超声波提取葡萄梗中单宁的研究

超声波提取葡萄梗中单宁的研究 张 建,李宝坤,毛晓英 * (石河子大学食品学院,新疆石河子 832003 ) 摘要 [目的 ]探索从葡萄梗中提取单宁的有效方法。 [方法 ]采用超声波法提取葡萄梗中单宁,并通过单因素及正交试验探讨超声波 提取葡萄梗中单宁的最佳工艺条件。 [结果 ]最佳提取条件为超声温度 60 e ,超声功率 60W,超声时间 20 m in,超声频率 40 kH z。 [结 论 ]超声波提取单宁时间短,效率较高,具有广阔的应用前景。 关键词 超声波;葡萄梗;单宁;提取 中图分类号 Q946. 91 文献标识码 A 文章编号 0517- 6611( 2008) 23- 09828- 03 Study on Extraction of Tann in from Grape Stems w ithU ltrason icWave ZHANG Jian et al ( Food Co llege, Sh iheziUniversity, Shihez,i X in jiang 832003) Abstract [ Objective] The objective o f the research was to explore the effectivem ethod of extracting tann in from grape stems. [M ethod] T an- n in was obta ined from the grape stems by the method of u ltrasonicwave. The optmi um ex traction condition was investigated by sing le factors and orthogonal ana lysis expermi ents. [R esu lt]T he optmi um ex tracting condition was the superson ic temperature of 60 e , the supersonic pow- er o f60W, the supersonic tmi e of 20 m inutes, the supersonic frequency o f40 kH z. [ Conc lusion] Ex tracting tannin by ultrasonicwavem ethod had advantages o f shorter extraction tmi e and higher ex traction effic iency, which had broad application foreground. Key words U ltrasonicwave; G rape stems; T annin; Extraction 基金项目 石河子大学高层次人才科研启动资金专项 ( RCZX200650 )。 作者简介 张建 ( 1979- ), 男,陕西渭南人,硕士,讲师, 从事食品质量 与安全教学与研究工作。 *通讯作者。 收稿日期 2008-05-30 单宁是一类广泛存在于植物叶、果实、根及树皮等部位 的多元酚化合物。多元酚结构赋予单宁一系列独特的化学 性质,如能与蛋白质、生物碱、多糖结合,使其物理、化学行为 发生变化,能与多种金属离子发生络合或静电作用,具有还 原性和捕捉自由基的活性,具有两亲结构和诸多衍生化反应 活性等,使得单宁在医药、食品、化工、农业、材料等领域应用 广泛。近年来,单宁的生理活性,如止血、抑制微生物、抗过 敏、抗突变、抗癌、抗肿瘤、抗衰老等逐渐被人们所认识,对单 宁的研究已经引起国内外广泛的关注 [ 1]。 我国每年产葡萄 140多万 ,t而且逐年增加。其中, 80% 用于酿酒,每年将产出数以万吨计的葡萄废渣。一般,葡萄 的出籽率为 8% ~ 10%,梗 10% ~ 15%,皮 20% ~ 25% ,也就 是说一个年产万吨的葡萄酒厂,每年大约产生几百吨的葡萄 籽、上千吨的葡萄梗、1 000~ 2 000 t的葡萄皮。因此,对葡萄 酒厂副产物的综合利用研究,具有十分重要的意义 [ 2]。葡萄 梗是葡萄深加工的主要废弃物,单宁物质含量较高 [ 3]。目前 提取单宁的方法主要是溶剂提取法,生产工艺复杂,溶剂消 耗量大,生产成本高,且存在环境污染问题。而超声波提取 法可以大大缩短提取时间,得到更高的单宁含量,并且减少 污染,是一种环保经济的方法 [ 4- 5]。为此,笔者采用超声波 法提取葡萄梗中单宁,以期为今后利用这些资源提供参考。 1 材料与方法 1. 1 材料 供试材料为新天葡萄酒厂提供的赤霞珠葡萄 梗 (新疆玛纳斯 )。 1. 2 方法 1. 2. 1 葡萄梗中单宁类物质提取的。葡萄梗 (自然风 干 ) y去杂y破碎y预处理y称重 y加入提取剂y超声波提 取 y冷却、过滤y待测样液。 1. 2. 2 单因素试验。超声功率为 60W,超声温度为 60 e , 超声频率为 40 kH z,研究不同超声时间对葡萄梗中单宁提取 率的影响;超声功率为 60W,超声时间为 45m in,超声频率为 40 kHz,研究不同超声温度对葡萄梗中单宁提取率的影响; 超声时间为 45m in,超声温度为 60 e ,超声频率为 40 kHz, 研究不同超声功率对葡萄梗中单宁提取率的影响;超声功率 为 60W,超声温度为 60 e ,超声时间为 45 m in,研究不同超 声频率对葡萄梗中单宁提取率的影响。 1. 2. 3 正交试验。根据正交试验的特点,选定了 L9 ( 34 )即 4 因素 3水平正交试验 [ 6]。各因素水平见 1。 表 1 超声波法提取葡萄梗中单宁的因素水平 Table 1 Factors and levels o f tannin in gape stem s by ultrasonic wave ex traction 水平 Level 因素 Factor A (超声温度 ) e Superson ic temperature B(超声功率 ) W Supersonic power C(超声时间 ) m in Superson ic tmi e D(超声频率 ) kH z Superson ic frequency 1 50 40 10 20 2 60 60 15 40 3 70 80 20 60 2 结果与分析 2. 1 曲线的绘制 称取单宁酸 50 mg于 50m l容量瓶 中,加蒸馏水溶解并定容至刻度,混匀,再用蒸馏水稀释 10 倍即为 0. 1 mg/m l标准溶液。吸取单宁标准溶液 0、0. 5、 1. 0、1. 5、2. 0、2. 5、3. 0和 3. 5 m,l分别置于盛有 6m l蒸馏水 的 10m l容量瓶中,加 F-D试剂 0. 5 ml、饱和 N a2CO3溶液 1 m,l加水稀释至 10 m,l充分混合, 30 m in后在波长 650 nm处 测定吸光度。以吸取标准溶液体积为纵坐标,吸光度为横坐 标作图,得到单宁标准曲线 (图 1)。 葡萄梗中单宁提取率公式为: 单宁提取率 (% ) = P @ V1 @ 100 V2 @W ( 1) 式中, W为鲜葡萄梗的质量, mg; V1为提取液总体积, m l; V2为 比色时所吸提取液体积, m l; P为从标准曲线查得的提取液 所含单宁, mg(即 P = 0. 1X )。 2. 2 超声时间对葡萄梗中单宁提取率的影响 准确称取 责任编辑 刘月娟 责任校对 傅真治安徽农业科学, Jou rnal ofAnhu iAgr.i Sc.i 2008, 36( 23) : 9828- 9830 图 1 单宁标准曲线 F ig. 1 Standard curve o f tannin 20 g过 60目筛的葡萄梗粉,分别在 5、10、15、20m in提取葡萄 梗中单宁。从图 2可以看出,随着超声时间的延长,单宁提 取率先呈现增大的趋势,超声时间为 15m in时提取率达到最 大,当提取时间为 20 m in时提取率开始下降。因此,超声时 间以 15 m in为最佳选择。 图 2 超声时间对葡萄梗中单宁提取率的影响 Fig. 2 Effects of supersonic tim e on tannin ex traction rate in grape stem 2. 3 超声温度对葡萄梗中单宁提取率的影响 准确称取 20 g过 60目筛的葡萄梗粉,分别在 40、50、60、70 e 提取葡萄梗 中单宁。从图 3可以看出,随着超声温度的增加,单宁提取 率不断升高,当超声温度为 60 e 时单宁提取率达到最大,当 温度上升到 70 e 时又呈下降趋势。所以,超声温度以 60 e 为最佳选择。 图 3 超声温度对葡萄梗中单宁提取率的影响 Fig. 3 Effects o f supersonic temperature on tannin ex trac- tion rate in grape stem 2. 4 超声功率对葡萄梗中单宁提取率的影响 准确称取 20 g过 60目筛的葡萄梗粉,分别以 20、40、60、80W超声功率提 取葡萄梗中单宁。从图 4可以看出,随着超声功率的加大, 单宁提取率不断升高,当超声功率为 60W时提取率达到最 大,当超声功率继续加大到 80W时又呈下降趋势。因此,超 声功率以 60W为最佳选择。 图 4 超声功率对葡萄梗中单宁提取率的影响 Fig. 4 Effects of supersonic power on tannin extraction rate in grape stem 2. 5 超声频率对葡萄梗中单宁提取率的影响 准确称取 20 g过 60目筛的葡萄梗粉,分别以 0、20、40、60 kHz超声频率提 取葡萄梗中单宁。从图 5可以看出,随着超声频率的加大, 单宁提取率不断升高,当超声频率为 40 kHz时提取率达到 最大,当超声频率继续加大到 60 kH z时又呈下降趋势。因 此,提取频率以 40 kHz为最佳选择。 图 5 超声频率对葡萄梗中单宁提取率的影响 F ig. 5 Effects of supersonic frequency on tannin extraction ra te in grape stem 2. 6 葡萄梗中单宁提取的正交试验结果 在单因素试验的 基础上,进行 4因素 3水平正交试验。从表 2中的极差分析 可知, A> C> B> D,即超声温度对葡萄梗单宁的提取率影响 最大,其次为超声时间、超声功率和超声频率。再根据 k值 进行分析, 得出葡萄梗单宁的最佳提取工艺条件为 A2B2C3D2,即超声温度 60 e ,超声功率为 60W,超声时间为 20 m in,超声频率 40 kHz。 3 结论 ( 1)通过正交试验法对葡萄梗单宁的提取工艺条件进行 优化,对超声波提取葡萄梗单宁的主要影响因素进行分析。 结果表明,最佳提取工艺参数为超声温度 60 e ,超声功率 60 W,超声时间 20m in,超声频率 40 kHz。 ( 2)超声温度是影响提取率的主要因素。随着超声温度 的升高,提取率逐渐上升后又呈下降趋势,但温度在 60 e 时 提取效果最好。提取率逐渐下降可能是由于随着超声温度 的升高,单宁分解而损失。 ( 3)超声时间是单宁提取过程中一个比较重要的因素。 982936卷 23期 张建等 超声波提取葡萄梗中单宁的研究 表 2 超声波提取葡萄梗中单宁试验结果 Table 2 Test result of tannin extraction from gape stem s by ultrason ic wave 组号 G roupNo. A (超声温度 ) Me Superson ic temperatu re B(超声功率 ) MW Superson ic power C (超声时间 ) Mm in Supersonic t im e D(超声频率 ) MkH z Superson ic frequency 单宁提取率M% Extraction rate of tann in 1 1 1 1 1 6. 06 2 1 2 2 2 7. 89 3 1 3 3 3 7. 32 4 2 1 2 3 8. 56 5 2 2 3 1 9. 83 6 2 3 1 2 8. 33 7 3 1 3 2 7. 81 8 3 2 1 3 7. 35 9 3 3 2 1 6. 43 k1 7. 090 7. 477 7. 247 7. 440 k2 8. 907 8. 357 7. 627 8. 010 k3 7. 197 7. 360 8. 320 7. 743 R 1. 817 0. 997 1. 073 0. 570 在单因素试验中,超声时间为 15m in时提取效果最好。但正 交试验结果表明,超声时间为 20m in时提取效果较好。综合 考虑各因素之间的影响,选择超声时间为 20m in。 ( 4)随着超声功率和超声频率的升高,提取率先上升后 下降,分别在 60W和 40 kHz时提取效果最好。 参考文献 [ 1] 李东升,张力平.植物单宁的生理活性及其研究进展 [ J].科技信息, 2006( 5): 8. 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