藕节多酚超声波辅助提取工艺优化及其抗油脂氧化能力研究

王占一，葛笑昆，周婉梅，孙晓梅，邹晓彤，向 兰

(1.枣庄学院 食品科学与制药工程学院，山东 枣庄 277160； 2.山东大学 药学院，济南 250012)

莲(NelumbonuciferaGaertn.)，是睡莲科莲属水生植物，在我国南北各地均有栽培。藕为莲的根茎，是一种在我国种植历史悠久、产量巨大的传统水生蔬菜[1]。藕节为藕干燥的茎节部分，是一种传统的中药材，早在唐朝甄权所著《药性论》中就有记载，称其具有收敛止血、化瘀之功效。藕节也是《中国药典》(2015版)收载的中药品种，用于治疗肺结核咯血、胃出血、鼻出血、吐血、便血等病症[2]。藕节质地坚硬，食用困难，因此多数情况下常作为废物遗弃，造成资源浪费。近年来，国内外学者研究发现，藕节中含有多种生物活性物质，如多糖、生物碱、多酚等。多酚已成为人们研究的热点，周玮靖等[3]对提取纯化的藕节多酚类成分进行体外抗氧化活性分析，发现藕节中多酚类成分含量高，抗氧化活性较好。

超声波辅助溶剂提取法借助于超声波的空化作用、机械振动破壁效应破坏植物细胞壁，使植物细胞内的天然产物能够在短时间内释放，从而使天然产物不被氧化变质，保持原有的生物活性[4-6]。目前，超声波辅助溶剂提取法在天然产物提取领域中已被广泛应用。张雪春等[7]采用超声波辅助溶剂提取法提取文冠果壳中多酚类成分，并对其体外抗氧化能力进行分析。蒋边等[8]采用响应面法优化了超声波辅助溶剂提取杨桃中多酚类成分。而采用超声波辅助溶剂提取法提取藕节中多酚类成分的试验研究，国内外鲜有文献报道。

食用油脂在储运期间由于受光照、温度及湿度等影响，容易氧化酸败，产生对人体有害的过氧化物、自由基等[9]。目前，食用油脂中常添加的抗氧化剂有丁基羟基茴香醚(BHA)、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)和特丁基对苯二酚(TBHQ)等，长期食用这些人工合成的抗氧化剂是否会对人体健康产生影响，一直存在争论。因此，积极寻找天然、可食用、高效的油脂抗氧化剂具有重要意义。植物多酚是天然的抗氧化剂，食用油脂中加入植物多酚类成分，能显著减缓油脂氧化进程[10]。因此，本试验以微山湖产藕节为原料，采用响应面法优化其多酚类成分的提取工艺，并将纯化多酚用于抗油脂氧化活性分析，以期为藕节的开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 原料与试剂

藕，采自微山湖，手工取其根茎节部，经枣庄学院闫志佩教授鉴定为正品藕节。藕节在50℃下干燥48 h后粉碎，过24目筛，备用。

没食子酸对照品(纯度﹥99%，批号为110831-201204)，由中国食品药品检定研究院提供；福林酚(分析纯)，美国Sigma公司；抗坏血酸(分析纯)，国药集团化学试剂有限公司；猪油、新榨花生油(未加入抗氧化剂)，市购；硫代硫酸钠、无水乙醇、D-101大孔吸附树脂、碳酸钠、碘化钾等均为分析纯，天津风船化学试剂科技有限公司；超纯水，由UPW-P型超纯水系统制备。

1.1.2 仪器与设备

UV-2000型紫外可见分光光度计，尤尼柯(上海)仪器有限公司；B-26型旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂；FA1104型电子分析天平，上海越平科学仪器有限公司；800Y型高速多功能粉碎机，永康市铂欧五金制品有限公司；SHZ-DIII型循环水式真空泵，巩义予华仪器有限公司；HN-CQY型低温超声波萃取仪(功率100～1 500 W，连续可调，频率25 kHz)，上海汗诺仪器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 藕节多酚的提取

准确称取藕节粉3.0 g，置于250 mL烧杯中，加入一定体积分数的乙醇，用保鲜膜、橡皮筋封口，置于超声波萃取仪中，设置超声波输出功率350 W、超声频率25 kHz，在一定温度下提取一定时间后，抽滤，滤液定容至100 mL，用D-101大孔吸附树脂静态吸附，70%乙醇洗脱后，用0.45 μm滤膜过滤，减压蒸干得到藕节多酚。

1.2.2 多酚含量的测定

参照文献[11]的方法，略有改动。将没食子酸对照品恒温干燥至恒重后，精密称取50 mg，置于100 mL烧杯中，用无水乙醇溶解并定容至50 mL容量瓶中，即得质量浓度为1 mg/mL没食子酸对照品溶液。分别移取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL没食子酸对照品溶液，置于25 mL具塞刻度试管中，依次加入10%福林酚试剂12.5 mL、7.5%Na2CO3溶液10 mL，充分摇匀并用蒸馏水定容至25 mL，于25℃下避光反应2 h，在760 nm波长处测定吸光度(A)。以吸光度(A)为纵坐标，没食子酸质量浓度(C)为横坐标，得到标准曲线回归方程A=0.017C-0.002 1(r=0.999 5)，没食子酸质量浓度在8～48 μg/mL范围内线性关系良好。

准确称取藕节多酚5.0 g，用体积分数为70%的乙醇定容至25 mL，作为样品溶液，按上述方法测定吸光度，根据标准曲线回归方程计算样品溶液中多酚的质量浓度，按下式计算多酚纯度及得率。

纯度=(样品溶液中多酚的质量浓度×样品溶液体积)/藕节多酚质量×100%

得率=(藕节多酚的质量×纯度)/藕节质量×100%

1.2.3 藕节多酚抗油脂氧化能力测试

精密称取藕节多酚0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mg，抗坏血酸1.5 mg，并以空白油样作对照，分别置于100 mL烧杯中，依次加入5.0 mL重蒸馏水、50 g猪油或50 mL花生油，搅拌均匀后，放入(60±1)℃恒温干燥箱中储存，分别在0、2、4、6、8、10、12、14、16 d取样2 g测定过氧化值(POV)。过氧化值的测定参照GB 5009.227—2016。

2 结果与分析

2.1 藕节多酚提取单因素试验

2.1.1 超声时间对藕节多酚得率的影响

在超声温度50℃、料液比1∶20、乙醇体积分数70%条件下，考察超声时间对藕节多酚得率的影响，结果见图1。

图1 超声时间对藕节多酚得率的影响

由图1可见，随着超声时间的延长，藕节多酚得率逐渐增大，在超声时间为35 min时达到最大值，之后随着超声时间的延长，藕节多酚得率呈下降趋势，这可能是由于多酚类成分长时间接触空气，其自身被氧化，从而导致多酚得率下降。因此，确定超声时间在35 min左右。

2.1.2 超声温度对藕节多酚得率的影响

在超声时间35 min、料液比1∶20、乙醇体积分数70%条件下，考察超声温度对藕节多酚得率的影响，结果见图2。

图2 超声温度对藕节多酚得率的影响

由图2可见，随着超声温度的升高，藕节多酚得率呈上升趋势，在50℃时达到最大值，之后随着超声温度的升高，藕节多酚得率呈下降趋势，这可能是由于高温使藕节多酚结构被破坏，从而导致其得率下降。因此，确定超声温度在50℃左右。

2.1.3 料液比对藕节多酚得率的影响

在超声时间35 min、超声温度50℃、乙醇体积分数70%条件下，考察料液比对藕节多酚得率的影响，结果见图3。

图3 料液比对藕节多酚得率的影响

由图3可见，随着溶剂用量的增加，藕节多酚得率呈上升趋势，这是由于增大溶剂用量，有利于多酚类成分由原料内部向溶剂中扩散。当料液比大于1∶20 时，随着溶剂用量的增加，多酚得率基本保持不变。从节约资源角度考虑，确定料液比在1∶20左右。

2.1.4 乙醇体积分数对藕节多酚得率的影响

在超声时间35 min、超声温度50℃、料液比1∶20条件下，考察乙醇体积分数对藕节多酚得率的影响，结果见图4。

图4 乙醇体积分数对藕节多酚得率的影响

由图4可见，随着乙醇体积分数的增加，藕节多酚得率呈现先增加后降低的趋势，当乙醇体积分数为70%时，藕节多酚得率最高，这是由于多酚类成分属于极性较弱的物质，随着乙醇体积分数的增加，溶剂极性与藕节多酚极性之间的差异较小，使藕节多酚得率逐渐增大，但当乙醇体积分数超过70%时，藕节多酚得率开始下降，可能是溶剂极性与藕节多酚极性之间的差异增大导致的。因此，确定乙醇体积分数在70%左右。

2.2 藕节多酚提取响应面优化试验

根据单因素试验结果，选取超声时间(X1)、超声温度(X2)、料液比(X3)和乙醇体积分数(X4)作为Box-Behnken响应面试验设计的4个自变量，以多酚得率(Y)为响应值，通过响应面试验优化超声波辅助提取藕节多酚的工艺条件。响应面试验因素水平见表1，响应面试验设计及结果见表2。

表1 响应面试验因素水平

表2 响应面试验设计及结果

表3 回归模型的方差分析

注：**表示差异极显著(p<0.01)；*表示差异显著(p﹤0.05)；模型的R2=0.924 4。

通过Design Expert 8.0.6 统计分析，得到超声波辅助提取藕节多酚最佳工艺条件：超声时间33.54 min，超声温度50.08℃，料液比1∶19.8 ，乙醇体积分数70.38%。在最佳工艺条件下，藕节多酚得率预测值为7.12%。因上述试验条件在实际操作中无法实现，因此将试验条件修正为超声时间34 min、超声温度50℃、料液比1∶20、乙醇体积分数70%。在最佳工艺条件下进行3次平行试验，藕节多酚平均得率为(7.11±0.14)%，与模型预测值相当，说明模型能较好地预测藕节多酚得率。经测定，藕节多酚的纯度为79.8%。

2.3 藕节多酚抗油脂氧化能力

2.3.1 藕节多酚抗动物油脂氧化能力(见图5)

由图5可见，动物油脂在恒温箱中高温诱导后，发生了自氧化反应，随着诱导时间的延长，空白对照组的过氧化值逐渐增大，表明高温能使动物油脂的自氧化反应加剧。动物油脂中添加藕节多酚后，5组不同添加量的油样，与空白对照组比较，其过氧化值增加趋势明显减缓，且随着藕节多酚添加量的增加，其抗动物油脂氧化能力明显增强，量效对应关系比较显著。藕节多酚添加量达到2.5 mg时，其抗氧化能力接近1.5 mg的抗坏血酸所达到的效果，其作用机制可能是藕节多酚分子中含有酚羟基，可提供活泼的氢质子，能够有效地清除氧自由基，从而可以预防脂质过氧化的启动；其次，酚羟基和过氧化自由基结合生成稳定的化合物，进一步阻止了氧化过程中链锁反应的传播。

图5 藕节多酚抗动物油脂氧化能力

2.3.2 藕节多酚抗植物油脂氧化能力(见图6)

图6 藕节多酚抗植物油脂氧化能力

由图6可见，植物油脂在恒温箱中高温诱导后，同样加快了自身氧化进程，植物油脂中添加藕节多酚后，5组不同添加量的油样，与空白对照组比较，其过氧化值增加趋势明显减缓，且随着添加量的增加，其抗植物油脂氧化能力明显增强，量效对应关系比较显著。

3 结 论

本试验以微山湖产藕节为原料，在单因素试验基础上，结合响应面试验设计优化得出超声波辅助提取藕节多酚的最佳工艺条件为超声时间34 min、超声温度50℃、料液比1∶20和乙醇体积分数70%，在此条件下藕节多酚得率为(7.11±0.14)%。藕节多酚能够有效减缓猪油和花生油的氧化酸败速率，并且随着多酚添加量的提高，其抗油脂氧化能力呈递增趋势。藕节多酚是很好的天然油脂抗氧化剂，具有一定的开发潜力。