微波强化提取葡萄籽中原花青素的工艺研究

张卫波 杨 豆 樊 华 张 娜

(陕西理工大学化学与环境科学学院 陕西汉中 723000)

微波强化提取葡萄籽中原花青素的工艺研究

张卫波 杨 豆 樊 华 张 娜

(陕西理工大学化学与环境科学学院 陕西汉中 723000)

实验比较了乙醇水溶液和SDS水溶液的提取效果，优选质量分数为0.15%的SDS水溶液作为提取剂，通过微波强化葡萄籽中的原花青素的提取。实验探究了料液比、微波温度、微波时间、微波功率等因素对葡萄籽中原花青素的提取效果的影响，在此基础上通过正交优化得到葡萄籽中原花青素微波提取的最佳工艺参数：SDS水溶液浓度0.15%、料液比1∶18g/mL、微波温度55℃、微波时间3min、微波功率400W，此条件下的原花青素得率为5.597%。

葡萄籽；原花青素；微波提取；SDS

前言

葡萄籽是葡萄加工过程中产生的副产物，含有丰富的蛋白质、粗脂肪、各种氨基酸、维生素、多酚、黄酮类化合物及矿物质等，是营养价值极高的天然饲料资源。面对传统玉米、大豆等饲料原料价格攀升的趋势，将葡萄籽部分替代传统饲料饲喂畜禽具有很好的战略意义。原花青素是葡萄籽中研究最活跃的活性成分之一，因其具有清除自由基抗氧化、抗癌抗衰老、消炎抗肿瘤、保护组织细胞、促进伤口愈合等多种生理作用，而备受关注，在医药、化妆品、饲料工业等领域具有很高的应用价值。原花青素用作饲料添加剂具有促消化、提高机体免疫力、防腹泻、促进骨骼生成、促生长等效果，是不可多得的天然饲料添加剂，且不会在动物体内残留。本文通过SDS强化葡萄籽中原花青素的微波提取，旨在为天然提取的原花青素在饲料工业中的应用提供参考。

1 实验材料及方法

红提葡萄籽，清洗后干燥粉碎，石油醚脱脂后，过60目筛于阴凉干燥处放置备用；原花青素标准品 （中国药品生物制品检验所，纯度≥98%）；乙醇、SDS、石油醚等均为分析纯。

岛津UV-260紫外可见分光光度计：日本岛津；SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵：巩义市予华仪器有限公司；GR-200电子天平：日本AND；电热鼓风干燥箱101型：北京科伟永兴仪器有限公司；DHG-9075A型电热鼓风干燥箱：上海一恒科技有限公司；80-1型离心机：江苏金坛正基仪器有限公司；WF-2000微波快速反应系统：上海屹尧分析仪器有限公司。

1.2.1 原花青素标准曲线的绘制

参照文献绘制标准曲线。精密称取0.1g的原花青素标准品，用体积分数为70%的乙醇溶解后定容，配制浓度为1mg/mL的原花青素标准溶液。以此标准溶液为基础，再分别稀释配制浓度为0.005、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05mg/mL不同浓度的原花青素溶液，于280nm处测定吸光度。以原花青素的质量浓度 (c/(mg/mL))为横坐标，不同浓度的溶液的吸光度 (A)为横坐标绘制标准曲线，得标准曲线方程为 A=11.3843c+0.0102 (R2=0.9998)

1.2.2葡萄籽中原花青素得率的计算

得率 (%)=Wcv/m×100

式中：v—测定液的体积 (mL)；W—稀释总倍数；c—提取液中原花青素质量浓度 （mg/mL）；

m—每次提取时所取的葡萄籽粉末质量/g；

分别探究了料液比 (1:9、1:12、1:15、1:18、1:21g/mL)，微波温度 (45、55、65、75、85℃)，微波时间 (1、2、3、4、5min)，微波功率 (100、200、300、400、500W)四个因素不同水平下的提取效果，为正交实验选择合适的水平范围。

以单因素实验中的料液比、微波温度、微波时间、微波功率为正交实验的考察因素，以葡萄籽中原花青素的得率为指标，采用四因素三水平的中心组合正交实验设计优化葡萄籽中原花青素的提取，实验安排见表1。

表1 正交实验设计安排表

2 实验结果与分析

为了筛选合适的提取剂来提取葡萄籽中原花青素，实验分别选择不同体积分数的乙醇水溶液和不同质量分数的SDS水溶液作为提取剂，设定微波温度 50℃，料液比 1:15g/mL，微波时间3min，微波功率300W，考察不同提取剂对葡萄籽原花青素得率的影响，结果如图1所示。

图1 提取剂对葡萄籽中原花青素得率的影响

乙醇水溶液是常用的原花青素提取剂，本文在考虑提取成本及提取到的原花青素的使用的基础上，选择含有SDS的水溶液作为提取剂，与乙醇水溶液在同样的提取条件下进行比较。从图1的实验结果图中可以看出，对于乙醇水溶液来说，体积分数为70%的乙醇水溶液提取效果最好，原花青素得率为4.462%；对于含SDS的水溶液来说质量分数为0.15%的SDS水溶液提取效果较好，原花青素得率为5.226%，和体积分数为70%的乙醇水溶液提取原花青素的得率相比，提高了14.62%，从两种提取剂的成本考虑，SDS更廉价，同时不会存在有机物残留的问题，故选择质量分数为0.15%的SDS水溶液作为提取剂。

为了探究料液比对葡萄籽中原花青素得率的影响，实验过程中设定微波温度50℃，微波时间3min，SDS的质量分数为 0.15%，微波功率300W，改变料液比，分别为1:9g/mL，1:12g/mL，1:15g/mL，1:18g/mL，1:21g/mL，以料液比为横坐标，所对应的原花青素得率为纵坐标绘图，考察料液比对葡萄籽中原花青素得率的影响，结果如图2所示。

图2 料液比对葡萄籽中原花青素得率的影响

由图2可知，葡萄籽中原花青素的得率在1: 9～1:21g/mL料液比范围内随着料液比的增大一直在增大，当料液比较小的时候，传质速率小，原花青素不能完全溶出，随着料液比的增大，传质速率也增大，因此得率增大。但当料液比大于1: 15g/mL后，得率增大幅度越来越小，兼顾提取效果和提取成本，选择1:15g/mL的料液比较合适。

为了探究微波时间对葡萄籽中原花青素得率的影响，实验过程中设定微波温度50℃，料液比1:15g/mL，SDS的质量分数为0.15%，微波功率300W，改变微波时间，分别为 1min，2min，3min，4min，5min，以微波时间为横坐标，所对应的原花青素得率为纵坐标绘图，考察微波时间对葡萄籽中原花青素得率的影响，结果如图3所示。

图3 微波时间对葡萄籽中原花青素得率的影响

微波辐射时间越长作用越明显，对于葡萄籽粉末的细胞壁结构破坏程度也越充分，从图3可以看出，在微波作用2min的时候，原花青素的得率和1min相比提高很多，继续延长微波时间，原花青素得率逐渐增大，当微波时间超过4min后，原花青素得率开始减小。可能是因为长时间的微波提取，在破壁和SDS增溶两方面作用下使得葡萄籽中其他杂质成分溶出，影响了原花青素的提取，因此微波时间不宜过长，4min为好。

为了探究微波温度对葡萄籽中原花青素得率的影响，实验过程中设定微波时间3min，料液比1:15g/mL，SDS的质量分数为0.15%，微波功率300W，改变微波温度，分别为 45℃，55℃，65℃，75℃，85℃，以微波温度为横坐标，所对应的原花青素得率为纵坐标绘图，考察微波温度对葡萄籽中原花青素得率的影响，结果如图4所示。

图4 微波温度对葡萄籽中原花青素得率的影响

适宜的微波温度在提取过程汇总加快分子热运动，加快摩擦破壁，使葡萄籽粉末中原花青素快速溶出。由图4可以看出，微波温度在45～55℃升温范围内，原花青素的得率不断增大，55℃时得率最大，再升高温度原花青素得率先缓慢降低，然后急剧减小，主要是因为高过高的温度导致原花青素结构遭到破坏。因此，55℃为最适合微波提取。

为了探究微波温度对葡萄籽中原花青素得率的影响，实验过程中设定微波时间3min，料液比1:15g/mL，SDS的质量分数为0.15%，微波温度50℃，改变微波功率，分别为100W、200W、300W、400W、500W，以微波功率为横坐标，所对应的原花青素得率为纵坐标绘图，考察微波功率对葡萄籽中原花青素得率的影响，结果如图5所示。

图5 微波功率对葡萄籽中原花青素得率的影响

微波功率是微波作用的直接体现，微波功率越大，产生的微波能越大，在葡萄籽原花青素的提取中的正向作用越明显。从图5可以看出，微波功率为100W时，花青素得率非常低，随着微波功率的增大，花青素得率也增大，当微波功率增大到400W时，得率最大，之后随着微波功率的增大，花青素得率急剧降低，功率越大，越容易产生局部过热现象，过热会破坏原花青素的结构，因此并不是功率越高越好，综合考虑，选择400W较合适。

3 正交实验结果及分析

为了优化SDS强化葡萄籽中原花青素的微波提取工艺，以单因素实验的四个因素作为影响因子，原花青素得率为指标，通过L9(34)正交实验确定最佳提取工艺参数，按照表1实验设计进行实验，实验结果见表2，方差分析见表3。

正交实验能对各因素的水平进行有规律的组合，是快速高效的确定最佳工艺参数的实验方法。正交实验结果表2中的极差R的大小反应了所对应的因素对葡萄籽中原花青素提取的影响程度，通过比较可知，各因素对得率的影响顺序为：微波温度＞微波功率＞微波时间＞料液比。由表2所得的最优组合为：A3B2C2D3，对应的工艺参数为：料液比1:18g/mL，微波时间3min，微波温度55℃，微波功率400W。为了验证正交实验确定的最佳工艺参数条件下的提取效果，对其进行三次平行实验，所得的原花青素得率分别为5.593%、5.612%、5.587%，取其平均值5.597%为最终得率，高于正交表中的任何一组得率，因此确定其为葡萄籽中原花青素的最佳微波提取工艺。

从表3的方差分析结果可以看出，微波功率对提取效果影响最显著，F值最大，其次为微波功率、微波时间、最后是料液比，这和正交极差分析的结果吻合。因此在实验过程中要想获得高的原花青素得率，在控制好微波功率的情况下，可以适当的减小对提取效果影响最小的料液比，达到节省提取成本、高效提取的目的。

表2 正交实验结果

表3 方差分析

结论

微波提取具有高效、节省溶剂、得率高等优势，加上SDS的强化提取作用，得到了理想的提取效果。正交优化所得的最佳提取工艺条件为：料液比1:18g/mL，微波时间3min，微波温度55℃，微波功率400W，此条件下葡萄籽中原花青素的得率为5.597%。与常规的有机溶剂相比，SDS水溶液作用下原花青素不仅得率高，而且不存在有机物残留的问题，可安全应用于饲料工业中。

（略）