石榴皮中多酚类物质的提取及其抗氧化性研究_李志洲

石榴皮中多酚类物质的提取及其抗氧化性研究李志洲,刘军海(陕西理工学院化学与环境科学学院,陕西汉中,723000)摘 要 利用响应面法优化提取石榴皮中多酚类物质的提取工艺条件,在正交试验的基础上,选取乙醇浓度、微波提取时间和料液比为影响因子,应用Box -Benhnken 中心组合设计建立数学模型,以提取的多酚含量为响应值,进行响应面分析(R S A );并对提取物进行抗氧化性研究。

结果表明:石榴皮中多酚类物质的最佳提取工艺条件为:乙醇体积分数80%、微波时间49s 、料液比(g B mL )1B 816、微波功率为300W 、粒度40目,多酚得率0184mg /g ,预测值与实验值误差213%。

抗氧化性研究表明,提取物对菜籽油有较强的抗氧化性能。

关键词 响应面法,石榴皮,多酚第一作者:硕士,副教授。

收稿日期:2009-06-10,改回日期:2009-09-10石榴又名若榴、丹若、天浆,是石榴科(Punicace -ae)石榴属(P unica L 1)植物,果实美观鲜艳、营养丰富。

在我国已有2000多年的栽培历史。

石榴,可入药,亦可食用。

近年来,随着人们对石榴的汁、根、茎、果皮、种子的研究,发现石榴中含有的多种维生素、氨基酸、微量元素、鞣花酸、大量生物碱、脂肪酸等营养成分,使得它成为食品、保健品、制革和印染工业的重要原料[1]。

多酚是一类具有多个酚羟基化合物的总称,包括鞣花单宁、没食子单宁、鞣花酸、没食子酸、儿茶素、花色素、绿原酸和栎精等多种化合物,具有抗氧化、抗衰老、抗癌防癌、抗菌、润肤美容、降血压和预防心脑血管疾病等多种生理和药理活性[2-4]。

目前国内外对植物多酚的提取及其抗氧化活性研究较多,但对石榴皮中多酚提取的报道极少,且对植物多酚提取方法多为煎煮法,此常规方法存在着产品安全性低、耗时长、提取率低等缺点[5]。

本文借助微波辅助技术在正交试验的基础上,采用响应面法对石榴皮多酚类物质的提取进行优化,实验拟筛选出较好的提取工艺,并对提取物进行抗氧化性研究,旨在研究石榴皮多酚类物质提取的最佳条件,为石榴皮的开发利用提供理论依据,以增加废弃物的利用价值。

1 材料与方法111 实验材料11111 原料和试剂石榴(5月份采于陕西汉中)。

无水乙醇、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、硫酸亚铁、酒石酸钠、没食子酸、三氯甲烷、冰乙酸、碘化钾、硫代硫酸钠、淀粉,以上均为AR 级;菜籽油(食用级)等。

11112 主要仪器和设备微波快速反应系统(上海尧岭分析仪器公司),722-E 紫外可见分光光度计(上海光谱仪器有限公司),H 1H 1S-2型电热恒温水浴锅(上海医疗器械五厂),TP -214单盘电子分析天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司)等。

11113 酒石酸亚铁溶液与pH 715磷酸盐缓冲溶液的配制(1)酒石酸亚铁溶液的配制。

称取110g 硫酸亚铁和510g 酒石酸钠,用蒸馏水溶解并定容至1L(低温保存,有效期10d)。

(2)磷酸盐缓冲溶液的配制。

称取2139g Na 2HPO 4#12H 2O,加蒸馏水溶解后定容至100mL ,得浓度为01067m o l/L N a 2HPO 4溶液A;称取经110e 烘干2h 的KH 2PO 401908g ,加蒸馏水溶解后定溶至100m L ,得浓度为01067m ol/L N a H 2PO 4溶液B ;取溶液A 85mL 和溶液B 15mL 混合,备用。

112 实验方法11211 工艺路线石榴皮烘干(40e 左右)y 研磨粉碎y 微波辐射下水浴浸提(80e ,1h)y 提取液离心(上清液)y 石榴皮多酚提取物11212 实验方案设计较之正交试验,使用响应面试验设计实验次数较多(如五因素需要46组实验)。

所以本实验先以四水平五因素的正交试验进行初步试验,研究乙醇浓度、微波功率、微波处理时间、料液比对多酚提取的影响,从中优选出对实验结果影响较大的因素,以减少实验次数。

再以影响较大的因素设计响应面分析,从而寻求得到最佳的工艺条件。

11213石榴皮提取液中多酚含量的测定[5](1)没食子酸标准曲线的制作。

称取210000g 没食子酸,移入100mL容量瓶中,向其加入体积分数为50%乙醇溶液定容至100m L;取上述1mL移入50mL容量瓶中,加4mL水和10mL酒石酸亚铁溶液,再用p H715磷酸盐缓冲液进行定容至50m L,分别取0、015、110、115、210、215、310、315、410mL移入50m L容量瓶,并加入50%乙醇溶液定容至50mL。

用1c m比色皿于551nm测定吸光度,绘制标准曲线,并进行回归处理,得:y=111253x+010747,R=019996式中:x为没食子酸标准溶液(m g/mL);y为吸光度值。

(2)石榴皮提取液中多酚含量的测定。

按照11211所示工艺进行提取,取上清液1mL移入50mL 容量瓶中,加4mL水和10mL酒石酸亚铁溶液,再用p H715磷酸盐缓冲液进行定容至50mL;吸取015 mL,移入50mL容量瓶,并加入体积分数50%乙醇溶液定容至50mL,按照没食子算标准曲线的制作法测定吸光值,求出多酚浓度,从而计算石榴皮中多酚的含量。

多酚得率(以没食子酸计)/(m g#g-1)=(V1@c1)@V2m@100式中:V1、c1分别为所测定样液的体积(m L)和浓度(m g/mL);V2为提取液的体积(mL);m为加入石榴皮干粉的质量(g)。

11214石榴皮提取物在菜籽油中抗氧化效果测定按照GB/T5009137-19965食用植物油卫生标准的分析方法6,采用Schaa l烘箱法研究提取物在菜籽油过氧化体系中的抗氧化性能[6]。

(1)测定方法将石榴皮提取物分别取一定体积,按012%、014%、016%、018%、110%的剂量(m g/g)加入盛有30g菜籽油的100mL烧杯中,充分搅拌使其溶解。

另取菜籽油30g放入100mL烧杯中做空白样。

将所有油样同时放入70e?1e电热恒温培养箱中保存;每隔1、3、5、7、9、11、13d测定过氧化值(POV)。

(2)测定步骤称取2150g混匀的样品,置于250 mL三角瓶中,加30mL三氯甲烷-冰乙酸(体积比2B1)混合液,使样品完全溶解;加1100mL饱和碘化钾溶液,塞好瓶盖,轻摇015m in,后置于暗处3m i n,取出加水100mL,摇匀,立即用Na2S2O3标准滴定液(0101m o l/L)滴定,至淡黄色时,加入1m L淀粉指示剂,继续滴定至蓝色消失为终点;取相同量三氯甲烷-冰乙酸(体积比2B1)混合液,碘化钾溶液,蒸馏水,按上述方法作空白对照。

按下式计算过氧化值(POV):POV/(m eq#kg-1)=[c(V1-V0)/m]@1000式中:V1,测定的N a2S2O3标准滴定溶液的体积m L;V0,空白实验消耗N a2S2O3标准滴定溶液的体积m L;c,N a2S2O3标准滴定溶液的浓度m o l/L;m,试样的质量g;m eq/kg为每千克油脂中活性氧的毫克数。

2结果与分析211正交试验21111正交试验结果及极差分析按112进行实验,设计L16(45)四水平五因素正交试验,正交试验安排、结果及极差分析见表1。

表1正交试验结果与极差分析实验A乙醇体积分数/%B微波功率/WC微波处理时间/sD料液比(g B mL)E粒度(目)多酚得率/(mg#g-1) 11(50)1(200)1(10)1(1B2)1(40)0142212(300)2(20)2(1B4)2(60)0153313(400)3(30)3(1B6)3(80)0165414(500)4(40)4(1B8)4(100)017052(60)123401586221430154723412016982432101659313420168103(70)243101781133124015112342130157134(80)14230172144231401661543241016516441320152K10157501600014970158501625K20161501628015820160301605K30163501625016600163201620K40163701610017220164201612R0106201028012250105701020从表1可知,各因素的对多酚得率的影响顺序为C>A>D>B>E,较佳的提取工艺条件为A4B2C4D4E1,即:乙醇体积分数80%,功率为300W,微波处理时间为40s,料液比为1B8,粒度40目。

21112正交试验结果的方差分析对表1实验结果进行方差分析,结果见表2所示。

表2正交试验结果的方差分析因素偏差平方和自由度F值显著性乙醇体积分数010**********微波功率010********微波时间0111431141000**料液比010********粒度010********误差01003表2的方差分析结果表明,乙醇体积分数对实验结果的影响显著,微波时间对实验结果的影响非常显著,料液比、微波功率、粒度对实验结果的影响不显著。

212响应面分析优化微波辅助提取工艺条件21211响应面分析试验设计根据Box-Benhnken试验设计原理,在211实验基础上,选取乙醇体积分数(X1)、微波时间(X2)和料液比(X3)为考察对象,固定功率为300W,粒度40目,以多酚得率(Y)为响应值,设计三因素三水平的响应面分析(response surface analysi s)[7]。

研究这3个因素对多酚得率的影响,试验因素与水平设计见表3。

表3响应面分析因素和水平表水平X1乙醇体积分数/%X2微波时间/sX3料液比(g#mL)170301:6080401:8-190501:1021212响应面分析试验结果按表3响应面分析因素和水平表试验设计进行实验,试验方案及结果见表4。

表4响应面分析试验方案及结果实验X1X2X3Y实验X1X2X3Y10-1-101669-1-100170 20-11016710-1100181 301-10178111-100167 40110182121100180 5-10-10165130000182 6-1010177140000184 710-10171150000182 8101017621213响应面分析的结果对表2的实验结果用SAS统计软件包进行分析[8],结果见表5、表6。

表5实验结果的方差分析误差来源自由度平方和均方F值Pr>FX1101000013010000130101958201894172X21010325130103251350193342001000839X3101006050010060509147780701027513X1@X11010077560100775612115103001017549X1@X2101000100010001000115665801708577X1@X3101001225010012251191906001224578X2@X2101004741010047417142719401041513X2@X3101000225010002250135248001578551X3@X31010125640101256419168267001006787模型9010620480100689410180041001008710误差50100319201000638总和1401065240从表5可以看出,X1@X1、X2@X2、X3对实验结果的影响是显著的,X2、X3@X3对实验结果的影响是非常显著的,其余项未达到显著统计程度。