超声波辅助果胶酶法优化花牛苹果幼果多酚的工艺研究

摘要 为充分利用农业废弃物，以花牛苹果幼果为材料，利用超声波辅助果胶酶法提取苹果多酚，并采用单因素和响应面法进行工艺优化。结果表明：各因素对苹果多酚提取率的影响表现为提取温度>料液比>乙醇体积分数>提取时间。苹果多酚最优提取工艺为：超声波功率100 W，提取时间51 min，乙醇体积分数为71%，料液比1∶6，提取温度62 ℃。在该条件下，苹果多酚提取率为11.586 mg/g。

关键词 花牛苹果幼果；苹果多酚；超声波提取；响应面设计

中图分类号 TS 201.2  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）03-0163-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.03.037

Process Optimization for Polyphenols from Young Fruits of Huaniu Apple Using Ultrasonic-assisted Pectinase Method

GAO Yi-xia1，2， HU Li-ping1，2

（1.College of Bioengineering and Biotechnology， Tianshui Normal University， Tianshui，Gansu 741001; 2. Gansu Engineering Technology Research Center for Sweet Cherry， Tianshui， Gansu 741001）

Abstract With young fruits of Huaniu apple as material， apple polyphenols were extracted using pectinase treatment combined with ultrasound-assisted extraction， and the extraction technology was optimized by single factor and response surface method. The results showed that the effect of different factors on apple polyphenols was as follows： extraction temperature> solid-liquid ratio > ethanol concentration >extraction time. The optimal extraction process of apple polyphenols is ultrasound power 100 W， extraction time 51 min， extraction temperature 62 ℃， solid-liquid ratio 1∶6， and ethanol concentration 71%. Under above condition， the yield of apple polyphenols is 11.586 mg/g.

Key words Young apple fruits of Huaniu;Apple polyphenol;Ultrasound-assisted extraction;Response surface optimization

基金项目 甘肃省自然科学基金项目（1610RJZE141）。

作者简介 高义霞（1982—），女，甘肃白银人，副教授，硕士，从事资源植物的开发利用研究。

收稿日期 2022-04-01

我国是世界苹果产业规模最大的国家之一，2014年苹果栽培面积和产量分别达到226万hm2和3 800万t，幼果达285万t［1］。其中，甘肃省苹果栽培面积和年产量分别达到32万hm2和320万t，幼果约24万t［2］。而幼果中的多酚提取率为成熟果实的10倍，是苹果多酚丰富的来源，开发价值很高［3］。研究表明，苹果多酚的许多生理功能（如抗龋齿［4-5］、抗氧化等）比茶多酚高100倍以上，因此开发苹果多酚制品具有广阔的销售市场。目前绝大多数苹果幼果被废弃，极少量以沼气或者饲喂家禽等方式消化，既污染了自然环境，又造成极大的资源浪费［6］。苹果多酚提取工艺主要有溶剂萃取法、高压萃取技术及二氧化碳超临界萃取技术等，这些方法在提取效率、节能及自动化等方面尚有不足［7］。而超声辅助提取法具有效率高、能量低以及节省溶剂等特点，正逐渐成为有效提取多酚等活性物质的新兴技术［8］。王贤萍等［9］利用超声波辅助法提取山西嘎啦苹果多酚，确定最佳工艺为乙醇体积分数50%，提取时间60 min，pH 3，料液比1∶6，超声功率80 W，在该条件下含量可达到1 692.72 mg/kg。李珍等［10］利用超声波辅助法提取苹果皮渣多酚，确定最佳提取工艺为提取时间10 min，超声功率500 W，提取温度65 ℃，料液比1∶30，在该条件下实际测定的总酚含量可达到4.53 mg/g。为了充分利用当地特色果品“花牛”苹果幼果，笔者采取超声辅助果胶酶法提取苹果多酚，在单因素试验的基础上，通过响应面法优化提取参数，确定苹果多酚最佳工艺条件，以期为花牛苹果幼果的资源利用及其多酚开发提供理论依据，也为苹果多酚在食品及医药行业的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

花牛苹果幼果，采自甘肃省天水市麦积区中滩镇九龙山苹果基地，时间2016年6月5日，处理前保存于0 ℃冷库中。福林酚试剂（Folin-Ciocalteu），上海润顺化工有限公司；没食子酸标准品（≥99%）、阿拉丁试剂、果胶酶，sigma公司；异抗坏血酸，湖南世纪华星生物工程有限公司；无水乙醇，国产分析纯。

KQ-500型超声波清洗器，昆山市超声仪器；紫外-可见分光光度计（UV-2450），日本岛津；料理机（JYL-C022），九阳集团。

1.2 苹果多酚提取

取花牛苹果幼果，去核除蒂，按10∶1的比例（M/V，g/mL）加入10%异抗坏血酸作为护色剂，破碎后准确称取样品10.000 g，加入果胶酶酶解［11］，乙醇超声波提取，提取液抽滤后收集滤液，定容备用。

1.3 标准曲线制作和多酚提取率测定

多酚提取率测定采用Folin-Ciocalteu法［12-13］。吸取1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 mL没食子酸标准使用液（50 μg/mL）于25 mL容量瓶中，分别添加3.0 mL Folin-Ciocalteu试剂，反应5 min后分别加入2.0 mL 10% Na2CO3溶液，用蒸馏水定容至刻度，30 ℃避光水浴30 min，测定OD690。

标准曲线方程Y=0.179 3X+0.000 3

式中，Y为OD，X为多酚提取率，μg/mL。取1.0 mL同标准曲线操作，计算多酚提取率。

多酚提取率公式为

C=X×V×N/M

式中，C为多酚提取率，μg/g；V为体积，mL；N为稀释倍数；M为样品质量，g。

1.4 单因素试验

1.4.1 提取时间对多酚提取率的影响。

称取样品10.0 g 6份，在料液比1∶6、乙醇体积60%、超声波功率60 W、温度50 ℃，时间分别为10、20、30、40、50、60 min的条件下提取，计算多酚提取率，平行3次。

1.4.2 料液比对多酚提取率的影响。

称取样品10.0 g 6份，设定超声波功率60 W、温度50 ℃、提取时间50 min、乙醇体积60%，在料液比分别为1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10的条件下提取，计算多酚提取率，平行3次。

1.4.3 乙醇体积分数对多酚提取率的影响。

称取样品10.0 g 6份，设定超声波功率60 W、温度50 ℃、提取时间50 min、料液比1∶6，分别加入体积分数40%、50%、60%、70%、80%的乙醇提取，计算多酚提取率，平行3次。

1.4.4 超声波功率对多酚提取率的影响。

称取样品10.0 g 6份，在料液比1∶6、乙醇体积分数70%、提取温度50 ℃、提取时间50 min，超声波功率分别20、40、60、80、100 W的条件下提取，计算多酚提取率，平行3次。

1.4.5 提取温度对多酚提取率的影响。

称取打浆后的样品10.0 g 6份，在料液比1∶6、乙醇体积分数70%、设定超声波功率100 W、提取时间50 min，在20、30、40、50、60、70、80 ℃的条件下提取，计算多酚提取率，平行3次。

1.5 响应面优化苹果幼果多酚提取工艺

根据单因素试验结果进行4因素3水平的响应面优化试验，条件设计见表1。

在优化试验中以提取时间（A）、料液比（B）、乙醇体积分数（C）、提取温度（D）为自变量，以花牛苹果幼果多酚提取率为考察指标，共设计29个试验点，其中24个分析点，中心试验重复5次，用来估计试验误差。

1.6 数据处理

采用SPSS 16.0分析数据。

2 结果与分析

2.1 提取时间对苹果多酚提取率的影响

由图1可知，随着提取时间的延长，苹果多酚提取率呈先上升后下降趋势，70 min时提取率最大。原因可能是提取时间过短，多酚未被完全提取，提取时间过长，则导致其他可溶性物质被溶出，且多酚易发生不同程度的分解。

2.2 料液比对苹果多酚提取率的影响

由图2可知，苹果多酚提取率随料液比的增加先升高后下降，当料液比为1∶6时提取率达到最大值，为9.206 mg/g。原因可能是超声波振动提取时，苹果超微结构遭到破坏，提取效率升高［14］。而当料液比达到一定程度后，继续提高料液比会使多酚提取率下降，可能原因是料液比较小时，幼果细胞吸收的超声波能量较多，细胞破碎程度较好，多酚更容易被释放到溶剂中；料液比过大时，超声波能量的吸收程度较小，细胞破碎程度减小，多酚物质不易被释放；但是如果料液比过小，溶解多酚的溶剂就会过少，效果亦不佳。

2.3 乙醇体积分数对苹果多酚提取率的影响

由图3可知，随着乙醇体积分数的增大，苹果多酚提取率呈先上升后下降的趋势，当乙醇体积分数为70%时，多酚提取率达最大值，为9.095 mg/g。原因可能是幼果多酚一部分为醇溶性，另一部分为水溶性，且两者比例相当［15］。当提取液浓度过低时，醇溶性多酚未充分释放，反之，水溶性未充分溶解，只有在醇水比例相当时效果最佳。

2.4 超声波功率对苹果多酚提取率的影响

由图4可知，苹果多酚提取率随着超声波功率的增加而逐渐增大，当超声波功率为100 W时，提取率达到最大值，为10.625 mg/g。原因可能是功率过小，振动能低，不能充分提取。

2.5 提取温度对苹果多酚提取率的影响

由图5可知，苹果多酚提取率随提取温度的升高呈先上升后下降趋势，当提取温度为70 ℃时提取率最大为11.035 mg/g。原因可能是温度升高，会使物质内的分子运动加快，多酚类物质的扩散与渗透的速度加快，使多酚更易溶出。但是温度过高时，会破坏多酚的结构，提取率下降，这与文献报道结论一致［14，16］。

2.6 响应面优化苹果多酚的提取工艺

2.6.1 回归模型的建立及统计检验。