藍莓果渣中總黃酮的提取工藝優化

張 齊，張圣煜，王俊穎

（安徽科技學院食品工程學院，安徽 鳳陽 233100）

藍莓的果肉及果殼在食品研發的過程中具有很高的營養價值[1]，其蛋白質、脂肪、碳水化合物、維C含量豐富，除此之外，類黃酮、花青素、多酚類也包含其中。隨著藍莓果汁和果醬產品的發展與衍生，在其生產過程中產生了許多藍莓果渣[2-5]。關于此類工藝對藍莓果渣利用率不高，但是藍莓果渣中可用物質非常多，如果能提高果渣利用率，不僅可以節約資源，也可以避免環境污染，是學術界和產業界應該盡快解決的問題[6-8]。

黃酮類化合物有2種存在方式，其一是游離的苷元，其二是與糖等結合的苷[9-11]。類黃酮具有很好的醫學功效，是一種抗氧化劑，有改善血液循環、降低膽固醇、減少心肌氧耗氧量、明顯緩解心攪拌痛、預防心肌梗塞和心律失常的效果[12-14]。作為健康食品的一種功能因子被列舉出來。因此，為了藍莓副產物得到充分利用，提高綜合使用價值，此試驗以藍莓果渣作為原料，采用超聲波輔助的提取方法研究藍莓果渣中的類黃酮物質，同時也為藍莓工業化生產黃酮類化合物提供一定的試驗數據[15]。

當今社會，人們對食品質量的要求越來越高，尤其是對延緩衰老、美容保健等功能食品的需求加大[16-17]。藍莓果渣中含有的總黃酮具有延緩細胞衰老、抗癌的功能，是一種天然的抗氧化劑[18]。因此，藍莓果渣產品的開發及功能活性的研究，具有很高的社會效益和經濟效益。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藍莓果渣（制作藍莓果汁飲料及果酒所剩的殘渣）；無水乙醇、蘆丁標準品。

1.2 儀器與設備

紫外可見光分光光度計，上海光譜儀制造有限公司產品；超聲波輔助清洗器，昆山超聲波設備有限公司產品；電子天平，上海浦春計量儀器有限公司產品；離心機，上海天美科學儀器有限公司產品；萬能粉碎機，上海隆拓儀器設備有限公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

藍莓果渣黃酮提取過程如下：

藍莓果渣→洗凈烘干→粉碎→超聲波輔助提取（乙醇浸提）→離心過濾→紫外分光光度計檢測。

1.3.2 測定指標與方法

測定指標：藍莓果渣總黃酮提取率。

測定方法：具體步驟如下：

（1）稱取干燥的藍莓果渣粉末3.0 g，使用體積分數65%的乙醇溶液浸提藍莓果渣粉末，超聲波輔助提取。

（2）設置離心機參數，以轉速5 000 r/min離心15 min，放入提取液，離心后保留上清液。

（3）設置分光光度計參數，波長為510 nm，將空白對照組與樣品置于其中，測定其吸光度A。

1.3.3 標準曲線的繪制

標準曲線繪制圖過程如下：

（1）稱取10 mg蘆丁標準品溶解于體積分數75%的乙醇溶液，定容于50 mL容量瓶中。

（2）將樣品均分為6份，稱量6組蘆丁標準品，體積分別為0.5，1.0，2.0，4.0，8.0，10.0 mL，分別置于25 mL容量瓶，加入5%的亞硝酸鈉溶液1.00 mL，搖勻靜置6 min；再加入10%硝酸鋁溶液1.00 mL，搖勻靜置6 min；最后加入4%的氫氧化鈉溶液10 mL，用體積分數75%的乙醇定容，搖勻，放置15 min[19]。

（3）和空白組對照一起置于波長510 nm處測定吸光度。

根據試驗數據，作出標準的蘆丁回歸曲線及方程，藍莓果渣中總黃酮提取率（Y）的計算公式為：

式中：Y總——藍莓果渣總黃酮的提取率，%；

V總——提取液的總體積，mL；

m——稱取的藍莓果渣粉的質量，mg；

C——樣品提取液中藍莓果渣總黃酮的質量濃度，mg/mL。

2 試驗方法

2.1 單因素試驗

2.1.1 乙醇體積分數對藍莓果渣中總黃酮提取效果的影響

取5份藍莓果渣粉，每份3.0 g。根據工藝流程，在料液比為1∶20，超聲溫度為70℃，超聲時間2 h固定的條件下。改變乙醇體積分數，設置5個水平分別為45%，55%，65%，75%，85%，分組進行試驗，測定不同的乙醇體積分數對工藝的影響，得出最佳乙醇體積分數。

乙醇體積分數因素與水平設計見表1。

表1 乙醇體積分數因素與水平設計/%

2.1.2 料液比對藍莓果渣中總黃酮提取效果的影響

取5份藍莓果渣粉，每份3.0 g。根據工藝流程，在乙醇體積分數為65%，超聲溫度為70℃，超聲時間2 h固定的條件下。改變提取料液比，設置5個水平分別為1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，分組進行試驗，測定不同比例的料液比對工藝的影響，得出最佳的料液比。

料液比因素與水平設計見表2。

表2 料液比因素與水平設計/g∶mL

2.1.3 超聲時間對藍莓果渣中總黃酮提取效果的影響

取5份藍莓果渣粉，每份3.0 g。根據工藝流程，在料液比1∶20，乙醇體積分數65%，超聲溫度70℃固定的條件下。改變超聲時間，設置5個水平分別為0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 h，分組進行試驗。測定不同的超聲時間對工藝的影響，得出最佳超聲時間。

超聲時間因素與水平設計見表3。

表3 超聲時間因素與水平設計t/h

2.1.4 超聲溫度對藍莓果渣中總黃酮提取效果的影響

取5份藍莓果渣粉，每份3.0 g。根據工藝流程，在料液比1∶20，乙醇體積分數為65%，超聲時間為2 h固定的條件下。改變超聲溫度，設置5個水平為55，60，65，70，75℃，分組進行試驗。測定不同的超聲溫度對工藝的影響，得出最佳超聲溫度。

超聲溫度因素與水平設計見表4。

表4 超聲溫度因素與水平設計 θ/℃

2.2 響應面試驗

采用Design Expert 12.0軟件對試驗數據進行分析處理。以3個影響因素作為試驗參數，設計出方案和變量水平。

響應面水平見表5。

表5 響應面水平

3 結果與分析

3.1 蘆丁標準曲線的繪制

蘆丁標準曲線見圖1。

圖1 蘆丁標準曲線

由圖1可知，得到回歸方程的公式為：

3.2 單因素試驗結果與分析

3.2.1 乙醇體積分數對藍莓果渣中總黃酮提取效果的影響

乙醇體積分數對藍莓果渣中總黃酮提取率的影響見圖2。

圖2 乙醇體積分數對藍莓果渣中總黃酮提取率的影響

由圖2可知，在乙醇體積分數為45%～65%時，隨著乙醇體積分數的增加，藍莓果渣中的總黃酮也在增加，乙醇體積分數為65%時達到最高，提取率為1.62%。除此之外，倘若繼續增加乙醇體積分數，藍莓果渣中所有黃酮的提取率下降，提取率變化不再顯著。原因是總黃酮難以溶于水，乙醇體積分數低的情況下，水分含量高，總黃酮的溶出量低。因此，由單因素試驗而選取乙醇體積分數為65%。

3.2.2 料液比對藍莓果渣中總黃酮提取效果的影響

料液比對藍莓果渣中總黃酮提取率的影響見圖3。

圖3 料液比對藍莓果渣中總黃酮提取率的影響

由圖3可知，最佳料液比為1∶20，此時藍莓果渣中總黃酮提取率最高。從1∶10增加到1∶20時，藍莓果渣中總黃酮提取率都有上升趨勢，1∶20時最多達到最大值1.63%。當料液比從1∶20增加到1∶30時，此時可以看到出現拐點，提取率開始下降。通過分析試驗得出結論，主要原因是溶劑量在不斷增加，隨著總黃酮的浸出量不斷增加，藍莓果渣里的總黃酮的含量有限，所以最后有部分溶于酒精的雜質析出影響了總黃酮的析出。因此在單因素試驗的基礎上選取料液比為1∶20。

3.2.3 超聲時間對藍莓果渣中總黃酮提取效果的影響

超聲時間對藍莓果渣中總黃酮提取率的影響見圖4。

圖4 超聲時間對藍莓果渣中總黃酮提取率的影響

由圖4可知，最佳超聲時間為2 h，此時藍莓果渣中總黃酮提取率最高，從0.5 h增加到2 h時，藍莓果渣中總黃酮提取率都有上升趨勢，2 h最多達到最大值1.59%。當時間從2 h增加到2.5 h時，此時可以看到出現拐點，提取率開始下降。經分析可能是因為超聲時間的越來越長，原料和溶液的接觸時間就越來越多，所以藍莓果渣中所有黃酮的浸出就越多。因此，由單因素試驗的結果可以得出超聲時間為2 h為最佳條件。

3.2.4 超聲溫度對藍莓果渣中總黃酮提取效果的影響

超聲溫度對藍莓果渣中總黃酮提取率的影響見圖5。

由圖5可知，超聲溫度為55～70℃時，提取率隨溫度上升而增加，在溫度為70℃時總黃酮的提取率在峰值。在溫度范圍為70～75℃時，隨著溫度的下降，果渣總黃酮提取率也在下降。在70℃以上提取率降低，這是因為在高溫度下所有的黃酮類物質都容易氧化，以至于總黃酮的結構被破壞，提取率會下降。因此，通過單因素試驗將超聲溫度設定為70℃。

圖5 超聲溫度對藍莓果渣中總黃酮提取率的影響

3.3 響應面試驗結果與分析

3.3.1 響應面試驗結果

通過單因素的試驗結果制定響應面試驗水平數據。

響應面水平選取見表6，響應面試驗結果見表7，超聲提取藍莓渣中總黃酮提取率二次多項式模型方差分析見表8，超聲波提取藍莓果渣中總黃酮得率回歸方程系數顯著性檢驗見表9。

表6 響應面水平選取

表7 響應面試驗結果

表8 超聲提取藍莓渣中總黃酮提取率二次多項式模型方差分析

表9 超聲波提取藍莓果渣中總黃酮得率回歸方程系數顯著性檢驗

根據Design Expert 12.0軟件二次回歸分析的結果，得到回歸方程為：

根據上述方程式的方差分析表可知，試驗所選用模型p＜0.000 1較為明顯，失擬項在p=0.258 4＞0.05不顯著，R2=0.993 0，R2Adj=0.984 0，由以上分析可得，預測值和試驗值之間具有較高的相關性[20]。

3.3.2 響應面試驗結果分析

乙醇體積分數和液料比2個因素分析圖見圖6。

乙醇體積分數和液料比對藍莓果渣中總黃酮提取效果的影響。由圖6可知，在時間控制2 h不變時，改變乙醇體積分數和料液比，提取率呈現出先上升后下降。等高線圖中乙醇體積分數為65%，料液比為1∶20時，藍莓果渣中總黃酮達到最高的提取率。

圖6 乙醇體積分數和液料比2個因素分析圖

乙醇體積分數和超聲時間2個因素分析圖見圖7。

乙醇體積分數和超聲時間對藍莓果渣中總黃酮提取效果的影響。由圖7可知，控制料液比1∶20條件不變時，超聲時間和乙醇體積分數的共同作用影響著總黃酮的提取率。固定超聲時間，隨著乙醇體積分數的增加，總黃酮提取率先是上升后是下降，轉折體積分數出現在65%。固定乙醇體積分數，增加超聲時間，總黃酮提取率趨勢與上述相同，先上升后下降，轉折時間為2 h。根據等高線圖可以看出，乙醇體積分數為65%，超聲時間為2 h時，藍莓果渣中總黃酮提取率達到最高點。

圖7 乙醇體積分數和超聲時間2個因素分析圖

料液比和超聲時間2個因素分析圖見圖8。

料液比和超聲時間對藍莓果渣中總黃酮提取效果的影響。由圖8可知，控制乙醇體積分數65%不變時，超聲提取時間和料液比的共同作用影響著總黃酮提取率。固定提取時間，增加料液比，總黃酮的提取率呈現先上升后下降的趨勢。再通過改變時間而不改變料液比，提取率先上升后下降。等高線圖中可以看出料液比為1∶20，超聲時間為2 h時，藍莓果渣中總黃酮提取率達到最高點。

圖8 料液比和超聲時間2個因素分析圖

3.3.3 最佳工藝條件及驗證試驗

由響應面圖分析可知，最佳的參數為乙醇體積分數64.774%，料液比1∶20.475，超聲時間2.080 h，通過擬合方程預測得到總黃酮提取率為1.825%。優化試驗數據制定驗證試驗條件為乙醇體積分數64.7%，料液比1∶20.5，超聲時間2.1 h，得出藍莓果渣中總黃酮提取率為1.81%，在該最優提取工藝條件下進行3次驗證性試驗，與模型預期值基本一致，說明響應面優化試驗可行。

優化工藝驗證試驗結果見表10。

表10 優化工藝驗證試驗結果/%

4 結論

研究藍莓果渣總黃酮的提取工藝，通過單因素試驗和響應面優化試驗的結果得知該模型擬合性良好。經過響應面工藝優化確定出在乙醇體積分數為64.7%，料液比為1∶20.5，超聲時間2.1 h，超聲溫度70℃條件下。此時藍莓果渣中總黃酮的實際提取率達到最高為1.81%。研究優化了藍莓果渣中總黃酮提取率的工藝，得到的結果為日后果渣提取工藝提供了一定的試驗基礎。