微波輔助提取葡萄籽花青素的研究

隨著葡萄酒產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，功能葡萄酒，尤其是多酚物質(zhì)的功能作用已成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。在葡萄榨汁及釀酒過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品,如葡萄籽、葡萄皮等。目前,大多數(shù)酒廠將其丟棄或發(fā)酵后用做肥料。這種處理方法不僅造成了資源的浪費(fèi),而且污染環(huán)境。葡萄籽多酚類物質(zhì)無(wú)論是含量還是種類都比葡萄皮和果肉豐富得多,并且這些多酚物質(zhì)有著極強(qiáng)的抗氧化能力。因此,以釀酒過(guò)程中產(chǎn)生的葡萄籽為原料,提取富含多酚類物質(zhì)的葡萄籽提取物(grapeseedextract,GSE),不僅能為葡萄的綜合利用開辟新途徑,而且還可帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前食品工業(yè)上所用的色素多為合成色素,幾乎都有不同程度的毒性,長(zhǎng)期使用會(huì)危害人的健康,因此天然色素。花青素(Anthocyanidin),又稱花色素,是自然界一類廣泛存在于植物中的水溶性天然色素,屬黃酮類化合物。花青素作為一種天然食用色素,安全、無(wú)毒、資源豐富,而且具有一定營(yíng)養(yǎng)和藥理作用,在食品、化妝、醫(yī)藥等方面有著巨大的應(yīng)用潛力。本試驗(yàn)以葡萄籽為原料,采用微波輔助對(duì)葡萄籽中的花青素進(jìn)行提取。并單因素的基礎(chǔ)之上,采用響應(yīng)面法對(duì)提取工藝進(jìn)行優(yōu)化,提高得率;并將所得產(chǎn)品應(yīng)用于某牌號(hào)卷煙產(chǎn)品,對(duì)其最佳適用量及與其它香原料的配伍性進(jìn)行了研究。1材料和方法1.1中藥粉碎和分光光度計(jì)原料:葡萄,山東煙臺(tái)產(chǎn)。試劑:兒茶素對(duì)照品:Sigma公司;香草醛、甲醇、乙醇等均為分析純。主要儀器:DFY250型搖擺式高速中藥粉碎機(jī):上海新諾儀器廠;UV2600型紫外/可見分光光度計(jì):上海天美科學(xué)儀器有限公司;PL203型電子天平:瑞士梅特勒-托利多公司;HH型恒溫水浴,江蘇金壇市中大儀器廠。1.2測(cè)試方法1.2.1原花青素含量測(cè)定將樣品溶液離心40min(10000r/min),吸取上清液1.0mL,比色法測(cè)定吸光度,代入標(biāo)準(zhǔn)回歸方程中,計(jì)算原花青素含量。原花青素溶液濃度在(0.01~0.50)mg/mL范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為:Y=3.6124X-0.0321,r=0.9991。1.2.2微波輔助提取將粉碎后的葡萄籽以2倍于葡萄籽體積的石油醚脫脂,準(zhǔn)確稱取脫脂后的葡萄籽10g于250mL圓底燒瓶中,在一定料液比、溶劑濃度和溫度條件下微波輔助乙醇熱回流提取一定時(shí)間,取出過(guò)濾,減壓濃縮,將濃縮液定容,測(cè)定溶液中原花青素的含量。以所提取原花青素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示提取率,即每100g葡萄籽中經(jīng)提取得到的原花青素的量。提取率(%)=原花青素質(zhì)量(g)/葡萄籽質(zhì)量(g)×1001.2.3不同濃度的花青素分別稱取100g某牌號(hào)煙絲,均勻鋪在不銹鋼盤中,分別準(zhǔn)確稱取0.2g、0.5g、1g上述實(shí)驗(yàn)制取的花青素,并用適量95%乙醇(以能使100g煙絲均勻噴灑為度)稀釋,稀釋液均勻噴灑于煙絲樣品中。對(duì)照組煙絲噴灑等量的95%乙醇。將以上各煙絲分別卷制成煙支,在(22±1)℃恒溫恒濕箱中平衡含水率(15±2)%24h后備用。2結(jié)果與討論2.1單因素試驗(yàn)和結(jié)果2.1.1影響ph值為青素的提取率圖1表明:花青素的提取得率隨pH值的增加先上升,然后下降;在pH=3.0時(shí)有極大提取率。2.1.2乙醇濃度對(duì)乙醇率的影響由圖2可知:乙醇濃度在40%~50%間時(shí),花青素提取得率隨乙醇濃度的增加而升高;當(dāng)乙醇濃度大于70%時(shí),花青素提取得率不斷下降。根據(jù)相似相溶原理,通過(guò)調(diào)節(jié)乙醇和水的配比改變乙醇溶液的極性,對(duì)原花青素的提取效果有較大影響。2.1.3溫度對(duì)得率的影響為圖3表明:在60℃時(shí),花青素提取得率有極大值。低于60℃時(shí),花青素提取得率隨提取溫度的升高而增加;大于60℃時(shí),得率隨溫度的升高而降低。主要原因是一定程度的溫度升高會(huì)增加水溶性色素的溶解度,從而低于60℃時(shí)溫度升高花青素提取得率增加;但色素的溫度性受溫度的限制,溫度過(guò)高會(huì)造成色素的分解,因此溫度大于60℃時(shí),花青素得率隨溫度升高不斷下降。2.1.4微波處理40s的提取得率圖4表明:在微波處理10s~60s的實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi),隨微波時(shí)間的延長(zhǎng),花青素提取得率先上升后下降,即微波處理40s時(shí)提取得率去極大值。原因是隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)花青素不斷溶出,但處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)又會(huì)造成花青素部分結(jié)構(gòu)的破壞,導(dǎo)致花青素提取得率的下降。2.1.5提取素的最佳提取率由圖5可知,隨著微波功率的增加,物質(zhì)的加熱程度也隨著增加,使原花青素能夠容易的被提取出來(lái),即得率增加;在微波功率達(dá)到600W之后,原花青素得率有減少趨勢(shì),這可能是由于較長(zhǎng)時(shí)間的超聲波空化效應(yīng)和高微波功率導(dǎo)致的熱效應(yīng)導(dǎo)致原花青素分解或揮發(fā)所致。因此600W為最佳功率。2.1.6最佳的花青素提取率由圖6可知:液料比的增大有利于花青素從細(xì)胞中分離出來(lái),從而花青素的提取得率升高;當(dāng)液料比大于25g/g時(shí)得率增加緩慢,原因是一定比例的溶劑以將花青素充分提出。因此,液料比達(dá)到25g/g時(shí),花青素以基本溶出。2.2ehnken工藝設(shè)計(jì)根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,應(yīng)用Box-Behnken設(shè)計(jì),采用響應(yīng)面法對(duì)提取工藝參數(shù)進(jìn)行四因素三水平的優(yōu)化試驗(yàn),因素水平表和結(jié)果見表1和表2。2.2.1回歸模型分析利用SAS8.0對(duì)表2中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。此模型的方差分析結(jié)果如表3。由表3可知:該模型高度顯著(p=0.005<0.01),R2=0.847,說(shuō)明該模型回歸方程擬合度較好,可以對(duì)葡萄籽花青素提取進(jìn)行模擬。由表4回歸模型系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果可知,一次項(xiàng)中X1和X2對(duì)葡萄籽花青素提取的影響顯著,其余不顯著;二次項(xiàng)中X1×X1、X2×X2、X4×X4極顯著,X3×X3顯著;交互項(xiàng)中X1×X2顯著;因此對(duì)回歸方程進(jìn)行簡(jiǎn)化如下:由表4可得:各因素對(duì)花青素提取率的影響從大到小依次為X2>X1>X3>X4。1.2.1最佳工藝條件的確定及其驗(yàn)證由圖7及交互項(xiàng)X1×X2可知,乙醇濃度和微波時(shí)間交互作用顯著。在乙醇濃度低時(shí)提取需適當(dāng)延長(zhǎng)微波時(shí)間,提高乙醇濃度可縮短微波時(shí)間,但乙醇濃度過(guò)高可能會(huì)提取出較多其它的物質(zhì),為進(jìn)一步純化帶來(lái)困難,從而在降低乙醇的濃度時(shí),可以通過(guò)微波輔助來(lái)縮短短提取時(shí)間,達(dá)到經(jīng)濟(jì)、快速的目的。為進(jìn)一步確定最佳點(diǎn),在模型范圍內(nèi)選擇出發(fā)點(diǎn),按照模型使用快速上升法進(jìn)行優(yōu)化,可得最佳工藝條件為:乙醇濃度72.10%,微波時(shí)間37.1s,提取溫度60℃,微波功率600W,此時(shí)花青素提取得率為6.5mg/100g。為進(jìn)一步驗(yàn)證模型的精確性,采用上述優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行三次實(shí)驗(yàn),平均得率為6.31mg/100g,與預(yù)測(cè)值相比,誤差為0.55%,誤差較小。因此,此模型較準(zhǔn)確可靠,可以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。2.3葡萄籽中的藍(lán)色草用于卷煙2.3.1花青素添加量對(duì)葡萄籽果以某牌號(hào)卷煙為對(duì)象,對(duì)葡萄籽中花青素的適宜用量進(jìn)行研究。結(jié)果如表5所示。結(jié)果表明葡萄籽中花青素的添加能豐富藥草香、增加煙氣圓潤(rùn)性并且對(duì)余味有一定改善。添加適用量分別為0.1%左右。2.3.2產(chǎn)品香精對(duì)比評(píng)價(jià)根據(jù)以上對(duì)香原料的應(yīng)用研究及平時(shí)工作過(guò)程中積累的經(jīng)驗(yàn),通過(guò)大量的應(yīng)用試驗(yàn),最終擬定了三個(gè)香精的試驗(yàn)配方,如表6所示。經(jīng)對(duì)比評(píng)吸,最終選定B#作為前述牌號(hào)卷煙產(chǎn)品的香精,與某牌號(hào)卷煙進(jìn)行對(duì)比評(píng)吸得到的結(jié)果如表7所示,香氣風(fēng)格輪廓圖如圖8、9所示。由表7和圖8可知,B#配方對(duì)降低喉部刺激、增加透發(fā)性及掩蓋雜氣等質(zhì)量特征指標(biāo)上有明顯功效。結(jié)合表7及圖9分析,添加葡萄籽中花青素(0.1%)的B#配方,能較好的強(qiáng)化樣品卷煙的藥草香風(fēng)格特征、提升辛甜和果香香韻、提高香韻的層次感。3最佳工藝的確定因素:微波輔助提取葡萄籽花青素本試驗(yàn)以pH=3.0的乙醇作為提取劑,可以較好保護(hù)花青素的穩(wěn)定性。采用SAS8.0優(yōu)化設(shè)計(jì),得到了乙醇濃度,微波時(shí)間,提取溫度,微波功率的回歸模型,經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證,此模型精確可靠。通過(guò)單因素及優(yōu)化試驗(yàn)得出微波輔助提取葡萄籽花青素的最佳工藝為:乙醇濃度72.10%,微波時(shí)間37.1s,提取溫度60℃,微波功率600W,花青