超聲萃取沙棗皮多酚及在卷煙中的應(yīng)用
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高陽1．張峻松2*
1．浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司（杭州310008）；2．鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院（鄭州450002）
摘要對超聲波法萃取沙棗皮多酚的工藝進(jìn)行考察，并對所得沙棗皮多酚進(jìn)行了卷煙加香試驗。以丙酮溶液體
積百分?jǐn)?shù)、超聲溫度、超聲時間、超聲功率和料液比為考察因素，采用單因素和響應(yīng)面分析試驗法同時對沙棗皮
多酚提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。試驗結(jié)果確定了采用體積百分?jǐn)?shù)為60%的丙酮溶液提取效果最佳，從而得到了60%丙酮提
取-超聲波萃取的最佳工藝參數(shù)為：超聲溫度52.05℃、超聲時間33.43 min、超聲功率127.14 w、料液比1：31.01
(g/m L)，在此條件下得到最高的理論得率為25.64 mg/g，實際得率為25.89 mg/g。沙棗皮多酚卷煙加香應(yīng)用結(jié)果表明，
沙棗皮多酚能柔和細(xì)膩煙氣，改善余味，提高煙氣舒適性。
關(guān)鍵詞超聲波萃��；沙棗皮多酚；響應(yīng)面優(yōu)化
沙棗（Elaeagnus angustifoliaL．）在我國新疆及內(nèi)蒙古地區(qū)分布廣泛，沙棗的果實及果皮中富含多酚類物質(zhì)。沙棗多酚作為沙棗的重要功能性成分之一，含沒食子酸、綠原酸、兒茶素、肉桂酸，槲皮素和蘆丁等，它們具有清除機(jī)體自由基、抗病毒、抗腫瘤、消炎和抑制細(xì)菌生長等生物活性。因此，可以將其作為天然的食品添加劑、煙用添加劑等，應(yīng)用前景廣
闊。由于沙棗皮多酚類物質(zhì)存在不穩(wěn)定及易于被氧化的性質(zhì)，在提取方法的選擇上比較苛刻。目前報道的有關(guān)多酚提取方法主要有超聲波提取法、回流提取法等。但是，回流提取法所需的溫度較高，極易使得多酚類物質(zhì)迅速被氧化，而且回流方法帶來的提取時間上和能耗高的缺陷，也大大限制了其在實踐中的廣泛應(yīng)用。
超聲波利用低頻激烈的振蕩產(chǎn)生的強(qiáng)烈空穴效應(yīng)、自由基效應(yīng)、熱力學(xué)和非熱力學(xué)等多重效應(yīng)來達(dá)到其對材料作用的目的，是目前提取領(lǐng)域較為成熟的一項技術(shù)，在植物生物活性成分的提取方面應(yīng)用廣泛。
研究旨在采用超聲技術(shù)在提取方面的優(yōu)良特性，以沙棗皮為原料，探討超聲處理工藝條件的影響因素，并通過進(jìn)一步響應(yīng)面分析優(yōu)化工藝，高效提取沙棗皮多酚，并對沙棗皮多酚在卷煙應(yīng)用效果進(jìn)行研究，以期為沙棗皮多酚在卷煙中的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。
1 材料與方法
1.1試驗材料
1.1.1沙棗皮樣品
試驗用沙棗皮產(chǎn)地為新疆地區(qū)。稱取一定量的沙棗皮樣品于已烘干至恒重的稱量皿中，置于80℃烘箱中烘至近干，然后將烘箱溫度調(diào)至105℃烘至絕干，并過80目篩，備用。
1.1.2試驗試劑
無水NaCO3、無水丙酮、高錳酸鉀等：分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；超純水：MilliporeMill-Q超純水系統(tǒng)自制。
1.2試驗儀器與設(shè)備
數(shù)顯恒溫水浴鍋HH-2:江蘇金壇市榮華儀器制造有限公司；KQ-250DE型臺式數(shù)控超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器RV05Basic型：IKA公司；CPA124S型電子分析天平：德國Sartorius公司；DELTA 320 pH計：梅特勒一托利多儀器（上海）有限公司；紫外可見分光光度計WFZ UV-2100型：尤尼柯公司；低溫冷凍離心機(jī)J26XPI型：Backman公
司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱DHG-9140A型：上海精宏實驗設(shè)備有限公司；Biocel型Millipore Mill-Q超純水系統(tǒng)：美國Millipore公司。
1.3試驗方法
1.3.1提取方法
取沙棗皮顆粒粉碎、過篩，分別精密稱取200.0mg樣品，根據(jù)Box-Behnken試驗設(shè)計中心組合試驗設(shè)計原理，設(shè)計分別進(jìn)行提�。ǔ暡ㄌ幚恚�。過濾所得提取液，清洗殘渣，合并洗液及濾液，濃縮，干燥，作為沙棗皮多酚樣品。采用4因素3水平的四元二次響應(yīng)面分析方法，自變量的試驗水平分別以一2、-1、0、1、2進(jìn)行編碼（表1），共設(shè)計30個試驗點(diǎn)，其中24個為析因點(diǎn)，6個為零點(diǎn)試驗用以估計試驗誤差。
采用最小二乘法擬合二次多項方程表達(dá)響應(yīng)值：
1.3.2單因素考察
對預(yù)處理后的沙棗皮顆粒，考察超聲溫度、料液質(zhì)量體積比、超聲時間和超聲功率4個因素對多酚得率的影響。
1.3.3高錳酸鉀法測定多酚含量
采用鄧義書等所述的高錳酸鉀法測定多酚的含且。紅棗酚類物質(zhì)在靛藍(lán)及稀酸條件下，采用高錳酸鉀溶液滴定，靛藍(lán)由藍(lán)變黃即表示酚氧化到達(dá)終點(diǎn)，以此可測得的總氧化物的量換算成多酚的含量。將紅棗多酚測定結(jié)果轉(zhuǎn)換為得率( mg/g)來表示提取效果。
沙棗皮多酚得率=沙棗皮多酚質(zhì)量( mg)／所用的干燥的沙棗皮顆粒質(zhì)量(g) (2)
1.3.4加香試驗
分別稱取沙棗皮多酚0.005，0.025和0.05 g，加入10 g蒸餾水，混勻后，用微量噴霧器均勻地噴于50 g煙絲上，放入溫度22℃±1℃相對濕度60%±2%的恒濕箱內(nèi)平衡24 h，卷制成煙支，由評吸專家小組進(jìn)行評吸�？瞻捉M只加入等量蒸餾水。
2結(jié)果與討論
2.1提取溶劑的選擇
丙酮為植物多酚的常用提取溶劑，當(dāng)樣品為固體時，純的有機(jī)溶劑不足以破壞樣品中多酚類物質(zhì)與蛋白質(zhì)或其它物質(zhì)的連接，多酚的得率低，但當(dāng)提取劑中水的比例過高時，糖類等水溶性雜質(zhì)的浸出率也較高。不同極性溶劑對多酚物質(zhì)的提取效果有顯著的影響，如圖1所示，水和純?nèi)軇┨崛∩硹椘ざ喾訒r提取量都比較低，丙酮體積分?jǐn)?shù)在60%時多酚提取量較
高。因此后期在進(jìn)行超聲波萃取試驗優(yōu)化是，選擇體積分?jǐn)?shù)為60%的丙酮溶液作為沙棗皮多酚的最適提取
溶劑。
2.2 60%丙酮提取-超聲波萃取溫度對沙棗皮多酚得率的影響
固定超聲時間40 min、超聲功率140 W、料液比1：40( g/m L)，考察不同超聲溫度(40℃，50℃，60℃，70℃，80℃和90℃)對沙棗皮多酚得率的影響，結(jié)果如圖2所示�？梢园l(fā)現(xiàn)，多酚得率隨著溫度的升高而增大，當(dāng)溫度達(dá)到60℃時多酚得率最大，之后隨著溫度繼續(xù)增高得率反而減少；可能是由于植物多酚不易溶于低溫的水；而溫度過高產(chǎn)生的揮發(fā)作用使得液固比降低，沙棗皮多酚得率開始下降；另一方面，過高的溫度有可能使沙棗皮多酚物質(zhì)的結(jié)構(gòu)遭受到一定程度的破壞，從而使得多酚得率有所下降。
2.3 60%丙酮提取-超聲波萃取時間對沙棗皮多酚得率的影響
固定超聲溫度60℃、超聲功率140 W、料液比1：40( g/m L)，考察不同提取時間(10，20，30，40，50，60和70 min)對沙棗皮多酚得率的影響，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，提取時間對多酚得率具有
顯著性的影響。在10～40 min范圍內(nèi)，隨著提取時間的延長，多酚提取得率明顯增加；說明超聲波能在較短時間內(nèi)破碎細(xì)胞，使位于細(xì)胞間和細(xì)胞壁的多酚釋放出來。當(dāng)超聲提取時間超過40 min后多酚得率反而略有下降。其原因可能是隨著處理時間延長，超聲波對植物組織細(xì)胞的破壁作用進(jìn)一步加強(qiáng)，沙棗皮顆粒組織細(xì)胞內(nèi)大量不溶物及黏性物質(zhì)等混入提取液中，使溶液中雜質(zhì)增多，黏度增大，從而增大了傳質(zhì)阻力，影響了多酚成分的溶出；另一方面可能是隨著超聲提取時間的延長，超聲波所產(chǎn)生的空穴造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)的局部塌陷，部分多酚在醇沉處理過程中損失掉，從而降低了多酚的得率。由此可確定多酚的超聲提取時間
在40 min為佳。
2.4 60%丙酮提取-超聲波萃取功率對沙棗皮多酚得率的影響
固定超聲溫度60℃、超聲時間40 min、料液比1：40( g/m L)，考察不同超聲波功率(60，80，100，120，140，160，180和200 W)對沙棗皮多酚得率的影響，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，在60～140 W范圍內(nèi)，隨著超聲波功率增大，多酚得率明顯增加，原因可能是隨著超聲功率的增加，超聲波所產(chǎn)生的空穴造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)的局部塌陷，使多酚大量溶出。繼續(xù)增大超聲波功率，得率沒有增加，說明功率過大引起局部溶液瞬時升溫過熱造成部分多酚分子鏈的斷裂而降解。因此，試驗選擇140 W為最佳超聲波功率。
2.5 60%丙酮提取-超聲波萃取料液比對沙棗皮多酚得率的影響
固定超聲溫度60℃、超聲時間40 min、超聲功率140 W，考察不同沙棗皮顆粒料液比(1: 20，1：30, 1: 40，1: 50,1：60和1：70( g/m L))對沙棗皮多酚得率的影響，結(jié)果如圖5所示。研究發(fā)現(xiàn)，料液比在1：20～1：40( g/m L)的范圍內(nèi)，隨著提取液水量的增加，得率顯著提高；這表明超聲波將堅硬的細(xì)胞壁有效破碎，在溶出有效成分的同時，溶出一些其他液質(zhì)，而增加溶劑的比例，可有效降低溶液的黏度，有利于多酚分子的傳質(zhì)擴(kuò)散。但是，料液比達(dá)到1：40( g/m L)時，得率不再增加，反而有所降低；這主要由于在溶劑量達(dá)到一定程度之后，多酚類物質(zhì)已經(jīng)基本完全溶出，所以得率的變化不再明顯。考慮后期處理的成本因素，選擇料液比最佳值為1：40(g/
m L)。
2.6工藝響應(yīng)面分析優(yōu)化
根據(jù)單因素試驗結(jié)果，以X1超聲溫度(℃)、X2超聲時間( min)、X3超聲功率(W)和X4料液比(g/m L)進(jìn)行4因素5水平的響應(yīng)面分析試驗，試驗結(jié)果見表2；響應(yīng)面如圖6～11所示。
從表3可看出，沙棗皮多酚得率回歸方程的失擬項檢驗及顯著性檢驗都顯著；從回歸方程各項方差檢驗可看出，方程的二次項X12，X22，X32和X42的影響都均顯著；交互項X2X4顯著。
以X1超聲溫度(℃)、X2超聲時間(min)、X3超聲功率(W)和X4料液比(g/m L)擬合的二次多項式回歸方程系數(shù)如表4所示，該擬合方程擬合效果較好，可以用于最佳提取工藝條件的擬合及計算。整理得到最佳工藝參數(shù)：X1=0.20，X2=0.34，X3=0.36，X4=0.10；即沙棗皮多酚的最佳條件為：超聲溫度52.05 0C、超聲時間33.43 min、超聲功率127.14 W、料液比31.01 g/m L，在此條件下得到最高的理論得率為25.37 mg/g。
為檢驗響應(yīng)面分析法的可靠性，采用最優(yōu)提取條件進(jìn)行沙棗皮多酚的提取試驗，實際測得沙棗皮多酚得率為25.89 mg/g，理論預(yù)測值與實測值相近，說明該模型可以較好地反映沙棗皮多酚提取的條件，因此，采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化得到的提取條件參數(shù)可信，具有可行性和參考應(yīng)用價值。
2.7卷煙加香效果
沙棗皮多酚在煙草中的加香試驗評析結(jié)果見表5。由表5可知，沙棗皮多酚柔和細(xì)膩煙氣，提高煙氣舒適性。沙棗皮多酚的添加量以0.05%～0.1%為宜。
3結(jié)論
采用超聲溫度52.05℃、超聲時間33.43 min、超聲功率127.14 w、料液比1：31.01( g/m L)的最佳工藝條件進(jìn)行試驗，得到超聲波萃取沙棗皮多酚的最佳得率為25.64 mg/g，實際得率為25.89 mg/g。超聲波技術(shù)應(yīng)用于沙棗皮顆粒的細(xì)胞破壁，可加快多酚的溶出速度，從而更為有效地提高回收率，為沙棗皮多酚的高效提取和應(yīng)用提供了可靠環(huán)保的工業(yè)前景。
感官評吸結(jié)果顯示，添加沙棗皮多酚后，卷煙香氣豐富性增加，煙氣細(xì)膩柔和度有一定改善，卷煙舒適性明顯提高，其最適用量為0.05%～0.1%。
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