紫色马铃薯中多酚提取工艺的优化

黄佳琦，杨士花，张一鸣，黄勇桦，李海平，李　淳，李永强

(1云南农业大学食品科学技术学院，昆明　650201； 2云南农业大学外语学院，昆明　650201；3武定县食品药品监督管理局，云南武定　651600； 4永平县食品药品检验检测局，云南永平　672660)



紫色马铃薯中多酚提取工艺的优化

黄佳琦1，杨士花2，张一鸣1，黄勇桦1，李海平3，李淳4，李永强1

(1云南农业大学食品科学技术学院，昆明650201；2云南农业大学外语学院，昆明650201；3武定县食品药品监督管理局，云南武定651600；4永平县食品药品检验检测局，云南永平672660)

以紫色马铃薯为原料、以多酚含量为指标，在单因素试验的基础上，利用二次通用旋转试验设计，对紫色马铃薯多酚的提取工艺进行优化。结果表明：影响多酚提取效果大小的各因素依次为：提取时间>提取温度>液料比；最佳提取工艺条件为：提取温度70℃、液料比为25∶1、提取时间49 min，在此优化条件下，测得多酚含量为3 038.84±23.85 μg 阿魏酸/g。

紫色马铃薯；多酚；二次通用旋转试验；提取工艺优化

植物多酚是一类广泛存在于植物体内的次生代谢产物[1]，具有抗氧化、清除自由基、降血脂、降血压、降血糖、抗癌、抗衰老、镇痛、抗炎、抗菌等作用[2-11]。近年来，由于天然酚类物质具有抗氧化活性以及对健康的潜在益处，使其越来越受到广大消费者的关注，使得其广泛地应用在医学、食品和日用化工等相关领域中[12]。水果、茶、咖啡、谷物等植物性食品被认为是饮食中多酚的主要来源[13]。马铃薯是一年生草本植物，世界四大种植作物之一[14]，含有丰富的酚类物质，已成为人们在日常饮食中重要的抗氧化活性物质的来源[15]。2013年中国农业部就已经提出了要将马铃薯主食化的新政策，2015年中国农业种植业要点也要求积极推进马铃薯主食产品及产业开发。紫色马铃薯所含的天然酚类物质更多于普通马铃薯[16]。目前研究者对紫色马铃薯中花色苷[17，18]进行了研究，关于其中多酚的提取优化鲜有报道。因此本研究以多酚含量为检测指标，在单因素试验的基础上，采用二次通用旋转试验设计，对紫色马铃薯中多酚的提取工艺进行优化，为紫色马铃薯中多酚的提取提供理论依据，也为紫色马铃薯深加工及综合利用提供一定的参考。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

紫色马铃薯，购于云南昆明；Folin-Ciocalteau试剂、阿魏酸，Sigma公司；Na2CO3、乙醇等其他试剂均为分析纯。

1.2仪器与设备

AOE翱艺A360紫外可见分光光度计，翱艺仪器(上海)有限公司；TDL-5-A型离心机，上海安亭科学仪器厂。

1.3方法

1.3.1多酚含量测定

(1)阿魏酸(FAE)标准曲线的制作[19-21]。阿魏酸标准储备溶液(40 μg/mL)：准确称取0.001 g阿魏酸于小烧杯中，用甲醇溶解并移至25 mL棕色容量瓶中，用甲醇定容至刻度线，0～4 ℃下避光储存备用。阿魏酸工作液：用移液管分别移取1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 mL的阿魏酸标准储备液于10 mL棕色容量瓶中，分别用甲醇定容至刻度线。

分别移取阿魏酸工作液各1 mL于试管中，加入0.5 mL(2 mol/L)Folin-Ciocalteau试剂，充分振摇，加入1 mL饱和CaCO3溶液，再加入7.5 mL蒸馏水，充分混匀，室温下避光反应35 min，于4 000 g离心10 min，取蓝色上清液于725 nm下测定吸光度，建立标准曲线。其回归方程为Y=0.003 3X-0.003，(R2=0.998 8)。

(2)多酚含量的测定。准确移取3 mL多酚提取液，按照(1)中方法进行多酚含量测定，结果表示为每g新鲜紫色马铃薯中所含的多酚含量相当于阿魏酸的μg数。

1.3.2单因素试验

(1)样品的制备：将新鲜的紫色马铃薯洗净，选择外表颜色鲜艳，肉质坚硬的马铃薯，不去皮切薄片，然后用刀切成小块，放入高速组织捣碎机中捣碎，备用。

(2)单因素试验：在不同条件下考察提取温度、液料比、提取时间对紫色马铃薯多酚提取效果的影响。根据文献，选择70%(V∶V)的乙醇作为提取溶剂。提取温度分别为30、40、50、60、70、80 ℃，液料比分别为5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1mL/g，提取时间分别为30、40、50、60、70 min，进行多酚含量测定。

1.3.3二次通用旋转试验设计以多酚含量为检测指标，在单因素试验的基础上进行二次通用旋转试验设计，确定紫色马铃薯中多酚的最佳提取工艺条件。

2　结果与分析

2.1单因素试验

2.1.1提取温度对提取效果的影响准确称取6份1 g紫色马铃薯样品，按照液料比10∶1(mL/g)，提取时间50 min，加入70%乙醇溶液，分别置于30、40、50、60、70、80 ℃下进行提取，过滤后定容于50 mL棕色容量瓶中，吸取提取液进行多酚含量测定，重复3次。由图1可以得出，在温度的逐渐上升的同时，多酚的提取效果呈现先上升后下降的趋势，并且在70 ℃时达到最高值，为2 257.56 ±17.54 μg FAE/g，说明在一定温度范围内，温度越高，提取效果越好。由于多酚的的热不稳定因素，当超过70 ℃后，多酚会发生氧化反应、聚合反应[22]，使得多酚的提取效果有所下降，因此选取最佳提取温度为70 ℃。

图1　提取温度对提取效果的影响

2.1.2液料比对提取效果的影响准确称取6份1 g紫色马铃薯样品，按照液料比 5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1(mL/g)的比例，分别加入5、10、15、20、25、30 mL浓度为70%的乙醇溶液，置于70 ℃的水浴锅中进行提取，过滤后定容于50 mL棕色容量瓶中，吸取提取液进行多酚含量测定，重复3次。由图2可以看出，随液料比的增大，提取效果呈先上升后下降的趋势，并且在液料比为25∶1(mL/g)时达到最大值，为 2 612.25±19.36 μg FAE/g。可能是由于随着液料比的增加，其他醇溶性成分溶出，使提取效果下降[23]。同时料液比过大也会造成溶剂和能源的浪费给后期的工作造成困难，所以选择液料比为25∶1(mL/g)比较合理。

图2　液料比值对提取效果的影响

2.1.3提取时间对提取效果的影响准确称取5份1 g紫色马铃薯样品，加入25∶1(mL/g)的液料比的乙醇，置于70 ℃的水浴锅中，分别提取30、40、50、60、70 min，过滤后定容于50 mL棕色容量瓶中，吸取提取液进行多酚含量测定，重复3次。由图3可以看出，随着时间的延长，提取效果呈先上升后下降的趋势，并且在40 min时达到最大值，为2 947.77±10.65 μg FAE/g。理论上提取时间越长提取的多酚应越多，但在本实验中超过40 min后，多酚含量反而降低，可能是在70 ℃水浴锅中，酒精挥发导致提取效果降低，也可能由于酚类物质在氧气和光照条件下，随着时间的延长会被氧化损耗，导致多酚的提取效果降低。在其实际生产中，延长提取时间会导致生产周期的延长，成本和消耗都会增大，同时提取到的多酚含量也并不理想，所以提取时间选用40 min为宜。

图3　提取时间对提取效果的影响

2.2二次通用旋转试验

2.2.1二次通用旋转试验设计[24-27]以多酚含量为检测指标，以二次通用旋转试验设计为试验方法，在单因素试验的基础上，选择3个因素：提取温度、液料比和提取时间，进行3因素5水平试验(表1)。

表1　二次通用旋转因素水平

表2　二次通用旋转试验方案及结果

注：多酚含量表示为每g新鲜紫色马铃薯中所含的多酚相当于阿魏酸的μg数。

表3　试验结果方差分析

2.3数学模型寻优[31]

2.3.1变量轮换直接寻优根据所建立的数学模型，对3个因素5个水平进行统计寻优，在试验范围内可得到多酚含量的最高值为3 081.98 μg 阿魏酸/g，此时对应的各因素取值为：X1=1、X2=1、X3=1，相对应的实际条件为：提取温度为85 ℃、液料比为35∶1(mL/g)、提取时间为50 min。

2.3.2频率分析及统计寻优用变量轮换直接寻优法所求出优化的配方组合，由于没有考虑到随机因素，因此使得其在实际生产中的实施比较困难。所以，本试验对不同设计水平下的组合进行模拟试验，以平均值2 986.11为临界值，最终获得大于临界值的方案75个。各变量取值的频率分布见表4。

表4　优化提取方案中Xi取值频率分布

由表4可以得出，在95%的置信区间内，吸光度大于2 986.11的优化方案为：提取温度为65.8～74.2 ℃、液料比为22.2∶1～27.8∶1(mL/g)、提取时间为47.38～50.5 min。但为了更适用于实际的工业化生产，因此将优化方案定为：提取温度为70 ℃、液料比为25∶1(mL/g)、提取时间为49 min。最后的优化方案应以频率寻优为准，所选数值应在上面的范围内。对此方案进行试验验证得到多酚含量为3 038.84±23.85 μg FAE/g，与优化方案中的理论值3 107.85 μg FAE/g比较接近，进一步证实了方案的可靠性。

3　结论

本试验用紫色马铃薯作为原料，提取其中的多酚，并以多酚含量为检测指标，先进行单因素试验，再以单因素试验为基础利用二次通用旋转试验设计方法，得到紫色马铃薯多酚的最佳提取工艺条件为：提取温度70 ℃、液料比25∶1(mL/g)、提取时间49 min，在此条件下提取的多酚含量为3 038.84±23.85 μg FAE/g，与理论值较为接近。◇

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(责任编辑李燕妮)

Optimization of Extraction Technology of Polyphenol from Purple Potatoes

HUANG Jia-qi1，YANG Shi-hua2，ZHANG Yi-ming1，HUANG Yong-hua1，LI Hai-ping3，LI Chun4，LI Yong-qiang1

(1College of Food Science and Technology，Yunnan Agricultural University，Kunming 650201，China；2College of Foreign Languages，Yunnan Agricultural University，Kunming 650201，China；3Wuding County Food and Drug Administration，Wuding 651600，China；4Yongping County Food and Drug Inspection Bureau，Yongping 672660，China)

Polyphenol contents as indicators, the optimal extraction technology of polyphenols from purple potatoes were studied by Quadratic General Rotary Design based on single factor experiments.The results showed that the factors affecting the extraction efficiency were extraction time，extraction temperature，and the ratio of liquor to material.The optimum extraction conditions were extraction temperature 70℃，ratio of liquid to material ratio 25∶1，extraction time 49 min.The content of polyphenol was 3 038.84±23.85 μg ferulic acid equivalents/g under the conditions.

purple potato；polyphenol；Quadratic General Rotary Design；extraction technology optimization

国家自然科学基金项目(项目编号：31360378、31560428)；云南省自然科学基金项目(项目编号：2013FB042)；云南农业大学“国家大学生创新创业训练计划”项目(项目编号：201510676007)；云南省高校食品加工与安全控制重点实验室(项目编号：201401)。

黄佳琦(1993—)，女，在读硕士研究生，研究方向：天然产物化学。

李永强(1975—)，男，博士，副教授，研究方向：功能食品与天然产物化学。