張傳越,吳灃麗,劉 洋,汪 偉,劉 丹,陳婷婷,吳鵬飛
(長江師范學院生命科學與技術學院,重慶 涪陵 408100)
荔枝殼是我國傳統中藥材,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。植物多酚的組成結構復雜,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,植物多酚對高血脂方面的疾病有一定的預防作用[4],還可以有效減小癌癥風險[5],降低神經性疾病發病率等[6]。如果將廢棄的荔枝殼充分利用起來,不僅可以造福于人民,還可以提高荔枝的經濟和藥效價值。
根據已有荔枝殼多酚物質的研究報道,在荔枝殼多酚提取中用有機溶劑作為提取。溶劑提取法主要優點在于操作比較簡單,對儀器設備要求不高,是目前國內外最常用的方法;但耗時較長、溶劑消耗較大,且生產成本相對而言比較高,對產品安全性還有一定影響[7]。近年來,通過超聲波提取的技術,在研究提取植物體內有效成分時是采用較多的一種技術[8]。羅威等人[9]用超聲波法提取荔枝核多酚,該方法操作簡單、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,再用正交試驗法對其進行工藝優化,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。
荔枝殼,來自涪陵南沱鎮大紅袍荔枝;沒食子酸、無水碳酸鈉、無水乙醇試劑均為國產分析純,福林酚試劑為生化級試劑,
紫外可見光分光度度計,北京普析通用儀器有限公司產品;KQ2200E 型超聲波清洗儀,昆山市超聲儀器有限公司產品;HDK-8D 型電熱恒溫三孔水浴鍋,上海躍進醫療器械有限公司產品;TDL-5-A型離心機,上海安亭科學儀器廠產品;電子分析天平,上海舜宇恒平科學儀器有限公司產品。
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→分光光度計檢測。
1.3.2 荔枝殼多酚測定方法及多酚提取率計算
以沒食子酸為定量基準,采用福林- 酚比色法進行測定[10]。取荔枝殼多酚提取液于試管中,稀釋一定倍數后,按照制作多酚標準曲線的方法測定其吸光度值,將其帶入標準曲線中計算提取液中總多酚的含量,并根據提取液體積計算多酚提取率,計算公式如下:
式中:
Y總——荔枝殼多酚提取率,%;
C——提取液中多酚的質量濃度,mg/mL;
V總——提取液的總體積,mL;
m——秤取荔枝殼粉質量,mg。
1.3.3 單因素試驗
以荔枝殼粉末為試驗原料,荔枝殼粗多酚為測定指標,進行超聲波輔助提取的單因素試驗,研究乙醇體積分數(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 ℃)和超聲時間(5,10,15, 20,25,30 min) 對荔枝殼多酚提取率的影響。
1.3.4 正交試驗
在單因素試驗的基礎上,選取料液比、超聲時間和浸取溫度為自變量,提取率為因變量,進行L9(34)正交試驗,考查此三因素對荔枝殼多酚提取的影響,進而對提取條件進行優化
乙醇體積分數與荔枝殼多酚提取率的關系見圖1。
圖1 乙醇體積分數與荔枝殼多酚提取率的關系
由圖1 可知,乙醇體積分數對荔枝殼中多酚物質提取影響較大,乙醇體積分數為30%~60%時,多酚提取率與質量分數呈正相關,提取率從0.21%迅速上升至1.05%,此后,隨乙醇體積分數的增加,多酚提取率反而出現下降趨勢,當乙醇體積分數的增加至90%,多酚提取率緩慢下降至0.65%,可能因為乙醇體積分數過高,使得細胞壁上蛋白質變性,降低了提取率所致。因此,在后續的單因素試驗中均選取體積分數為60%的乙醇作為提取溶劑。
料液比與荔枝殼多酚提取率的關系見圖2。
圖2 料液比與荔枝殼多酚提取率的關系
由圖2 可知,隨著料液比的增加,荔枝多酚提取率呈現先快速增加后趨于平緩的現象,當料液比為1∶5~1∶20(g∶mL) 時,上升趨勢明顯,多酚提取率從0.21%上升至1.42%,當料液比超出1∶20(g∶mL) 時,提取率上升趨勢不太明顯。雖然較多的溶劑可以加快整個傳質過程,增大提取含量,但過大的料液比會增加提取溶劑的成本浪費資源及延長過濾時間。從節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。
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系見圖3。
圖3 提取溫度與荔枝殼多酚提取率的關系
由圖3 可知,隨著浸取溫度的升高,荔枝多酚提取率呈現先增加再下降的趨勢,其中,當提取溫度為60 ℃時,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,當提取溫度為80 ℃時,提取率下降至1.02%??赡苁怯捎跍囟壬咭掖几讚]發,過高的提取溫度會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,在后續的單因素試驗中提取溫度均選為60 ℃。
超聲時間與荔枝殼多酚提取率的關系見圖4。
圖4 超聲時間與荔枝殼多酚提取率的關系
由圖4 可知,隨著超聲時間的延長,荔枝多酚提取率呈現先增加再下降的趨勢。其中,當超聲時間為20 min 時,荔枝多酚提取率最高為2.22%。隨著超聲時間的增加,得率反而出現緩慢下降的趨勢,當超聲時間增加為30 min 時,提取率下降至1.92%??赡苁请S著超聲時間的延長,溶液溫度逐漸升高,荔枝多酚氧化分解所致。因此,選取超聲時間為20 min作為荔枝殼多酚提取的最佳超聲時間。
由單因素試驗可知,當料液比1∶20(g∶mL)時,荔枝殼多酚的提取率接近最大值,在此基礎上增加料液比對提升提取率基本無影響,因此在正交試驗中固定料液比為1∶20(g∶mL),只選取乙醇體積分數、超聲溫度和超聲時間3 個因素作為考查對象。
正交試驗見表1。
表1 正交試驗
由表1 可知,本次正交試驗的9 個結果中,荔枝殼多酚提取率最高的為試驗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因素存在顯著性順序,其主次關系為RA>RC>RB,即影響多酚提取率的因素主要是乙醇體積分數,其次是超聲溫度、超聲時間。通過對各因素K值大小的分析,確定各因素影響最大的水平為A2B2C2,是最優的水平組合,即體積分數為60%的乙醇溶液,超聲溫度為60 ℃,超聲時間20 min,以此工藝條件對荔枝殼多酚進行提取,得出其提取率為2.62%。
荔枝多酚在研究中被發現能對人心腦血管疾病,機體衰老起到預防作用,在抗癌方面也起到一定作用,植物多酚物質的提取一直是近年來的研究熱點問題之一。以荔枝殼為原料,首先通過單因素試驗分別考查了乙醇體積分數、料液比、提取溫度、超聲時間對多酚提取的影響,然后固定料液比,選取其他3 個因素進行正交試驗,正交試驗結果表明當乙醇體積分數為60%,超聲溫度為60 ℃,超聲時間為20 min 時,荔枝殼多酚的提取效率最高。該試驗結果可為荔枝殼的資源化利用提供科學依據。