草莓多酚提取工藝優化及抗氧化性分析

華瑋 熊麗娜 張永鑫 孫鵬 岳龍 付鴻博

收稿日期：2023-08-25中文收稿日期

基金項目：紅河學院創新訓練項目（CX2022174）；吉林省科技發展計劃項目（20200702036NC）。

第一作者簡介：華? 瑋（2000-），男，碩士研究生，主要從事設施農業栽培研究。E-mail：775169526@qq.com*通信作者：岳? 龍（1988-），碩士研究生，助理研究員，主要從事果樹學及果樹病蟲害防治研究。E-mail：68388468@qq.com

付鴻博（1987-），男，博士研究生，講師，主要從事果樹種質資源創新與利用研究。E-mail：113311168@qq.com

摘? 要：【目的】通過對草莓多酚提取工藝、多酚含量及抗氧化性的研究，為草莓功能性品種的選育、產品的研發和產業化發展提供參考依據。【方法】以紅顏草莓成熟期果實為材料，采用超聲波輔助法對多酚進行提取，通過單因素和正交試驗優化草莓果實多酚的提取工藝，并以清除DPPH自由基能力、亞鐵還原能力和清除ABTS自由基能力3個指標評價草莓果實抗氧化能力。【結果】紅顏草莓果實多酚最佳提取工藝為：甲醇體積分數60%，料液比1∶9，超聲時間15 min，提取次數3次，該條件下多酚提取量為2.01 mg/g FW （fresh weight）。通過測定發現：在成熟期的草莓果實中，雪里香多酚含量最高為2.52 mg/g，章姬多酚含量最低為1.58 mg/g。在草莓果實發育不同時期的抗氧化能力表現為成熟期>白熟期>轉色期，同時發現草莓果實清除ABTS自由基能力最強，其次為亞鐵還原能力，最后為清除DPPH自由基能力。【結論】不同草莓品種多酚含量存在差異，且同一品種果實發育不同時期的抗氧化能力也有所不同，為后續草莓功能產品的開發提供了參考依據。

關鍵詞：草莓；正交試驗；不同品種；果實發育期

文章編號：2096-8108（2023）06-0017-06? 中圖分類號：S668.4? 文獻標識碼：A

Optimization of Extraction Technology of Polyphenols in Strawberry and Its Antioxidant Capacity

HUA? Wei1，XIONG? Lina1，ZHANG? Yongxin3，SUN? Peng2，YUE? Long2*，FU? Hongbo1*

（1.Key Laboratory for Research and Utilization of Characteristic Biological Resources in Southern Yunnan， College of Biological and Agricultural Sciences， Honghe University， Mengzi Yunnan 661199， China;

2.Baicheng Academy of Forestry Sciences， Baicheng Jilin 137000， China;

3.Shantou Academy of Forestry Sciences， Shantou Guangdong 515000， China）

Abstract： 【Objective】 Through the study of strawberry polyphenol extraction technology， polyphenol content and antioxidant activity， to provide a reference for the breeding of strawberry functional varieties， product development and industrial development. 【Methods】The fruit of ‘Hongyan strawberry in ripening stage were used as materials， the polyphenol was extracted by ultrasonic-assisted method， the extraction technology of polyphenols from strawberry fruit was optimized by single factor and orthogonal test. The antioxidant activity of strawberry fruit was evaluated by three indices including ferrous reducing ability， DPPH and ABTS free radical scavenging ability. 【Results】 The optimum extraction technology of polyphenols from strawberry fruit as follows： methanol volume fraction 60% ， solid-liquid ration 1：9， ultrasonic time 15 min， extraction times 3 times， under this condition， the polyphenol content was 2.01 mg/g FW （fresh weight）. By analyzing the polyphenol content of five different strawberry varieties， it was found that the polyphenol content of ‘Xuelixiang strawberry fruit was the highest （2.52 mg/g）， and the polyphenol content of ‘Zhangji strawberry fruit was the lowest （1.58 mg/g）. The antioxidant capacity in different stages of fruit development was as follows： ripening stage > white ripening stage > color turning stage. At the same time， it was found that strawberry fruit had the strongest ability to scavenge ABTS free radical， followed by ferrous reduction ability and DPPH free radical scavenging ability. 【Conclusion】The polyphenol content of different strawberry varieties is different， and the antioxidant capacity of the same variety is also different at different stages of fruit development， which provides a reference for the subsequent development of strawberry functional products.

Keywords：Strawberry; orthogonal test; different varieties; fruit development stage

近年來，隨著人們生活質量的提高，人們的消費觀念逐漸開始向追求更高的生活質量轉變，水果在人們的眼里有著越來越重要的價值，果樹的生產也慢慢由追求產量轉向了追求質量，果實品質在逐漸受到人們重視的同時［1］，其富含的對人體有益的功能性物質也逐漸受關注，因此食用水果也在從口腹之欲逐步擴展到向吃的更健康轉變，果實具有的營養價值、抗氧化能力等都開始走進了人們的視野［2］。多酚類化合物是廣泛存在于植物體內的重要的次生代謝產物［3］。目前自然界已知曉的酚類化合物超過8 000種［4］。多酚在降低血糖、血脂、保護腸道、抑制細菌有著其獨特的作用。同時多酚類化合物在醫藥、食品、運輸保鮮、化妝品等應用及其相關領域的運用發揮著巨大的作用［5］。

草莓是薔薇科草莓屬的多年生草本植物，果實色澤鮮艷，有著獨特的果實香味［6］。草莓果實富含多酚等生物活性物質，其含量多少與抗氧化能力密切相關［7］。不同品種的草莓在多酚含量上也有著顯著的差異［8］。本研究對草莓多酚提取工藝、多酚含量及抗氧化性進行了研究，對豐富草莓果實多酚的研究內容、草莓功能性品種的選育、產品的研發和產業化發展提供了參考依據。

1? 材料與方法

1.1? 單因素對草莓多酚含量的影響

以紅顏草莓成熟期果實為試驗材料，用液氮將果實研磨成粉末，用0.1%酸化甲醇作提取液，利用超聲輔助法進行提取。對甲醇體積分數、料液比、超聲時間和提取次數4個因素進行單因素試驗且每個因素均設置5個水平，甲醇體積分數分別為30%、40%*、50%、60%和70%；超聲時間分別為10、15、20*、25、30 min；料液比分別為1∶8、1∶9、1∶10*、1∶11、1∶12（g∶mL）；提取次數分別為1次、2次*、3次、4次和5次。當其中一個因素為變量時，*標記的因素保持恒定水平試驗。

1.2? 最佳工藝參數的確定

以1.1單因素對草莓多酚含量的影響結果為基礎，設計四因素三水平正交組合（見表1）［9］，對提取方法進行進一步優化，從而確定最佳的工藝參數［10］。

1.3? 多酚含量的測定

采用福林酚比色法［11］進行測定，以標準品沒食子酸做標準曲線。具體試驗操作如下：先吸取一定

體積的提取液于試管中，添加福林酚試劑0.2 mL，混勻后靜置4 min，再加入10% Na2CO3溶液1 mL，最后用ddH2O定容至8 mL，將定容后的混合物置于35℃下水浴1 h，在760 nm的波長下對其進行吸光值的測定。

1.4? 抗氧化能力的測定

以清除DPPH自由基能力，亞鐵還原能力和清除ABTS自由基能力3個指標評價草莓果實抗氧化能力［11］。

DPPH法測定抗氧化能力［12］。樣品組：吸取0.2 mL樣品稀釋液，加入0.1 mmol/L的DPPH溶液2.8 mL，室溫避光反應30 min；空白組：用40%甲醇替代樣品稀釋液。于517 nm 波長下測定吸光值，蒸餾水調零。

FRAP法測定抗氧化能力［13］。樣品組：吸取0.1 mL樣品稀釋液，加入4.9 mL FRAP溶液［0.1 mol/L醋酸鈉緩沖液（pH=3.6）∶10 mmol/L TPTZ：20 mmol/L三氯化鐵=10∶1∶1（V/V/V）］ ，室溫避光反應10 min；空白組：用40%甲醇替代樣品稀釋液。于593 nm 波長下測定吸光值。

ABTS法測定抗氧化能力［14］。樣品組：吸取0.1 mL樣品稀釋液，加入3.9 mL ABTS+溶液（7 mmol/L的ABTS儲備液和140 mmol/L的過硫酸鉀溶液在室溫下暗反應12～16 h配制而成），室溫避光反應10 min；空白組：用40%甲醇替代樣品稀釋液。于734 nm 波長下測定吸光值，蒸餾水調零。

1.5? 數據分析

采用 Microsoft Excel 2007、SPSS 25、SAS 9.2、OriginPro 9.0軟件進行數據分析。

2? 結果與分析

2.1? 草莓多酚提取單因素試驗

隨甲醇體積分數的增大多酚含量表現為先升高后降低。甲醇體積分數為60%對應的多酚含量達到大值（見圖1）。當甲醇體積分數為30%、50%、70%時，草莓提取的多酚含量顯著（P<0.05）低于甲醇體積分數為60%時草莓提取的多酚含量。由圖2可知，隨著料液比的增大，草莓多酚含量呈現先上升后降低的趨勢。當料液比為1∶9時對應的草莓達到最大值，當料液比為1∶8、1∶11、1∶12時，草莓提取的多酚含量顯著（P<0.05）低于料液比為1∶9時對應的草莓多酚含量。再繼續增加料液比會導致其他雜質增多，而導致提取草莓多酚的含量下降。由圖3可知，隨著超聲時間的延長，草莓提取的多酚含量呈現先上升后降低的趨勢。當超聲時間為20 min時，對應的草莓提取的多酚含量達到最大值。超聲時間的長短對草莓提取的多酚含量的影響無顯著性差異。由圖4可知，隨著提取次數的增大，草莓提取的多酚含量呈現先上升后降低的趨勢。當提取次數為2次時，對應的多酚含量達到最大值，當提取次數為1、4、5次時，草莓提取的多酚含量顯著低于提取次數為2、3次的草莓果實提取的多酚含量。

2.2? 草莓果實多酚提取條件優化

根據單因素試驗結果，采取4因素3水平正交試驗L9（34）對草莓多酚提取工藝進行優化。通過正交試驗結果（見表2）可以發現RD>RA>RB>RC，故影響草莓果實多酚含量的因素從高到低依次是提取次數>甲醇體積分數>料液比>超聲時間，同時可以看出其最佳提取工藝條件為A3B2C2D3，即甲醇體積分數為60%，料液比為1∶9，超聲時間為15 min，提取次數為3次，由于A3B2C2D3在正交試驗中沒有出現，故根據此提取方法進行進一步試驗，在該提取條件下測得的草莓果實多酚含量為2.01 mg/g，高于以上9組試驗。因此確定最優的提取條件為甲醇體積分數為60%，料液比為1∶9，超聲時間為15 min，提取次數為3次。將正交數據進行方差分析后發現（見表3）：因素C（超聲時間）對多酚提取量的影響呈顯著水平（P＜0.05），因素A（甲醇體積分數）、B（料液比）和D（提取次數）對多酚提取量的影響呈極顯著水平（P＜0.01）。

2.3? 紅顏草莓果實多酚及抗氧化性的動態變化

根據正交試驗得出的最佳工藝參數，對紅顏草莓果實不同發育時期的多酚含量進行測定（見圖5）。結果表明：多酚含量在草莓果實發育的3個時期均存在顯著性差異（P<0.05），且隨果實發育表現為先降低再升高的趨勢，多酚含量在轉色期最低，在成熟期最高。為了探究草莓的抗氧化能力，對紅顏草莓果實發育的3個時期的抗氧化性進行測定（見圖6）。結果表明：在紅顏草莓果實的白熟期、轉色期、成熟期3個時期中，從白熟期到轉色期的清除DPPH自由基能力、亞鐵還原能力和清除ABTS自由基能力均表現為降低的趨勢，到成熟期又表現為升高的趨勢，并且達到3個時期中的最大值。同時可以發現，在果實發育的同一時期，抗氧化指標之間也存在著差異，表現為清除ABTS自由基能力最強，其次為亞鐵還原能力，最低為清除DPPH自由基能力。

2.4? 不同品種草莓果實多酚含量的分析

根據正交試驗得出的最佳工藝參數，對5個草莓品種進行了果實多酚含量的測定（見圖7）。多酚含量在不同草莓品種間存在差異，雪里香草莓的多酚含量（2.52 mg/g）在5個品種中含量最高，且與其余4個品種均呈顯著性差異（P<0.05），其次為雪兔、紅顏和隋珠3個品種，多酚含量最低的為章姬草莓（1.58 mg/g），且顯著（P<0.05）低于其他品種。

3? 討論

多酚類化合物廣泛的存在于植物體內，原材料豐富，導致提取的方法也多種多樣，現有的多酚提取方法有：溶劑萃取法［15］、超聲波輔助提取法［16］、生物酶解提取法［17］、超臨界CO2萃取法［18］、膜技術提取法［19］和超高壓提取法［20］等。這些研究方法為多酚從原材料中提取提供了非常重要的科學依據。一般認為超過20 kHz的機械波被稱為超聲波，而超聲波輔助提取于其他提取方法相比具有明顯的優點，提取率更高且消耗更少［21］。研究者目前也多采用超聲輔助提取法對活性物質進行提取，4個因素對薜荔果多酚提取量影響最大的是提取時間，最小的是料液比［22］。在香菇的多酚提取研究中發現，最小的影響因素同樣為乙醇濃度，但最大的影響因素為提取溫度［23］。對黑老虎果皮多酚提取工藝研究中發現，各個因素對多酚得率的影響由高到低分別為：料液比、超聲時間、超聲功率、乙醇體積分數［24］。在紅棗的研究中，各因素對多酚得率的影響主次因素分別為：超聲溫度、料液比、甲醇濃度、超聲時間［25］。通過前人的研究中可以發現，各因素對多酚含量的影響在不同物種間差異較大，因此在提取時不能照搬其他物種的提取條件，需要分析后在本物種中進一步進行試驗。本研究利用紅顏草莓為試驗材料，以超聲波輔助提取法（40 kHz）對多酚含量進行提取，以酸化甲醇為提取液，分析4個因素，包括甲醇體積分數、料液比、超聲時間和提取次數對草莓多酚含量影響進行分析后，得出多酚提取量受提取因素的影響最大的是提取次數，其次是甲醇體積分數，再次是料液比，最小的是超聲時間。同時確定了最佳提取工藝條件為甲醇體積分數60%，料液比1∶9，超聲時間15 min，提取次數3次，該條件下多酚提取量為2.01 mg/g。多酚類物質種類豐富，在植物體中有幾千種，同時不同植物中多酚物質種類、數量和含量都有較大的區別，因此導致了對多酚提取工藝進行研究時在不同物種中存在較大差異。

根據確定的最優提取條件，對紅顏草莓果實的3個發育時期（白熟期、轉色期和成熟期）多酚含量進行測定后發現，紅顏草莓果實的多酚含量從白熟期到轉色期呈現為降低趨勢，到成熟期又表現為升高的趨勢，且在成熟期含量最大。在其他果樹研究中發現，蘋果［26］、木棗［27］、石榴［28］果實發育中多酚含量呈現出先升高后降低的趨勢，與草莓果實生長發育有較大的差異。其原因可能是草莓在轉色期光合產物較少，影響了草莓多酚物質的積累，而在成熟期隨著草莓果實轉色的完成草莓果實的營養物質積累達到最大值，多酚含量也達到最大值。為了進一步研究不同品種草莓間多酚含量的差異，選擇了5個品種的草莓對其果實多酚含量進行測定后發現，5個品種草莓之間的多酚含量存在著差異，其中雪里香草莓的多酚含量最高（2.52 mg/g），章姬草莓最低（1.58 mg/g）。在不同的研究中發現，草莓樣品的提取方法對多酚含量的影響較大。王志巧［29］等人對草莓干樣的多酚含量進行測定，得出最佳提取條件為提取溶劑50%乙醇，料液比1∶20，時間3 h，溫度70℃，在此條件下草莓多酚類化合物含量最高為24.6 mg/g。程安瑋［30］等人，對比了冷凍干燥、熱風干燥、真空干燥方式及干燥溫度對草莓多酚含量的影響，得出結論冷凍干燥方式可以較好的保持草莓果粉中的多酚。李芬芬［31］等用超聲波輔助法提取草莓干樣中的多酚含量，結果發現與常規方法相比，提取草莓中的多酚含量較高，為10.96 mg/g。超聲波輔助法利用超聲波產生的機械作用，能夠加快體系的傳速和傳熱速度，加強細胞內物質的釋放，從而大大提高了植物中多酚含量的擴散和浸出，提高提取量。

通過分析草莓的抗氧化能力發現紅顏草莓果實的抗氧化能力在果實成熟期最強，在果實轉色期最低。同時發現草莓果實對清除ABTS自由基能力最強，其次為亞鐵還原能力，最低為清除DPPH自由基能力。以不同成熟期的草莓果實為材料，以DPPH自由基清除能力和亞鐵還原能力為抗氧化評價指標，隨著果實的發育期草莓果實的抗氧化能力呈先下降后上升的趨勢，且下降趨勢比較明顯［32］。王婉馨［33］等以4個紅色草莓品種和2個白色草莓品種果實為材料，結果發現紅顏草莓果實對清除ABTS自由基能力最高，妙香草莓的亞鐵還原能力最高，這些均與本研究結果一致。在其他果樹中也有同樣的研究，以不同發育期的蘋果果實為材料，發現抗氧化能力幼果期較高，隨著發育呈減少趨勢，同時發現蘋果果實對清除ABTS自由基能力最強［34］。分析不同成熟期的紅棗的抗氧化能力后發現，棗果實清除DPPH自由基能力隨著果實的發育逐漸降低，最后趨于平穩，且未成熟的棗果實清除DPPH自由基能力最強［35］。這些結果與本研究結果存在一定的差異，這可能是由于多酚含量的差異所致。

4? 結論

基于單因素和正交試驗分析得出草莓果實多酚提取的最佳提取工藝為甲醇體積分數60%，料液比1∶9，超聲時間15 min，提取次數3次，在最優的工藝參數下提取的多酚含量為2.01 mg/g。提取次數對多酚提取量影響最大。紅顏草莓在果實發育不同時期的抗氧化能力表現為成熟期>白熟期>轉色期。在最優提取工藝的處理下，雪里香草莓果實的多酚含量在5個草莓品種中多酚含量最高，章姬草莓果實的多酚含量最低，不同品種草莓多酚含量存在差異。

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