934 2x+4.435 1（R2=0.996 4），根據回歸方程計算的IC50分別為60.39 μg/mL 與 48.77 μg/mL，表明楊梅果核殼多酚相當于80.76%的VC清除ABTS自由基能力。楊梅果核殼多酚清除ABTS自由基能力高于楊梅葉、枝、樹皮（100 μg/mL，約38%清除率）與楊梅疏果核仁苦杏仁苷（IC50 為 281 μg/mL）［18］。楊梅果核殼多酚與VC清除OH自由基的線性回歸方程分別為y=0.279 8x+3.354 7（R2=0.997 5）、y=0.301 1x+5.358（R2=0.999 7），根據回歸方程計算的 IC50分別為 166.71 μg/mL 與 148.26 μg/mL，表明楊梅果核殼多酚相當于88.93%的VC清除OH自由基能力。楊梅果核殼多酚清除OH自由基能力低于楊梅果多酚（100 μg/mL，75%清除率）、楊梅渣多酚（100 μg/mL，93.2%清除率），但高于楊梅葉多糖（200 μg/mL，45%清除率）［19］。上述試驗結果表明楊梅果核殼多酚具有較強的抗氧化活性，可以作為天然的抗氧化劑使用。

圖3 樣品對DPPH、ABTS和OH自由基的清除率Fig.3 The scavenging ratio of samples to DPPH，ABTS and OH radicals

3 結語

以楊梅果核殼為原料，利用超聲輔助提取多酚，采用響應面法優化提取工藝并研究其抗氧化活性。最佳提取工藝為乙醇濃度44%、料液比1：32（g/mL）、超聲時間 44 min，此條件下楊梅果核殼多酚提取率為1.56%。楊梅果核殼多酚對DPPH、ABTS和OH自由基清除的IC50分別為 33.00 μg/mL，60.39 μg/mL，166.71 μg/mL，分別相當于維生素C清除能力的86.09%、80.76%和88.93%，表明楊梅果核殼多酚具有較好的抗氧化活性，可以作為天然的抗氧化劑使用。