苹果渣总酚提取工艺优化

葛晓虹

（河南科技学院,河南新乡453003）

苹果渣总酚提取工艺优化

葛晓虹

（河南科技学院,河南新乡453003）

以苹果渣为原料,利用响应面优化法,探究苹果渣多酚的最佳提取工艺.结果表明,苹果渣多酚的最佳提取工艺条件为：提取温度为65℃,提取时间为3.5 h,乙醇体积分数为54.46%,料液比为4∶62.3 g/mL.在此条件下,多酚的实际产量为4.48 GAE mg/g的RSD为1.06%（n=4）.

苹果渣；总酚；提取；响应面

我国是苹果种植大国,在生活节奏逐渐加快的现代社会,果汁受到越来越多人的青睐.苹果渣是苹果汁生产过程中的下脚料,长期以来,仅有少量的苹果渣被干燥后作饲料使用,其余的苹果渣大都被当作废弃物处理,这不仅是对资源的严重浪费,更是对人类所处环境的极大污染[1-2].苹果渣中富含多糖和酚类化合物[3],研究表明,多酚具有抗氧化、抗骨质疏松、抗血栓、抗糖尿病、抑菌等多种医药作用[4-8].此外,在鲤鱼肌原纤维蛋白膜中添加多酚化合物,能够提高其硬度和强度,拓展其适用性[9].因此,开展苹果渣多酚的提取、分离,开发出一种经济可行的多酚生产技术,不仅可以提高苹果深加工产品的附加值,延长其加工产业链,而且能变废为宝,减少环境污染,具有重要的经济和社会意义.

本研究以苹果渣为原料,采用恒温水浴加热提取法研究苹果渣多酚的提取工艺.恒温水浴加热提取工艺操作简单、误差小、效率高,能最大限度保留提取物的有效成分.

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

苹果渣,购于河南省安江凌饮品有限公司；没食子酸,上海钰康生物科技有限公司；福林酚,上海研域生物科技有限公司；其他均为分析试剂.

SHA-C水浴恒温振荡器（江苏金坛市中大仪器厂）；SHZ-95B型循环水式多用真空泵（巩义市予华仪器有限责任公司）；可见分光光度计（尤尼柯（上海）仪器有限公司）.

1.2 试验方法

1.2.1 多酚标准曲线准确称取30.0 mg没食子酸,蒸馏水溶解,定容于100 mL容量瓶中,摇匀,得质量浓度0.3 mg/mL的没食子酸标准溶液.精密吸取没食子酸标准溶液2 mL、4 mL、6 mL、8 mL、10 mL,分别置于10 mL的比色管中,加入蒸馏水至10 mL,摇匀后编号待用.用移液枪分别从1-5号吸取300 μL的没食子酸分别加入比色管中,加蒸馏水至10 mL,再加入福林酚0.5 mL,振荡5 min后加入5%碳酸钠5 mL,立即加蒸馏水至25 mL,摇匀静置90 min,用蒸馏水做空白对照.分光光度计测量吸光值（没食子酸溶液与福林酚溶液.5%碳酸钠溶液反应生成的蓝色物质在750 nm波长处有最大光吸收）在750 nm波长处测定5组样品的吸光值,记录数据绘制标准曲线和线性回归方程.

1.2.2 试验设计采用Design Expert 7.0软件,研究料液比、提取温度、提取时间、乙醇体积分数对多酚提取率的影响.中心复合设计（CCD）在四因素三水平的响应模式进行研究,得到了四个因素的最佳组合.该试验分为30组,包括6组试验中心,以减少试验随机性对试验结果影响.独立因素A（提取时间）、B（提取温度）、C（料液比）、D（乙醇体积分数）在三水平上对提取总酚含量的影响如表1所示.

1.2.3 苹果渣多酚的提取准确称取苹果渣4.0 g,按照试验设计,加入不同比例的乙醇溶液,在一定温度下水浴加热一定的时间后过滤,将上述滤液定容至100 mL容量瓶中,吸取300 μL的样品溶液,用福林酚-碳酸钠显色法[4],按照上述试验步骤,测定其吸光值,并利用回归方程确定苹果渣样品中总酚的含量.

1.2.4 实验验证根据Design Expert 7.0软件分析数据得出的最佳提取条件,在此条件下,做4次重复实验来验证其结果.

2 结果与分析

2.1 标准曲线制作

没食子酸标准曲线,见图1,得到回归方程：Y=1.311 7X-0.006 5,R2=0.996 2,得到良好的线性方程.

2.2 响应面分析

2.2.1 试验结果苹果渣总多酚提取工艺回归模型的建立以提取时间（A）、温度（B）、料液比（C）、乙醇体积分数（D）为自变量,以苹果渣总酚得率（Y）为响应值设计响应面试验[10],结果如表2所示.采用DesignExpert 7.0软件,选择Central Composite Design模型,对表中的数据进行多元回归拟合,得到拟合方程

利用Design-Expert 7.0软件对试验结果进行响应面分析,得出回归模型参数的方差分析见表3.由方差分析可知,模型的P值显著,模型的相关系数R2=0.996 2,失拟项（P=0.455 9＞0.100 00）不显著,说明该方程与试验的拟合度好[11].其中,显著项（P＜0.05）有A、B、C、D、AD、BD、CD、B、C、D.根据表3中F值来判断各因素对苹果渣多酚提取率的影响的显著性,在所选的各个因素水平范围内,单因素的影响顺序为D（乙醇体积分数）＞B（提取温度）＞C（料液比）＞A（提取时间）.各因素的交互作用,有三组交互项AD、BD、CD对Y值有显著影响（P＜0.05）.

2.2.2 各因素之间的交互作用利用Design Expert 7.0软件,以多酚的提取率（Y）为响应值做响应面分析图（见图2～图7）.

由图2可知,当料液比为4∶50,乙醇体积分数为70%时,提取时间和提取温度对多酚提取率的交互影响.当提取时间一定时,随着温度的升高,多酚提取率先降低后增加；在提取温度一定时,随着时间的延长,多酚提取率呈上升趋势.

由图3可知,当温度为45℃,乙醇体积分数为70%时,提取时间和料液比对多酚提取率的交互影响.当提取时间一定时,随着料液比的增加,多酚提取率呈上升趋势,最后趋于平稳；当料液比一定时,随着时间的延长,多酚提取率呈上升趋势.

由图4可知,当提取时间为2 h,乙醇体积分数为70%时,提取温度和料液比对多酚提取率的交互影响.当温度一定时,随着料液比的增加,多酚提取率呈上升趋势；当料液比一定时,随着温度的延长,多酚提取率呈先下降后上升趋势.

由图5可知,当时间为2 h时,料液比为4∶50时,乙醇体积分数和提取温度对多酚提取率的交互影响.当提取温度一定时,随着乙醇体积分数的增大,多酚提取率先缓慢增加,当达到一定值时,呈下降趋势.当乙醇体积分数一定时,随着提取温度的升高,多酚提取率先缓慢降低后增加.

由图6可知,当时间为2 h,提取温度为45℃时,乙醇体积分数和料液比对多酚提取率的交互影响.当料液比一定时,随着乙醇体积分数的增加,多酚提取率呈先上升后下降趋势；当乙醇体积分数一定时,随着料液比的增加,多酚提取率呈上升趋势,最后趋于平稳.

由图7可知,当温度为45℃,料液比为4∶50时,提取时间和乙醇体积分数对多酚提取率的交互影响.当提取时间一定时,随着乙醇体积分数的增加,多酚提取率呈先上升后下降趋势；当乙醇体积分数一定时,随着时间的增加,多酚提取率呈上升趋势.

2.2.3 最佳条件的确定由Design-Expert 7.0软件分析得出,当提取温度为65℃,提取时间为3.5 h,乙醇体积分数为54%,料液比为4∶62.3 g/mL时,苹果渣总多酚得率的预测值为4.07 GAE mg/g.

2.2.4 实验验证在提取温度是65℃,乙醇体积分数为54%,料液比为4∶62.3 g/mL,提取时间为3.5 h的条件下进行提取,重复4次试验,得出总多酚得率的实际值为4.48 GAE mg/g的RSD为1.06%（n=4）,该值与理论预测值基本吻合,说明该模型具有较好的分析能力,证实试验优化得到的工艺参数基本可靠,重现性比较好[12].

3 小结

采用恒温水浴加热的方法提取苹果渣多酚物质,在预试验的基础上,通过响应面Central CompositeDesign试验设计,建立苹果渣多酚得率的二次多项式数学模型[13].优化出提取苹果渣中多酚的最佳工艺条件为提取温度65℃,提取时间3.5 h,料液比4∶62.3 g/mL,乙醇体积分数为54%.在此条件下实际测定的总酚可达到4.48 mg/g,此方法具有安全无毒、成本低、提取率高、操作简单的优点.

[1]葛蕾.苹果渣多酚对高脂大鼠减肥降脂影响[J].食品研究与开发,2013,34（9）：95-97.

[2]牛鹏飞,仇农学,杜寅.苹果渣中不同极性多酚的分离及体外抗氧化活性研究[J].农业工程学报,2008,24（3）：238-242.

[3]RANA S,GUPTA S,RANA A,et al.Functional properties,phenolic constituents and antioxidant potential of industrial apple pomace for utilization as active food ingredient[J].Food Science and Human Wellness,2015,4（4）：180-187.

[4]GARCíA Y D,VALLES B S,LOBO A P,Phenolic and antioxidant composition of by-products from the cider industry：Apple pomace[J].Food Chemistry,2009,117（4）：731-738.

[5]JIAO L,CAO D P,QIN L P,HAN T,et al.Antiosteoporotic activity of phenolic compounds from Curculigo orchioides[J]. Phytomedicine,2009,16（9）：874-881.

[6]TAOWW,DUANJ A,YANGNY,et al.Antithrombotic phenolic compounds fromGlycyrrhiza[J].Fitoterapia,2012,83：422-425.

[7]HOSSAM M A,MAHA M S,ENAS H A,etal.Antidiabeticactivity ofphenolic compounds from Pecan bark in streptozotocin-induced diabetic rats[J].PhytochemistryLetters,2011（4）：337-341.

[8]刘永青,任琳,张子锋,等.苹果渣中多酚类物质的抑菌作用[J].浙江农业科学,2015,56（12）：2018-2020.

[9]张慧芸,吴静娟,段续.添加多酚对鲤鱼肌原纤维蛋白结构及膜性能的影响[J].食品科学,2016,37（5）：35-40.

[10]杨东辉,于保国.苹果皮渣提取LM-果胶[J].化学世界,1997（4）：215-217.

[11]SUDHA ML,BASKARAN V,LEELAVATHI K.Apple pomace as a source of dietary fiber and polyphenols and itseffect on the rheological characteristics and cake making[J].Food Chemistry,2007,104：686-692.

[12]AMIT K,GHANSHYAM S.Chauhan.Extraction and characterization of pectin from apple pomace and its evaluation as lipase（steapsin）inhibitor[J].Carbohydrate Polymers,2010,82：454-459.

[13]綦菁华,黄漫青,王芳,等.苹果皮渣中酚类提取及其抗氧化活性[J].北京农学院学报,2006,21（2）：36-38.

（责任编辑：卢奇）

Optimization of extraction process of polyphenol of apple pomace

GE Xiaohong
（Henan Institute ofScience and Technology,Xinxiang453003,China）

In this study,apple pomace was regarded as raw materials,using response surface methodology to explore the optimum extraction craft of polyphenol.The results showed that the optimum extraction conditions were 65℃,3.5 h, 54.46%and 4∶62.3 g/mL for extractive temperature,extractive time,the volume fraction of ethanol and liquid ratio, respectively.In these condtions,the the actual polyphenol yield was 4.48 mg GAE/g with RSD=1.06%（n=4）.

apple pomace；polyphenol；extraction；response surface methodology

TS201.2

A

1008-7516（2016）05-0052-07

10.3969/j.issn.1008-7516.2016.05.011

2016-08-14

河南省高等学校重点科研项目计划（14B550016）

葛晓虹（1980—）,女,河南安阳人,硕士,实验师.主要从事食品生物技术研究.