芒果皮多酚提取工藝的優(yōu)化及抗氧化能力分析

楊鄭州，李 曦，謝曉娜*

（1.百色學(xué)院 農(nóng)業(yè)與食品工程學(xué)院，廣西 百色 533000；2.廣西芒果生物學(xué)重點實驗室，廣西 百色 533000；3.亞熱帶特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)學(xué)院，廣西 百色 533000）

0 引言

芒果被譽(yù)為“熱帶水果之王”，主要種植于熱帶、亞熱帶地區(qū)［1］，是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入的主要來源［2］，是我國東南沿海地區(qū)重要的特色農(nóng)產(chǎn)品之一。芒果的果皮作為芒果加工過程中的副產(chǎn)物，占鮮果重的9%～16%［3］，主要的處理方式是丟棄或焚燒［4］。有研究表明：芒果皮中富含豐富的膳食纖維、果膠以及多酚類物質(zhì)［5］，芒果皮經(jīng)二次加工提取的有效成分可作為添加劑或抗氧化劑，應(yīng)用于食品工業(yè)。二次加工芒果皮不僅可以將芒果皮變廢為寶，還能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價值、減少環(huán)境污染和資源浪費。

在食品加工過程中，多酚氧化酶(PPO)引起的酶促褐變會使得果蔬的顏色、味道、營養(yǎng)受到破壞，通常會添加化學(xué)合成的抗氧化劑，如丁基羥基茴香醚(BHA)來防止果蔬褐變。但這類化學(xué)合成的抗氧化劑可能存在潛在的毒性和致癌性而影響人們的身體健康，因此需要從植物中提取天然的酚類抗氧化成分。芒果皮中的多酚具有抗氧化、抑菌等多種功能［6-9］，還可清除人體內(nèi)的自由基，使人體的自由基含量處在一個比較穩(wěn)定適宜的狀態(tài)［10］。本研究采用超聲波+乙醇浸提法提取芒果皮中的多酚，通過單因素試驗和正交試驗優(yōu)化芒果皮多酚的提取工藝，并在最佳提取工藝條件下比較不同品種芒果皮多酚含量的變化，測定其抗氧化能力，以期為芒果皮多酚的開發(fā)與利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

從廣西百色市塘興村分別采摘臺農(nóng)、貴妃、金煌芒等品種生長良好且適時成熟的果實。

芒果皮預(yù)處理：樣果采摘后盡快帶回實驗室，先用流水沖洗果皮的灰塵、雜質(zhì)，然后切開芒果，去除果肉、果核，再用清水清洗果皮上殘留的粗纖維和果肉；果皮晾曬至無明顯水滴后放于干燥箱中，在60 ℃下干燥8 h，然后用小型粉碎機(jī)打磨成粉，過40目篩得到最終樣品，樣品使用保鮮袋包扎好并標(biāo)明日期，置于陰涼處保存。

1.2 試驗方法

1.2.1 多酚的提取 準(zhǔn)確稱量2 g干燥、純凈的沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品，溶于蒸餾水中，待溶解完全后轉(zhuǎn)移至20 mL容量瓶中，定容后備用。用移液槍分別準(zhǔn)確吸取0、0.25、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00 mL的100 μg/mL沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，轉(zhuǎn)移至8個潔凈的10.00 mL的容量瓶中。每個容量瓶都分別添加0.50 mL福林酚試劑和1.00 mL飽和碳酸鈉溶液，再加入蒸餾水定容。以濃度為0 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液作為參照，采用紫外可見光分光度計測定各個濃度溶液在760 nm處的吸光度，以沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線方差：y=0.0620x+0.0760，R2=0.9902。

準(zhǔn)確稱量芒果皮粉末1 g放于潔凈燒杯中，加入適量的乙醇，將上述混合液在超聲波中振蕩，根據(jù)試驗方案，設(shè)置不同的提取時間和提取溫度；超聲波振蕩結(jié)束后轉(zhuǎn)移至50.00 mL離心管中進(jìn)行離心，3000 r/min下離心10 min，重復(fù)2次離心后將上清液緩慢倒入規(guī)格為25.00 mL的容量瓶中，轉(zhuǎn)移過程為避免沉淀進(jìn)入容量瓶，使用玻璃棒進(jìn)行引流；最后用體積分?jǐn)?shù)為50%的乙醇溶液定容，得到待測溶液。

1.2.2 多酚含量的測定 準(zhǔn)確稱量各個試驗因素的待測溶液1.00 mL于5個潔凈的10.0 mL容量瓶中，各容量瓶分別加入1.00 mL飽和Na2CO3溶液和0.50 mL福林酚溶液，定容，慢慢搖晃瓶身30 s，以確保各組分充分溶解，得到待測液。配置一管加入1.00 mL飽和Na2CO3溶液和0.50 mL福林酚試劑的對照液，定容，搖勻。用紫外光分光度計測定待測液760 nm處的吸光值，重復(fù)3次，結(jié)果取平均值，多酚含量（以沒食子酸的相當(dāng)值表示）的計算公式：待測溶液多酚含量(mg/g)=方程中求得的多酚含量(μg/mL)×樣品稀釋倍數(shù)(75)/1000。

1.3 單因素試驗

本試驗采用單因素試驗和控制變量法分析臺農(nóng)芒果皮多酚的最佳提取工藝。固定乙醇濃度40%、提取時間30 min、料液比1∶20 g/mL、提取溫度30 ℃，分析不同乙醇濃度（20%、30%、40%、50%、60%)、不同提取時間（10、20、30、40、50 min)、不同料液比（1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50 g/mL)、不同提取溫度（10、20、30、40、50 ℃）對芒果皮多酚提取率的影響。各個因素試驗重復(fù)3次，結(jié)果取平均值。

1.4 正交試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，采用L9（34）正交試驗考察4個因素對芒果皮多酚提取率的影響，試驗重復(fù)3次。正交試驗因素設(shè)計見表1。

表1 正交試驗因素與水平

1.5 抗氧化能力的測定

采用水楊酸法測定多酚對羥自由基（·OH）的清除率，采用1,1二苯基-2-苦肼基法測定對DPPH自由基的清除率。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

所有試驗結(jié)果均表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。應(yīng)用SPSS 11.5軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，利用Duncan’s多重比較法進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 乙醇濃度對多酚提取率的影響

由圖1可知，在一定濃度范圍內(nèi)，芒果皮多酚的提取率隨著乙醇濃度的升高而提高，且變化幅度較大（0.23%～0.39%），這說明乙醇體積分?jǐn)?shù)對提取率的影響很明顯；在乙醇濃度為40%時，芒果皮多酚的提取率達(dá)到最大值，為0.39%。此后，隨著乙醇濃度的提高，多酚提取率不斷下降，且下降幅度較大，最低值也低于先前水平，這表明過高的乙醇濃度會導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)的溶解，多酚類化合物與雜質(zhì)都溶于其中，兩者競爭溶劑，導(dǎo)致提取難度加大，使得試驗結(jié)果的誤差也顯著增大。

圖1 乙醇濃度對提取率的影響

2.2 提取時間對多酚提取率的影響

由圖2可知，在提取時間10～30 min范圍內(nèi)，芒果皮多酚的提取率呈現(xiàn)出上升的趨勢，提取時間為30 min時達(dá)到最大，為0.34%；提取時間超過30 min后，多酚提取率先下降然后保持穩(wěn)定，這可能是因為提取時間越長，乙醇的揮發(fā)也越明顯，對提取環(huán)境的影響也越大，此外，試驗雜質(zhì)也會大量融入提取劑，多酚類物質(zhì)的穩(wěn)定性也會隨著提取時間的延長而發(fā)生改變。

圖2 提取時間對提取率的影響

2.3 料液比對多酚提取率的影響

由圖3可知，在料液比為1∶10～1∶50條件下，芒果皮多酚的提取率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，高的料液比為多酚化合物提供一個良好的提取環(huán)境，提取效率與速率都明顯增加；當(dāng)料液比為1∶20時達(dá)到最大值，為0.33%；料液比超過1∶20時，多酚提取率不斷下降并穩(wěn)定在0.16%左右，這可能是樣品中的大部分多酚已被提取并趨于飽和所致。

圖3 料液比對提取率的影響

2.4 提取溫度對多酚提取率的影響

由圖4可知，在10～30 ℃范圍內(nèi)，芒果皮多酚的提取率隨著溫度的升高而上升，該過程整個反應(yīng)體系的活化能并沒有發(fā)生改變，但溫度的升高使得反應(yīng)物的運動速度加快，使得樣品與乙醇的接觸面積增大，從而加快了提取的效率；當(dāng)溫度為30 ℃時，多酚的提取率達(dá)到了最大值（0.33%）；當(dāng)溫度超過30 ℃時，提取率開始逐漸下降，可能是提取溫度已經(jīng)超過了多酚的最大承受能力，其生理活性遭到一定的破壞，轉(zhuǎn)變后的產(chǎn)物進(jìn)而惡化了整個提取環(huán)境，高溫也使大量雜質(zhì)進(jìn)入溶解物，并影響了提取物的純度。

圖4 溫度對芒果皮多酚提取率的影響

2.5 正交試驗結(jié)果與方差分析

由表2可知，影響芒果皮多酚提取的因素排序為：A＞C＞D＞B，即乙醇濃度＞料液比＞提取溫度＞提取時間，最佳的因素水平組合為A3B2C1D3，即提取芒果皮多酚的最佳提取工藝條件為：乙醇濃度50%、提取時間30 min、料液比1∶10、提取溫度40 ℃，在此條件下的芒果皮多酚的提取率為0.752%。

表2 正交試驗結(jié)果分析

由表3可知，乙醇濃度和料液比對芒果皮多酚提取率的影響均達(dá)到了顯著水平，而提取溫度和提取時間對提取率的影響顯著，說明乙醇濃度和料液比對芒果皮多酚提取率的影響較大，而提取溫度和提取時間對芒果皮多酚提取率的影響相對較小，這與正交試驗的結(jié)果一致。因此，采用乙醇法提取芒果皮多酚時，需要嚴(yán)格控制乙醇濃度和料液比。

表3 正交試驗結(jié)果的單變量方差分析

2.6 樣品中多酚的含量

由圖5可知，3個芒果品種中果皮多酚的含量以臺農(nóng)的含量最高，為11.518 mg/g，貴妃的含量最低，為10.410 mg/g。3個芒果品種果皮多酚含量大小依次為：臺農(nóng)＞金煌芒＞貴妃。

圖5 不同品種芒果果皮中的多酚含量對比

2.7 多酚對羥自由基的清除能力

由圖6可知，芒果皮多酚對羥自由基的清除效果與其濃度呈正相關(guān)，多酚濃度越高對羥自由基的清除率也越高，其中臺農(nóng)芒果皮提取的多酚對羥自由基的清除率最高，金煌芒的次之，貴妃的最低；從3個品種的芒果皮中提取的多酚隨著多酚濃度的升高，其對羥自由基清除率均有一個較大的增幅，但VC濃度的升高對羥自由基的清除率的變化較小，呈現(xiàn)出緩慢升高的趨勢；在相同濃度水平，芒果皮多酚對羥自由基的清除率比VC溶液的清除率更高。

圖6 芒果皮多酚及VC對羥自由基的清除率

2.8 多酚對DPPH自由基的清除

由圖7可知，3個品種芒果皮中提取的多酚及VC對DPPH的清除能力均會隨著濃度的增大而增強(qiáng)，在40 μg/mL濃度水平，VC對DPPH的清除率低于3個品種芒果皮多酚的；從臺農(nóng)芒果皮提取的多酚對DPPH自由基的清除率始終高于金煌芒的，從貴妃芒果皮提取的多酚對DPPH自由基的清除率低于臺農(nóng)、金煌芒。

圖7 芒果皮多酚及VC對DPPH自由基的清除率

3 討論

多酚是一類多元酚化合物，包括黃酮類、酚酸類和不常見的二苯乙烯、木質(zhì)素等［11］。多酚又稱單寧，是植物體內(nèi)最重要的酚類次生代謝產(chǎn)物，廣泛分布于各種水果、蔬菜、谷物中［12］。植物多酚具有獨特的化學(xué)和生理活性，如還原性與金屬離子絡(luò)合以及諸多衍生化反應(yīng)的活性等［13］，因此植物多酚在醫(yī)藥、生態(tài)環(huán)境、食品等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。植物多酚的藥理作用主要包括抑菌、抗腫瘤、抗氧化、抗病毒、降血糖、降血脂、增加人體免疫力、降低尿毒素及抗動脈粥樣硬化等作用［14］。在正常情況下，人體內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除是平衡的，不會危害人體健康，但是產(chǎn)生過多的自由基或抗氧化體系出現(xiàn)故障，人體的自由基代謝就會出現(xiàn)失衡，從而導(dǎo)致膜質(zhì)過氧化和細(xì)胞損傷，并引起人體衰老和心臟病、動脈粥樣硬化、癌癥、炎癥糖尿病等嚴(yán)重疾病［15-16］。植物體提取多酚類物質(zhì)的過程非常依賴溶劑，通過增加所用溶劑的極性，可提高植物多酚類物質(zhì)的提取率［17］。DPPH自由基被廣泛用于評價各種天然產(chǎn)物自由基的清除能力，被認(rèn)為是脂質(zhì)自由基的模型化合物［18］。許多研究表明，一些慢性疾病，如癌癥和心血管疾病等，都是由脂質(zhì)過氧化過程產(chǎn)生的自由基導(dǎo)致的［19］。

本文通過乙醇法提取芒果皮多酚，試驗結(jié)果表明芒果皮多酚的提取物具有較強(qiáng)的還原能力，對羥自由基和DPPH自由基都有較強(qiáng)的清除能力，且清除效果要優(yōu)于VC，這說明從芒果皮提取的多酚是一種優(yōu)良的自由基清除劑，具有很好的保健作用，本試驗結(jié)果與劉杰超等［20］的研究結(jié)果一致。王存堂等［21］以甲醇、乙醇、丙酮作為溶劑提取黃色洋蔥皮的總酚，發(fā)現(xiàn)提取物對DPPH自由基和ABTS自由基都具有較好的清除作用，且甲醇提取總酚的清除率最高。楊冰鑫等［22］研究發(fā)現(xiàn)余甘子多酚對DPPH自由基和羥基自由基都具有較高的清除率，且均顯著高于茶多酚，余甘子多酚具有較好的抗氧化活性。康超等［23］以6個品種的芒果核為原料提取其中的多酚和黃酮，提取物對羥基自由基、超氧陰離子自由基清除率都較強(qiáng)。李琳等［24］對芒果皮提取物的抗氧化活性做了相關(guān)的研究，發(fā)現(xiàn)芒果皮粗提取液的抗氧化活性大于VC的，且濃度越高其抗氧化能力越強(qiáng)。文良娟等［25］以4個品種的芒果葉為原料，采用乙醇熱回流法提取芒果葉中的黃酮與多酚類物質(zhì)，結(jié)果顯示兩者對羥自由基和DPPH自由基都有較強(qiáng)的清除作用，其中金煌芒的清除效果最好，并且要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于VC的。賈桂云等［26］采用福林酚試劑法測定70%乙醇溶液的芒果和番石榴提取物中的多酚含量，提取物多酚含量大小順序為芒果皮＞番石榴皮＞ 番石榴肉＞芒果肉，果皮的抗氧化能力高于果肉，且抗氧化能力與多酚含量呈正相關(guān)。

4 結(jié)論

本研究對料液比、提取溫度、提取時間、乙醇濃度4個試驗因素進(jìn)行了多個不同水平梯度的探究，結(jié)果表明：上述4個因素對芒果皮多酚的提取率都有影響，其中影響最大的是乙醇濃度，最小的是提取時間。通過正交試驗確定芒果皮多酚提取的最佳工藝為：乙醇濃度50%、提取時間30 min、料液比1∶10、提取溫度40 ℃，在此條件下的芒果皮多酚提取率為0.752%。以此條件提取臺農(nóng)、貴妃、金煌芒芒果皮中的多酚，得到的多酚對羥自由基和DPPH自由基都有較強(qiáng)的清除作用。