超聲波輔助提取荔枝殼中多酚物質(zhì)的工藝優(yōu)化

張傳越，吳灃麗，劉 洋，汪 偉，劉 丹，陳婷婷，吳鵬飛

（長(zhǎng)江師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，重慶 涪陵 408100）

荔枝殼是我國(guó)傳統(tǒng)中藥材，其中含有多酚、黃酮、抗壞血酸、多糖、胡蘿卜素等多種活性成分[1]，具有很高的藥用價(jià)值。植物多酚主要分布于草本植物的果皮、根、葉、中脈部位，資源豐富并可再生。植物多酚的組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有抑菌、抗氧化、抗腫瘤、抗病毒、抗炎癥等多種生理作用[2-3]。此外，植物多酚對(duì)高血脂方面的疾病有一定的預(yù)防作用[4]，還可以有效減小癌癥風(fēng)險(xiǎn)[5]，降低神經(jīng)性疾病發(fā)病率等[6]。如果將廢棄的荔枝殼充分利用起來(lái)，不僅可以造福于人民，還可以提高荔枝的經(jīng)濟(jì)和藥效價(jià)值。

根據(jù)已有荔枝殼多酚物質(zhì)的研究報(bào)道，在荔枝殼多酚提取中用有機(jī)溶劑作為提取。溶劑提取法主要優(yōu)點(diǎn)在于操作比較簡(jiǎn)單，對(duì)儀器設(shè)備要求不高，是目前國(guó)內(nèi)外最常用的方法；但耗時(shí)較長(zhǎng)、溶劑消耗較大，且生產(chǎn)成本相對(duì)而言比較高，對(duì)產(chǎn)品安全性還有一定影響[7]。近年來(lái)，通過超聲波提取的技術(shù)，在研究提取植物體內(nèi)有效成分時(shí)是采用較多的一種技術(shù)[8]。羅威等人[9]用超聲波法提取荔枝核多酚，該方法操作簡(jiǎn)單、高效，而且荔枝核多酚提取率高，且提取的多酚具有較好的抗氧化活性。

多酚的提取一直都是一項(xiàng)難題，提取率很低。利用醇提法提取荔枝殼多酚，并用超聲波輔助，再用正交試驗(yàn)法對(duì)其進(jìn)行工藝優(yōu)化，目的就是提高荔枝殼多酚提取率，為荔枝殼的資源化利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

荔枝殼，來(lái)自涪陵南沱鎮(zhèn)大紅袍荔枝；沒食子酸、無(wú)水碳酸鈉、無(wú)水乙醇試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純，福林酚試劑為生化級(jí)試劑，

1.2 儀器與設(shè)備

紫外可見光分光度度計(jì)，北京普析通用儀器有限公司產(chǎn)品；KQ2200E 型超聲波清洗儀，昆山市超聲儀器有限公司產(chǎn)品；HDK-8D 型電熱恒溫三孔水浴鍋，上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司產(chǎn)品；TDL-5-A型離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠產(chǎn)品；電子分析天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 荔枝殼多酚提取工藝流程

荔枝殼洗凈→干燥→粉碎→加入乙醇浸提→超聲波輔助提取→離心過濾→上清液→分光光度計(jì)檢測(cè)。

1.3.2 荔枝殼多酚測(cè)定方法及多酚提取率計(jì)算

以沒食子酸為定量基準(zhǔn)，采用福林- 酚比色法進(jìn)行測(cè)定[10]。取荔枝殼多酚提取液于試管中，稀釋一定倍數(shù)后，按照制作多酚標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法測(cè)定其吸光度值，將其帶入標(biāo)準(zhǔn)曲線中計(jì)算提取液中總多酚的含量，并根據(jù)提取液體積計(jì)算多酚提取率，計(jì)算公式如下：

式中：

Y總——荔枝殼多酚提取率，%；

C——提取液中多酚的質(zhì)量濃度，mg/mL；

V總——提取液的總體積，mL；

m——秤取荔枝殼粉質(zhì)量，mg。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

以荔枝殼粉末為試驗(yàn)原料，荔枝殼粗多酚為測(cè)定指標(biāo)，進(jìn)行超聲波輔助提取的單因素試驗(yàn)，研究乙醇體積分?jǐn)?shù)（30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%），料液比（1∶5，1∶10，1∶15， 1∶20，1∶25，1∶30），提取溫度（30，40，50，60，70 ℃）和超聲時(shí)間（5，10，15， 20，25，30 min） 對(duì)荔枝殼多酚提取率的影響。

1.3.4 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取料液比、超聲時(shí)間和浸取溫度為自變量，提取率為因變量，進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)，考查此三因素對(duì)荔枝殼多酚提取的影響，進(jìn)而對(duì)提取條件進(jìn)行優(yōu)化

2 結(jié)果與分析

2.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)荔枝殼多酚提取率的影響

乙醇體積分?jǐn)?shù)與荔枝殼多酚提取率的關(guān)系見圖1。

圖1 乙醇體積分?jǐn)?shù)與荔枝殼多酚提取率的關(guān)系

由圖1 可知，乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)荔枝殼中多酚物質(zhì)提取影響較大，乙醇體積分?jǐn)?shù)為30%～60%時(shí)，多酚提取率與質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)，提取率從0.21%迅速上升至1.05%，此后，隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，多酚提取率反而出現(xiàn)下降趨勢(shì)，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加至90%，多酚提取率緩慢下降至0.65%，可能因?yàn)橐掖俭w積分?jǐn)?shù)過高，使得細(xì)胞壁上蛋白質(zhì)變性，降低了提取率所致。因此，在后續(xù)的單因素試驗(yàn)中均選取體積分?jǐn)?shù)為60%的乙醇作為提取溶劑。

2.2 料液比對(duì)荔枝殼多酚提取率的影響

料液比與荔枝殼多酚提取率的關(guān)系見圖2。

圖2 料液比與荔枝殼多酚提取率的關(guān)系

由圖2 可知，隨著料液比的增加，荔枝多酚提取率呈現(xiàn)先快速增加后趨于平緩的現(xiàn)象，當(dāng)料液比為1∶5～1∶20（g∶mL） 時(shí)，上升趨勢(shì)明顯，多酚提取率從0.21%上升至1.42%，當(dāng)料液比超出1∶20（g∶mL） 時(shí)，提取率上升趨勢(shì)不太明顯。雖然較多的溶劑可以加快整個(gè)傳質(zhì)過程，增大提取含量，但過大的料液比會(huì)增加提取溶劑的成本浪費(fèi)資源及延長(zhǎng)過濾時(shí)間。從節(jié)約溶劑及高提取率的角度考慮，選取1∶20（g∶mL） 作為荔枝殼多酚提取的最佳料液比。

2.3 提取溫度對(duì)荔枝殼多酚提取率的影響

選取60%的乙醇提取溶劑，固定料液比1∶20（g∶mL），浸取溫度依次為30，40，50，60，70 ℃，分別浸取荔枝多酚。

提取溫度與荔枝殼多酚提取率的關(guān)系見圖3。

圖3 提取溫度與荔枝殼多酚提取率的關(guān)系

由圖3 可知，隨著浸取溫度的升高，荔枝多酚提取率呈現(xiàn)先增加再下降的趨勢(shì)，其中，當(dāng)提取溫度為60 ℃時(shí)，荔枝多酚提取率最高為1.48%。提取溫度在60 ℃之后，得率緩慢下降，當(dāng)提取溫度為80 ℃時(shí)，提取率下降至1.02%。可能是由于溫度升高乙醇更易揮發(fā)，過高的提取溫度會(huì)使荔枝多酚氧化分解，使得高溫下荔枝多酚提取率在減小。因此，在后續(xù)的單因素試驗(yàn)中提取溫度均選為60 ℃。

2.4 超聲時(shí)間對(duì)荔枝多酚提取率的影響

超聲時(shí)間與荔枝殼多酚提取率的關(guān)系見圖4。

圖4 超聲時(shí)間與荔枝殼多酚提取率的關(guān)系

由圖4 可知，隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，荔枝多酚提取率呈現(xiàn)先增加再下降的趨勢(shì)。其中，當(dāng)超聲時(shí)間為20 min 時(shí)，荔枝多酚提取率最高為2.22%。隨著超聲時(shí)間的增加，得率反而出現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)，當(dāng)超聲時(shí)間增加為30 min 時(shí)，提取率下降至1.92%?？赡苁请S著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，溶液溫度逐漸升高，荔枝多酚氧化分解所致。因此，選取超聲時(shí)間為20 min作為荔枝殼多酚提取的最佳超聲時(shí)間。

2.5 超聲波輔助提取荔枝殼多酚的正交試驗(yàn)

由單因素試驗(yàn)可知，當(dāng)料液比1∶20（g∶mL）時(shí)，荔枝殼多酚的提取率接近最大值，在此基礎(chǔ)上增加料液比對(duì)提升提取率基本無(wú)影響，因此在正交試驗(yàn)中固定料液比為1∶20（g∶mL），只選取乙醇體積分?jǐn)?shù)、超聲溫度和超聲時(shí)間3 個(gè)因素作為考查對(duì)象。

正交試驗(yàn)見表1。

表1 正交試驗(yàn)

由表1 可知，本次正交試驗(yàn)的9 個(gè)結(jié)果中，荔枝殼多酚提取率最高的為試驗(yàn)5，提取率為2.50%，其水平組合為A2B3C2；荔枝殼多酚提取率最低的為試驗(yàn)1，提取率為1.78%，其水平組合為A1B1C1。通過R值的大小可以看出試驗(yàn)因素存在顯著性順序，其主次關(guān)系為RA＞RC＞RB，即影響多酚提取率的因素主要是乙醇體積分?jǐn)?shù)，其次是超聲溫度、超聲時(shí)間。通過對(duì)各因素K值大小的分析，確定各因素影響最大的水平為A2B2C2，是最優(yōu)的水平組合，即體積分?jǐn)?shù)為60%的乙醇溶液，超聲溫度為60 ℃，超聲時(shí)間20 min，以此工藝條件對(duì)荔枝殼多酚進(jìn)行提取，得出其提取率為2.62%。

3 結(jié)論

荔枝多酚在研究中被發(fā)現(xiàn)能對(duì)人心腦血管疾病，機(jī)體衰老起到預(yù)防作用，在抗癌方面也起到一定作用，植物多酚物質(zhì)的提取一直是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)問題之一。以荔枝殼為原料，首先通過單因素試驗(yàn)分別考查了乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、提取溫度、超聲時(shí)間對(duì)多酚提取的影響，然后固定料液比，選取其他3 個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%，超聲溫度為60 ℃，超聲時(shí)間為20 min 時(shí)，荔枝殼多酚的提取效率最高。該試驗(yàn)結(jié)果可為荔枝殼的資源化利用提供科學(xué)依據(jù)。