超声波辅助提取桑葚果渣中多酚物质的工艺研究

邓义书，包海蓉，许 慧

(上海海洋大学食品学院，上海 201306)

超声波辅助提取桑葚果渣中多酚物质的工艺研究

邓义书，包海蓉*，许 慧

(上海海洋大学食品学院，上海 201306)

研究了以乙醇为溶剂，用超声波辅助提取法提取桑椹果渣中总多酚物质的最佳工艺，主要考察了乙醇提取时乙醇浓度、料液比、振幅、超声时间对多酚提取率的影响。结果表明:超声波辅助法提取桑椹渣中多酚的最佳工艺条件为:料液比为1∶70，超声时间为160s，乙醇浓度为60%，振幅90%;在此条件下从桑椹果渣中提取的总多酚浓度为73.3284mg/g。

桑椹果渣，超声波辅助提取法，总多酚，提取工艺

桑椹(Mulberry)俗称桑果、桑枣，为桑科桑属植物桑(Morus alba L.)的近成熟聚花果。成熟的桑椹呈紫黑色，含有丰富的糖类、维生素、脂肪酸和矿物元素等。由于桑椹汁营养全面，味鲜美可口，是全天然的珍稀保健饮料。桑椹可药食两用，我国许多古典医药著作中都有记载［1］，如《新修本草》有“单食，主消渴”;《本草纲目》有“捣汁饮，解酒中毒等。1993年国家卫生部把桑椹列为“既是食品又是药品”的农产品之一［2］。此外，桑椹还含有色素等，是提取天然食品色素的高级原料［3］。我国桑椹分布广，桑椹资源丰富，在我国桑椹绝大多数用于榨汁，而榨汁后的果渣、籽等下脚料被弃去，没有充分开发利用［4］。植物多酚具有较强的抗氧化作用，以及明显的抑菌、抗癌、防衰老和抑制胆固醇上升等功效，摄入一定量的植物多酚可以有效地预防和抑制疾病的发生［5－7］，然而当今对桑椹中多酚类物质的研究鲜有报道。近年来，植物多酚的提取技术已经由传统的溶剂提取法逐渐转向运用超声波和微波强化提取新技术［8］，Muhammad Kam ran Khan［9］等采用超声波法对橙皮中的黄酮类物质做了研究。Matthieu Virot［10］等用超声波法研究了苹果渣中总多酚的最佳提取工艺。本文旨在从废弃物再利用角度出发，用超声波提取新技术对桑椹果渣中多酚的提取工艺进行优化，为桑椹的综合开发利用及多酚物质的工业化生产提供一定的参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

桑椹果渣 采自浙江省安吉县红桑果果桑专业合作社的新鲜桑椹，经压榨后产生的果渣经后续冷冻干燥后，水分含量为13%;一水合没食子酸、无水乙醇 分析纯，国药集团化学试剂有限公司;Folin－Ciocalteu试剂 分析纯，上海荔达生物科技有限公司;无水Na2CO3分析纯，上海青析化工科技有限公司。

智能型超级恒温水槽ZC－10 宁波天恒仪器厂;CPA124S型电子分析天平 德国Sartorius公司;UV－1800PC紫外可见分光光度计 上海美谱达仪器有限公司;CP750型连续式高强度超声波发生器SONICS New town，USA。

1.2 实验方法

1.2.1 桑椹渣的预处理 将桑椹果渣真空冷冻干燥，然后进行粉碎，过30、40、80、120 目筛，备用。

1.2.2 桑椹渣多酚的提取方法 称取桑椹果渣粉末0.5g，加入一定浓度的乙醇，超声提取，真空抽滤，将两次滤液合并，以3000 r/m in离心10m in，取上清液，在50℃下旋转蒸发，冷却，定容至50m L备用。

1.2.3 桑椹渣总多酚含量的测定 采用Folin－酚法［11－13］。标准曲线的制作:精确称取 50mg 一水合没食子酸，用少量蒸馏水溶解后，加蒸馏水定容至100m L，取上述溶液10m L用蒸馏水定容至100m L，得到浓度为0.05mg/m L的对照品标准溶液。精密吸取对照品标准溶液 0、0.1、0.3、0.5、0.7、1.2、1.7、2.2、2.7m L于25m L比色管中，再加入2m L Folin－酚试剂(1∶1)，充分混匀后加入5m L 15%Na2CO3溶液用蒸馏水定容至25m L，在45℃下反应40m in，冷却至室温，在765nm下测定吸光度值，绘制标准曲线。以没食子酸标准品做标准曲线来计算样品中总多酚含量。

1.2.4 实验设计 选取乙醇浓度、物料径粒、超声时间、脉冲on值和off值、振幅、料液比、提取次数进行单因素实验，在单因素实验基础上，采用正交设计法优化桑椹渣中多酚的超声波辅助提取工艺参数。设计方法见表1。

表1 超声波辅助提取桑椹渣中多酚的正交实验因素水平

2 结果与分析

2.1 标准曲线的制作

由图1可见，得出总多酚浓度与吸光值A的线性回归方程式:y=0.1705x+0.0336(其中y为吸光度，x为没食子酸浓度值，mg/m L)，相关系数为0.9953，表明线性关系良好。

图1 一水合没食子酸标准曲线

2.2 桑椹渣中提取多酚的单因素实验

2.2.1 物料粒径对多酚提取率的影响 称取粉碎至80目的桑椹果渣 0.5g，在料液比1∶30，乙醇浓度60%，超声时间4m in，振幅80%，脉冲时间on 10s、off 5s提取1次，设定粒径为30、40、80和120目的条件下进行实验。由图2可见，在30～80目之间，随着物料粒径的增加，总酚含量逐渐增加，在径粒为80目时总酚含量最高，物料粒径在80目以上的桑椹果渣多酚含量有下降的趋势，原因可能是物料过细，局部升温较快，物料与溶剂直接接触面积较大，增加了多酚氧化分解的机会。实验结果表明，桑椹果渣物料粒径在80目时其多酚提取率最高。

图2 物料粒径对多酚提取的影响

2.2.2 提取次数对多酚提取率的影响 称取粉碎至80目的桑椹果渣0.5g，在料液比1∶30，乙醇浓度60%，超声时间4min，振幅80%，脉冲时间on 10s、off 5s的条件下分别提取1、2、3、4次。结果表明(图3)多酚含量随着提取次数的增加先增加而后缓慢下降，原因可能是物料在回收过程中有部分物料损失，提取2次的效果明显好于提取1次的，但提取次数大于3次时，多酚含量增加不明显，同时也相应地增加了提取成本。

图3 提取次数对多酚提取的影响

2.2.3 脉冲时间对多酚提取率的影响 脉冲时间分为on与off两个参数，on表示超声波持续发生的时间，off为其中间间隔的时间。称取粉碎至80目的桑椹果渣0.5g，在料液比1∶30，乙醇浓度60%，超声时间4m in，振幅80%，提取2次的条件下设定脉冲时间on 值为10、20、30、40、50s，off值 5s进行实验;选择on 的最适值，设定 off值为 1、10、20、30、40、50s再进行实验。结果如图4、图5所示。

图4 脉冲时间on对多酚提取的影响

由图4、图5可以看出，在off时间一定的情况下，on选择不同的时间，结果表明on为40s时总酚提取率为最高，当off为5s时，此组合是提取桑椹多酚提取率较高;在on时间为40s时，off在40s时，此组合提取桑椹多酚提取率最高。根据空化作用形成的机理可知，空化现象包括气泡的形成、成长和崩溃的过程［8］，此空化现象完成一个循环会受到脉冲时间on与off的影响，空化完成一个循环所用时间如果长于on持续的时间，即未能完成一个空化循环，从而起不到提取的作用，如果on持续的时间长于空化一个循环的时间，这时off将对空化现象起到调节效果，进而会影响多酚提取率。

图5 脉冲时间off对多酚提取的影响

2.2.4 振幅对多酚提取率的影响 振幅是仪器调节条件的重要指标，本实验所用的超声波发生器探头为标配探头，振幅以x%来表示，根据仪器的参数要求选择20%、40%、60%、80%、100%五个不同振幅，称取粉碎至80目的桑椹果渣0.5g，在料液比1∶30，乙醇浓度60%，超声时间4min，脉冲时间(40s，40s)，提取2次的条件下进行实验。结果表明(图6)，随着振幅的增大，多酚提取率基本呈上升趋势。振幅为80%时，多酚提取率最高，为69.4868mg/g;振幅由80%增至100%时，提取率上升逐渐平缓，多酚提取效果不明显。原因可能是随着振幅的增大，空化泡在声波的膨胀相内可能增长过大，导致它在声波的压缩相内来不及发生崩溃，使多酚提取率增加不明显。

图6 振幅对多酚提取的影响

2.2.5 料液比对多酚提取率的影响 称取粉碎至80目的桑椹果渣0.5g，乙醇浓度60%，超声时间4m in，脉冲时间(40s，40s)，振幅80%，提取2次的条件下，设定料液比为 1∶20、1∶40、1∶60、1∶70、1∶80、1∶100 进行实验。结果表明(图7)，随着料液比的增加，提取效果增加并逐渐变慢，料液比为1∶20多酚提取率最低，仅为46.7889mg/g，当液料比为1∶60时，多酚提取率为58.025mg/g，继续增加料液比，多酚提取率增加不明显，原因可能是由于酚类物质易于氧化，随着料液比的增加，势必会造成乙醇溶液用量的增加，乙醇的回收时间也较长，在高温下多酚的稳定性下降，引起多酚物质的氧化，致使提取得率增加不明显。同时，料液比过大也会造成对溶剂和能源的浪费，还给后续工作带来困难。因此综合考虑料液比选择1∶60比较适宜。

图7 料液比对多酚提取的影响

2.2.6 超声时间比对多酚提取率的影响 称取粉碎至80目的桑椹果渣0.5g，乙醇浓度60%，料液比1∶60，脉冲时间(40s，40s)，振幅 80%，提取 2 次的条件下，分别设定超声时间为 10、20、30、40、50、60、120、180、300、480s进行实验。如图 8 所示，在10s至120s内随着超声时间的增加，多酚提取率逐渐增加，在120s时多酚提取率最高，为90.76mg/g;超声时间在120～180s内，多酚提取率下降较快，随后上升平缓，这可能是因为超声处理完全后，延长超声时间对多酚提取率已经没有更大的意义。

图8 超声时间对多酚提取的影响

2.2.7 乙醇浓度对多酚提取率的影响 称取粉碎至80目的桑椹果渣 0.5g，在超声时间 120s，料液比1∶60，脉冲时间(40s，40s)，振幅 80%，提取 2 次的条件下，乙醇浓度分别设为 20%、40%、60%、70%、80%、100%进行实验。如图9所示，随着乙醇浓度的增加，提取率明显增大，至溶剂浓度为60%时最高，之后又不断减少。原因可能是乙醇浓度较低时，溶液中溶解的水溶性蛋白、糖类较多;乙醇浓度较高时，脂溶性物质溶解较多，都会影响多酚的提取率。水虽然是多酚的良好溶剂，但是，氢键不能被水破坏，加入乙醇可以破坏氢键从而提高多酚的提取得率，因此选取一个合适的浓度，使多酚的提取率达到最高。因此综合考虑选择60%的乙醇浓度比较适宜。

图9 乙醇浓度对多酚提取的影响

2.3 桑椹渣中多酚提取工艺正交实验

根据单因素实验的结果，按照实验设计(表1)，进行L9(34)正交实验，研究超声波辅助提取桑椹渣总多酚的最佳工艺条件。

2.3.1 实验因素主次分析 由表2的极差分析可得，比较各个因素的极差，可以得出:R(D)＞R(A)＞R(B)＞R(C)，因此各个因素对桑椹果渣中总多酚的提取率影响的主次因素依次为振幅＞料液比＞超声时间 ＞乙醇浓度。正交实验的优化组合是:A3B3C2D3，即料液比为 1∶70，超声时间为 160s，乙醇浓度为60%，振幅90%。由于在正交实验设计中并未出现此较优组合，应做补充实验;在此条件下，补充实验的多酚含量为73.3284mg/g，优于正交实验中的任何处理样品的结果，因此最优组合即为:A3B3C2D3。

表2 正交实验结果

2.3.2 实验因素的显著性分析 由表3可以看出，振幅、料液比、超声时间对实验结果的影响是极显著的(P＜0.01)，乙醇浓度对实验结果的影响有差异(0.01＜P＜0.05)。

表3 方差分析［15］

3 结论

3.1 提取桑椹果渣中总多酚时，各因素对总多酚的提取量影响的主次因素依次为:振幅＞料液比＞超声时间＞乙醇浓度。

3.2 桑椹果渣中总多酚最佳工艺条件为:料液比为1∶70，超声时间为160s，乙醇浓度为60%，振幅90%。按此条件进行实验，得到桑椹多酚的含量为73.3284mg/g。

3.3 超声辅助提取法操作简单，具有省时、无需加热等优点，可以用来提取一些受热易破坏、分解的物质，此法对桑椹果渣中含有的多酚类功能性成分的提取研究，桑椹的综合开发利用提供一定参考。

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Extraction process of polyphenols from mulberry dregs by ultrasonic assisted extraction

DENG Yi－shu，BAO Hai－rong*，XU Hui

(College of Food Science ＆ Technology，Shanghai Ocean University，Shanghai201306，China)

The optimization extraction process of polyphenols in mulberry d regs with ethanol－water was studied by ultrasonic assisted extraction.Some factors influenced polyphenols extraction such as the ethanol concentration，the material－liquid ratio，the amplitude，the ultrasonic time.The results showed that the optimum conditions as follows:the material－liquid ratio was 1∶70，the ultrasonic time was 160s，the ethanol concentration was 60%，amplitude was 90%.The extraction rate of mulberry dregs total polyphenols could get73.3284m g/g.

mulberry dregs;utrasonic assisted extraction;total polyphenols;extracting technique

TS255.1

B

1002－0306(2011)08－0314－04

2010－07－08 *通讯联系人

邓义书(1984－)，女，在读硕士，研究方向:食品科学与工程。