微波輔助提取葡萄籽花青素的研究

隨著葡萄酒產業的快速發展，功能葡萄酒，尤其是多酚物質的功能作用已成為一個新的研究熱點。在葡萄榨汁及釀酒過程中,會產生大量的副產品,如葡萄籽、葡萄皮等。目前,大多數酒廠將其丟棄或發酵后用做肥料。這種處理方法不僅造成了資源的浪費,而且污染環境。葡萄籽多酚類物質無論是含量還是種類都比葡萄皮和果肉豐富得多,并且這些多酚物質有著極強的抗氧化能力。因此,以釀酒過程中產生的葡萄籽為原料,提取富含多酚類物質的葡萄籽提取物(grapeseedextract,GSE),不僅能為葡萄的綜合利用開辟新途徑,而且還可帶來巨大的經濟效益和社會效益。目前食品工業上所用的色素多為合成色素,幾乎都有不同程度的毒性,長期使用會危害人的健康,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、無毒、資源豐富,而且具有一定營養和藥理作用,在食品、化妝、醫藥等方面有著巨大的應用潛力。本試驗以葡萄籽為原料,采用微波輔助對葡萄籽中的花青素進行提取。并單因素的基礎之上,采用響應面法對提取工藝進行優化,提高得率;并將所得產品應用于某牌號卷煙產品,對其最佳適用量及與其它香原料的配伍性進行了研究。1材料和方法1.1中藥粉碎和分光光度計原料:葡萄,山東煙臺產。試劑:兒茶素對照品: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:上海新諾儀器廠;UV2600型紫外/可見分光光度計:上海天美科學儀器有限公司;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測試方法1.2.1原花青素含量測定將樣品溶液離心40min(10000r/min),吸取上清液1.0mL,比色法測定吸光度,代入標準回歸方程中,計算原花青素含量。原花青素溶液濃度在(0.01~0.50)mg/mL范圍內標準曲線方程為: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間,取出過濾,減壓濃縮,將濃縮液定容,測定溶液中原花青素的含量。以所提取原花青素的質量分數表示提取率,即每100g葡萄籽中經提取得到的原花青素的量。提取率(%)=原花青素質量(g)/葡萄籽質量(g)×1001.2.3不同濃度的花青素分別稱取100g某牌號煙絲,均勻鋪在不銹鋼盤中,分別準確稱取0.2g、0.5g、1g上述實驗制取的花青素,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結果與討論2.1單因素試驗和結果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時有極大提取率。2.1.2乙醇濃度對乙醇率的影響由圖2可知:乙醇濃度在40%~50%間時,花青素提取得率隨乙醇濃度的增加而升高;當乙醇濃度大于70%時,花青素提取得率不斷下降。根據相似相溶原理,通過調節乙醇和水的配比改變乙醇溶液的極性,對原花青素的提取效果有較大影響。2.1.3溫度對得率的影響為圖3表明:在60℃時,花青素提取得率有極大值。低于60℃時,花青素提取得率隨提取溫度的升高而增加;大于60℃時,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增加水溶性色素的溶解度,從而低于60℃時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,溫度過高會造成色素的分解,因此溫度大于60℃時,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的實驗范圍內,隨微波時間的延長,花青素提取得率先上升后下降,即微波處理40s時提取得率去極大值。原因是隨處理時間的延長花青素不斷溶出,但處理時間過長又會造成花青素部分結構的破壞,導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,即得率增加;在微波功率達到600W之后,原花青素得率有減少趨勢,這可能是由于較長時間的超聲波空化效應和高微波功率導致的熱效應導致原花青素分解或揮發所致。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胞中分離出來,從而花青素的提取得率升高;當液料比大于25g/g時得率增加緩慢,原因是一定比例的溶劑以將花青素充分提出。因此,液料比達到25g/g時,花青素以基本溶出。2.2ehnken工藝設計根據單因素試驗結果,應用Box-Behnken設計,采用響應面法對提取工藝參數進行四因素三水平的優化試驗,因素水平表和結果見表1和表2。2.2.1回歸模型分析利用SAS8.0對表2中數據進行分析。此模型的方差分析結果如表3。由表3可知:該模型高度顯著(p=0.005<0.01),R2=0.847,說明該模型回歸方程擬合度較好,可以對葡萄籽花青素提取進行模擬。由表4回歸模型系數顯著性檢驗結果可知,一次項中X1和X2對葡萄籽花青素提取的影響顯著,其余不顯著;二次項中X1×X1、X2×X2、X4×X4極顯著,X3×X3顯著;交互項中X1×X2顯著;因此對回歸方程進行簡化如下:由表4可得:各因素對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證由圖7及交互項X1×X2可知,乙醇濃度和微波時間交互作用顯著。在乙醇濃度低時提取需適當延長微波時間,提高乙醇濃度可縮短微波時間,但乙醇濃度過高可能會提取出較多其它的物質,為進一步純化帶來困難,從而在降低乙醇的濃度時,可以通過微波輔助來縮短短提取時間,達到經濟、快速的目的。為進一步確定最佳點,在模型范圍內選擇出發點,按照模型使用快速上升法進行優化,可得最佳工藝條件為:乙醇濃度72.10%,微波時間37.1s,提取溫度60℃,微波功率600W,此時花青素提取得率為6.5mg/100g。為進一步驗證模型的精確性,采用上述優化參數進行三次實驗,平均得率為6.31mg/100g,與預測值相比,誤差為0.55%,誤差較小。因此,此模型較準確可靠,可以指導實際生產。2.3葡萄籽中的藍色草用于卷煙2.3.1花青素添加量對葡萄籽果以某牌號卷煙為對象,對葡萄籽中花青素的適宜用量進行研究。結果如表5所示。結果表明葡萄籽中花青素的添加能豐富藥草香、增加煙氣圓潤性并且對余味有一定改善。添加適用量分別為0.1%左右。2.3.2產品香精對比評價根據以上對香原料的應用研究及平時工作過程中積累的經驗,通過大量的應用試驗,最終擬定了三個香精的試驗配方,如表6所示。經對比評吸,最終選定B#作為前述牌號卷煙產品的香精,與某牌號卷煙進行對比評吸得到的結果如表7所示,香氣風格輪廓圖如圖8、9所示。由表7和圖8可知,B#配方對降低喉部刺激、增加透發性及掩蓋雜氣等質量特征指標上有明顯功效。結合表7及圖9分析,添加葡萄籽中花青素(0.1%)的B#配方,能較好的強化樣品卷煙的藥草香風格特征、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以pH=3.0的乙醇作為提取劑,可以較好保護花青素的穩定性。采用SAS8.0優化設計,得到了乙醇濃度,微波時間,提取溫度,微波功率的回歸模型,經實際驗證,此模型精確可靠。通過單因素及優化試驗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%,微波時間37.1s,提取溫度60℃,微波功率600W,花青