沙棘高效高值综合利用技术的研究

金敬红，孙晓明，吴素玲

(南京野生植物综合利用研究院，江苏南京 210042)

沙棘(Hippophae rhamnoides Linn.)为胡颓子科沙棘属，是一种落叶性灌木，沙棘是植物和其果实的统称。分布于欧洲、亚洲的寒温带地区，其特性是耐旱、抗风沙，可以在盐碱化土地上生存，被广泛用于水土保持，在中国华北、西北地区大量种植。沙棘是药食同源的植物品种，沙棘的根、茎、叶、花、果，特别是沙棘果实含有丰富的营养物质和生物活性物质，其果实具有很高的营养保健价值，含有多种维生素、糖类、有机酸、蛋白质、氨基酸和微量元素，其中维生素C含量高，素有维生素C之王的美称［1］，具有保肝［2］、增强免疫力［3］、抗氧化［4］、抗衰老［5］等作用。沙棘果实入药具有止咳化痰、健胃消食、活血散瘀之功效。现代医学研究，沙棘可降低胆固醇，缓解心绞痛发作，还有防治冠状动脉粥样硬化性心脏病的作用。目前，沙棘在食品、化妆品、保健品、药品等领域已开发出一些产品，开始进入国内外市场销售。

沙棘的研究国内外进行了很多，主要集中在沙棘饮料、沙棘黄酮和沙棘油的研究，总体上进行都是浅层次的、单一的研究，没有对沙棘资源的利用进行深入的、系统化的、高效高值的综合利用的研究。我院以“十二五”国家农村领域国家科技计划课题的研究为契机，对沙棘的主要营养成分和生物活性物质的综合利用技术进行了深入研究，直接提出了沙棘高效高值综合利用技术体系，为沙棘资源的高效高值开发奠定基础。

沙棘的高效高值综合利用技术包括利用沙棘果加工成沙棘浊汁/浓缩液，进一步可加工成沙棘饮料、保健品等，通过多沙棘浊汁的物理分离技术，加工得到沙棘果油;从榨取浊汁后的沙棘果中提取分离沙棘黄酮，作为保健食品、药品的原材料;利用湿法籽渣分离设备分离的沙棘籽采用超临界流体萃取分离技术提取花青素和沙棘油，再通过工艺参数的调整实现沙棘油和花青素的分离纯化。本高效高值综合利用技术体系实现了沙棘资源的开发利用的最大化，能够有效地降低生产成本，取得最大的经济效益。

一、沙棘浊汁加工技术的研究

沙棘资源的开发中沙棘果汁是最早也是开发最多的产品之一，沙棘果汁产品的开发以沙棘清汁和沙棘复合果蔬汁饮料的加工为主，如枸杞沙棘复合饮料、沙棘番茄酸奶、沙棘红枣胡萝卜复合饮料、沙棘果汁豆乳等。沙棘清汁和沙棘复合果汁饮料都是将沙棘原汁经过反复过滤澄清，营养价值降低，保健功效降低或基本丧失，风味减弱，不能体现沙棘的特征。沙棘浊汁能够较好地保留沙棘果汁中的营养和保健成分，酸度高，保存时间长，便于运输，是未来市场开发沙棘产品的畅销原料。

沙棘榨汁的方法主要有常温酶解榨汁、热榨汁和冷榨汁。常温酶解榨汁适合于清汁加工工艺，热榨汁出汁率略高，但是不利于营养成分的保全，冷冻打浆榨汁技术是最适合沙棘加工的制汁方法，即在冷冻条件下脱果，果枝分离彻底，汁液损失少，果汁营养成分保存率高。

果汁浓缩方法主要有常规蒸发浓缩、冷冻浓缩和反渗透浓缩。冷冻浓缩能耗大、生产成本高，反渗透浓缩浓缩倍数低，主要用于果汁的预浓缩［6］;减压蒸发浓缩易于操作，生产成本较低，广泛应用于苹果、越橘、杨梅、蓝莓及梨等的浓缩。

1 材料与方法

1.1 材料

来自甘肃省陇西县，标准抗坏血酸、2，6－二氯靛酚钠、95%乙醇、无水乙醇、葡萄糖等，均为市售分析纯。

1.2 仪器

UV－754紫外可见光分光光度计(上海第三分析仪器厂);ZFQ－85A旋转薄膜蒸发器(上海医械专机厂);沙棘榨汁系列设备(新乡市圣达轻工机械有限公司)。

1.3 主要理化指标的测定方法

沙棘浊汁和沙棘浓缩浊汁稀释复原后的理化特性按照下列方法进行测定。

1)维生素C:采用2，6―二氯酚靛酚滴定法。

2)总黄酮:采用硝酸铝－醋酸钾比色法，参照GB/T 20574－2006和刘畅等的方法。

3)总酸度:采用GB/T12456－2008的方法(以苹果酸计)。

4)可溶性固形物:手持糖度仪测定。

2 试验方案

2.1 沙棘浊汁的冷榨汁工艺流程

2.1.1 工艺流程

采摘沙棘→入库－18℃冻藏→果枝分离→分选除杂→清洗解冻→压榨取汁→果渣破碎打浆→卧螺离心分离→碟片离心分离→冷榨汁和离心汁分别于0～5℃保存

2.1.2 工艺说明

2.1.2.1 沙棘采摘:带枝采摘沙棘果实，果实金黄色或黄色，剔除腐烂、病虫果。

2.1.2.2 分层置于－18℃速冻库内，快速冷却冻透。

2.1.2.3 在不化冻的前提下利用脱果机实现果枝分离，分选去杂。

2.1.2.4 用常温水清洗去除沙棘表面的灰尘，解冻后用螺旋压榨机榨汁。

2.1.2.5 压榨取汁后的果渣用粉碎机进一步破碎，适量加入水分打浆，采用三足式离心机离心分离果枝和果渣。

2.1.2.6 利用高速碟片式离心机(7000～10000r/min)，将少量的沙棘果油分离出来。

2.1.2.7 冷榨汁和离心果汁分别装桶于0～5℃保存。

2.2 沙棘浊汁的真空减压薄膜浓缩工艺流程

2.2.1 工艺流程

原果汁→转入真空旋转薄膜蒸发器→抽真空→加热→浓缩→转入周转桶→抽真空→充氮→封口→0～5℃保存

2.2.2 工艺说明

2.2.2.1 果汁从冷库中取出，按照需求转入真空旋转薄膜蒸发器;

2.2.2.2 抽真空至 0.095 MPa 以上，水浴至 60 ～65℃加热，开启冷凝器进行真空浓缩;

2.2.2.3 浓缩至水分蒸发量达到60%左右，破真空，冷却至室温，转入密闭容器内;

2.2.2.4 密闭容器抽真空，充氮，封口，置于 0～5℃冷库保存。

3 结果与分析

在沙棘加工过程中对维生素C、沙棘黄酮、可溶性固形物、总酸进行全过程检测，分析加工过程对相关成分的影响。浓缩的沙棘浊汁入库后进行跟踪检测，对浓缩汁的稳定性进行研究。

表1 沙棘加工过程中理化参数的变化

从表1可以看出，在沙棘的加工过程中，维生素C、总黄酮和可溶性固形物及总酸度均有所改变，原因是在加工过程中先后去掉了皮、渣、籽等杂质，粗汁经过离心除去了沙棘果油，在加工过程中以维生素C为代表的营养成分和以沙棘黄酮为代表的生物活性物质均有所降低，不过由于加工条件温和，降低的程度均不大。

表2 沙棘浓缩浊汁的稳定性研究

从表2可以看出，伴随着贮存时间的延长，沙棘浓缩汁中的营养成分和生物活性物质均会出现一定程度的下降，由于采取了抽氧充氮保护，加上低温冷库贮存，维生素C和黄酮类成分的下降幅度比传统的方法慢，240天的贮存效果跟传统方法60天接近。

4 讨论

从营养保全和保健功能的角度来说，浊汁跟清汁相比具有明显的优势。清汁经过多次沉淀过滤加工工艺之后，以维生素C和黄酮为代表的营养成分和生物活性物质损失严重，而且在产品的储存期内稳定性下降，产品的货架期明显缩短，必须通过添加其他的稳定剂解决，过多的添加食品添加剂不仅增加了生产成本，而且不受消费者的欢迎。

二、沙棘黄酮加工技术的研究

沙棘的药用在我国具有悠久的历史，是传统的藏药、蒙药，作为中药具有止咳化痰、健胃消食、活血散瘀之功效。黄酮是沙棘中一种重要的生物活性物质，在降低胆固醇、抗菌消炎、抗肿瘤、抗衰老、抗病毒、抗辐射以及改善心血管功能等方面具有明显的药理功效。

沙棘黄酮的提取一般有从沙棘叶提取和从沙棘果提取两种途径。从沙棘叶的提取需要专门采集收购沙棘叶，本文不做讨论。采用榨汁过后的沙棘果提取黄酮不仅可以对沙棘果资源进行综合利用，降低生产成本，而且提取的沙棘黄酮纯度高，质量好，具有很强的市场竞争力。

沙棘黄酮的提取方法主要有超声波萃取法、常规搅拌浸提法、乙醇回流提取法、超临界流体萃取法和微波提取法等［7］。常规搅拌浸提法比较落后，得率低、能耗高，产品质量差。乙醇回流提取法比常规搅拌浸提法先进，能够有效降低溶剂的使用量和损耗，提高浸提效率，设备简单，投资少，容易维护。超临界流体萃取技术设备投资昂贵，单体设备处理量小，虽然产品质量好，但是经济效益比较差。超声波萃取法具有提取效率高，时间短，温度低，适应性强等优点，但是由于受超声波衰减因素的制约，超声波提取罐不宜直径太大，否则在罐的周壁就会形成超声空白区;难以保证超声波器件的安全性，也无法实现在线不停机维修;超声波功率难以和罐的容积相匹配，大功率的超声波设备制造难度增大，成本也无法使用户接受。微波具有波动性、高频特性以及热特性或非热特性(生物效应)，因而微波提取技术具有快速高效、加热均匀、选择性强、生物效应(非热效应)大等特点，与传统的提取技术相比，优点在于溶剂用量少、耗时短、选择性强，有利于提取植物中热不稳定的活性物质，提取效率高，能耗低、设备简单、操作容易、安全、低污染。微波提取潜在的问题是微波泄漏对人体的伤害，目前防止微波泄漏的技术研究逐渐成熟，已经不再成为微波应用的拦路虎。

1 材料与方法

1.1 材料

来自甘肃省陇西县，槲皮素标准品，甲醇、95%乙醇、无水乙醇、NaNO2、Al(NO3)3等，均为市售分析纯。

1.2 仪器

UV－754紫外可见光分光光度计(上海第三分析仪器厂);ZFQ－85A旋转薄膜蒸发器(上海医械专机厂)。

2 试验方法

2.1 校准曲线回归方程的建立

准确吸取0.0142 g/L的槲皮素标准液10 mL，用95%乙醇稀释定容至100 mL。从100 mL溶液中准确吸取 1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0 mL分别置于8个10 mL的比色管中，分别加入50.0 g/L硝酸铝乙醇溶液各1.0 mL，用95%乙醇稀释至刻度，摇匀，静置20 min后，以试剂空白作参比，用360～500 nm波长范围内的最大吸收波长λmax430 nm处测吸光度并绘制标准曲线(见图1)，求得回归方程式 A=0.0695C+0.0131，r=0.9990，式中 C 为槲皮素浓度，mg/L。

图1 标准曲线图

2.2 微波提取方法的设计

针对影响微波萃取效果的微波功率、萃取时间和料液比通过单因素的预实验，确定了大致的最佳参数。正交试验以微波功率、料液比、微波照射时间为三个变量，萃取液确定为75%的乙醇溶液，实验材料为2 g沙棘果渣，具体如表3所示。

表3 微波提取沙棘黄酮正交试验表

3 结果与分析

按L9(33)正交表安排试验，结果及数据处理见表4。由极差分析可知，各因素对黄酮类化合物浸提影响的大小排序为:C(微波功率)＞A(萃取时间)＞B(料液比)，最佳实验方案为C3B2A1，即微波萃取的最优化条件为:微波功率900 W，萃取时间6 min，料液比(g∶mL)1∶15。

表4 沙棘黄酮正交试验数据处理表

与传统的溶剂法相比较，微波提取法具有时间短、效率高、能耗低等优势。通过正交试验可以得到微波提取沙棘果渣黄酮的优化工艺条件:微波功率900 W，萃取时间6 min和料液比(g/mL)1∶15，75%的乙醇溶液为萃取液。测得样品沙棘叶中黄酮类化合物的含量为0.6454 mg/g。

三、沙棘油和花青素联合加工技术的研究

沙棘油包括沙棘果油和沙棘籽油，沙棘果油在果汁加工过程中利用高转速碟片式离心机提供的高离心因子得到分离，当碟片式离心机转速达到7000～10000 r/min时，果汁中伴随压榨出来的果油可以得到有效的分离。

沙棘籽中富含沙棘籽油和花青素［8］，在以往的研究过程中，沙棘籽油和花青素的分离都是分开进行的。本文利用二氧化碳超临界萃取设备通过添加夹带剂，改变液态二氧化碳的极性，实现沙棘籽油和花青素的同步提取，最后通过萃取工艺实现沙棘籽油和花青素的分离，由于二氧化碳超临界分离技术条件温和，花青素得到有效的保护，损失少，得率反而高于溶剂萃取法。

1 材料与方法

1.1 材料

来自甘肃省陇西县，95%乙醇等化学试剂均为市售分析纯。

1.2 仪器

HA22－40－4824L×2超临界CO2萃取设备(江苏华安科研仪器有限公司)，ZFQ－85A旋转薄膜蒸发器(上海医械专机厂)

2 方法

2.1 试验方法

将沙棘籽装入超临界CO2萃取设备中，加入适量75%乙醇作为夹带剂，调节二氧化碳流量、萃取压力和温度，进行超临界萃取试验，试验结束后收集分离出来的混合物料，加入水作为萃取剂将花青素从混合物料中萃取分离出来，萃取三次，合并萃取液，真空薄膜浓缩，得到纯净的沙棘籽油和花青素。

2.2 超临界萃取方法的设计

针对影响超临界萃取效果的夹带剂用量、CO2流量、萃取压力、萃取温度、萃取时间五个因素进行正交试验，夹带剂为75%乙醇。实验材料为沙棘籽，具体如表4所示。由于沙棘籽油的含量比较高，综合开发的价值也比较高，花青素的含量低，基本上得到比较彻底的提取，变化不大，所以正交试验以沙棘籽油的产率作为判定指标。

表5 超临界萃取沙棘籽油正交试验表

3 结果与分析

按L16(44)正交表安排试验，结果及数据处理见表6。由极差分析可知，各因素对沙棘籽油和花青素联合萃取影响的大小排序为:B(萃取温度)＞A(CO2流量)/C(萃取时间)＞D(夹带剂量)＞E(萃取压力)，最佳实验方案为B3A3C3D1E3，即超临界萃取的最优化条件为:萃取温度40℃、CO2流量24 kg/h、萃取时间150 min、夹带剂用量2%、萃取压力25 MPa。

表6 超临界萃取沙棘籽油正交试验数据处理表

续表6

与传统的溶剂法相比较，超临界萃取法具有时间短、效率高、选择性高、提取温度低能耗低等优势。通过正交试验可以得到超临界萃取沙棘籽油的优化工艺条件:萃取温度40℃、CO2流量24 kg/h、萃取时间150 min、夹带剂用量2%、萃取压力25 MPa。萃取时间延迟到180 min萃取收率略高，说明沙棘籽油基本上萃取干净，延长时间从经济上不合算，同样的道理适用于CO2流量，继续提高CO2流量也有利于萃取收率的提高，但是提高幅度很小，没有实际的意义。在优化的工艺条件下超临界萃取沙棘籽油的收率达到11.42%，花青素收率为0.63%。

四、结语

伴随着本项研究的沙棘浊汁加工技术、沙棘黄酮加工技术和沙棘籽油加工技术的成功，意味着沙棘高效高值综合利用技术的研究已经取得成功，已经建立了可以用于工业化应用的沙棘高效高值综合利用技术体系，可以为沙棘加工工业提供成熟、高效高值、低成本加工技术体系，可以全面提高企业的经济效益，有利于提高沙棘产品的市场竞争力。沙棘的高效高值综合利用技术大大提高了沙棘果实的综合利用度，减少了对沙棘资源的过渡开发，有利于延缓和改善我国的荒漠化趋势，对我国环境保护具有重要的意义。

［1］李秀婷，王昌涛.沙棘加工技术及综合应用［M］.北京:中国农业科学技术出版社，2011.

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［3］郁利平，隋志仁，范洪学.沙棘汁对细胞免疫功能及抑瘤作用的影响［J］.营养学报，1993，15(3):280－283.

［4］刘畅，王昌涛，李刚，等.沙棘汁抗氧化活性的初步研究［J］.食品工业科技，2009(9):130－132.

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［8］樊金玲，丁霄霖，徐德平.沙棘籽中的原花色素化合物［J］.中草药，2006，37(4):514－517.