超声辅助酶解法优化油橄榄果渣多酚提取工艺及其抗氧化活性研究.pdf

2023年第36 卷第10 期超声辅助酶解法优化油橄榄果渣多酚提取工艺及其抗氧化活性研究聂龙英，张少飞，叶文斌，张雪（陇南师范高等专科学校农林技术学院，甘肃陇南7 42 50 0)摘要：通过单因素试验和响应面法优化超声辅助酶解法提取油橄榄果渣多酚的工艺，同时用Fe3+还原能力(FRAP)法评价多酚的抗氧化能力。结果表明：最优的提取工艺为双酶（纤维素酶和果胶酶质量比1:1）添加量1.5%（以油橄榄果渣质量计）、超声时间30 min、溶剂pH3.5、提取温度50，在此条件下油橄榄果渣多酚得率为1.7 98%0.0 7 8%。当油橄榄果渣多酚质量浓度为10 mg/mL 时,FRAP 值为 5.42 g/mL。关键词：油橄榄果渣；多酚；超声辅助酶解法；响应面法；抗氧化活性Optimization of extraction process and antioxidant activity of polyphenolsfrom olive pomace by ultrasonic assisted enzymatic hydrolysisNIE Long-ying,ZHANG Shao-fei,YE Wen-bin,ZHANG Xue(School of Agriculture and Forestry Technology,Longnan Teachers College,Abstract:The ultrasonic assisted enzymatic extraction process of polyphenols from olive pomace was opti-mized by single factor test and response surface method,and the antioxidant capacity of polyphenols was e-valuated by Fe3+reduction ability(FRAP)method.The results showed that the optimal extraction processwere as follows:double enzyme(mass ratio of cellulase and pectinase 1:1)dosage of 1.5%(based on themass of olive pomace),ultrasonic time 30 min,solvent pH 3.5,extraction temperature 50 C.Under theseconditions,the yield of polyphenols from olive pomace was 1.798%0.078%.When the polyphenolmass concentration of olive pomace was 10 mg/mL,the FRAP value was 5.42 g/mL.Key words:olive pomace;polyphenol;ultrasonic assisted enzymatic hydrolysis;response surface meth-od;antioxidant activity中图分类号：TS201.1油橄榄原产于地中海沿岸，目前在我国甘肃、陕西、云南、四川等地均有种植 1-2 。随着油橄榄产业链和加工业的不断发展及扩大，大量富含多酚的初代废弃物产生，既造成资源浪费，又污染环境。研究 3-4 发现,油橄榄果渣中富含多种多酚类化合物,具有抗氧化、抗菌、抗炎、抗肿瘤等功效,对于预防疾病和保持人体健康具有积极作用。因此,以油橄榄加工的果渣为原料提取多酚，既可获得天然抗氧化剂，又可使油橄榄废弃物得到高值化利用，具粮食与油脂Longnan 742500,Gansu,China)文献标志码：A107文章编号：10 0 8-9 57 8(2 0 2 3)10-0 10 7-0 5有广阔的开发前景。目前，常用的提取油橄榄果渣多酚的方法包括超声辅助法 5、微波辅助法 6 、加热回流法 7 、溶剂浸提法 8 、酶解辅助提取法 3 等，但是将超声辅助和酶解技术相结合提取油橄榄果渣多酚的研究却鲜见报道。本研究采用超声辅助酶解提取技术，通过单因素试验和响应面法优化设计，旨在获得油橄榄果渣多酚的最佳提取工艺，为油橄榄果渣的高效利用提供新思路和理论基础。收稿日期：2 0 2 3-0 6-13基金项目：2 0 2 1甘肃省自然科学基金（2 1JR7RK912）;2 0 2 1年甘肃省科技重大专项（2 1ZD4NK045）;2 0 2 2 年高等学校创新基金(2 0 2 2 B-459)作者简介：聂龙英（198 8 一），女，硕士，讲师，研究方向为分析化学。1081材料与方法1.1 材料与试剂油橄榄加工的果渣，陇南翔宇油橄榄科技开发有限公司;2，4，6-三吡啶基三嗪（TPTZ）,Si g ma 公司;纤维素酶、果胶酶（酶活力10 万U/g）、没食子酸（纯度98%）抗坏血酸（纯度97%）、磷酸氢二钠柠檬酸缓冲液、乙酸缓冲液、磷酸缓冲盐溶液（P BS）、福林酚，上海麦克林生化科技股份有限公司；过硫酸钾、硫酸铁、三氯乙酸、三氯化铁、无水碳酸钠、正已烷、无水乙醇，国产分析纯。1.2仪器与设备KQ-2501超声波清洗机，上海睿祺公司；LGJ-50C真空冷冻干燥机，上海贺帆仪器有限公司;LC-LX-H185C离心机，力辰仪器科技有限公司;PHS-3CpH计，上海雷磁仪器有限公司;GZX-CFC-101-O-BS电热鼓风烘箱，上海博泰实验设备有限公司；UV-2600紫外可见分光光度计，岛津仪器有限公司；400Y老本行多功能粉碎机，铂欧五金厂;FA2004N分析天平，上海精密科技有限公司。1.3试验方法1.3.1油橄榄果渣样品的制备将-2 0 冷冻的新鲜油橄榄果渣于真空冷冻干燥机中冷冻干燥后，用正已烷洗掉油橄榄果渣油,将残渣置于电热鼓风烘箱中,以30 完全干燥，粉碎过0.15mm筛孔后，得油橄榄果渣样品作为多酚提取原料备用。1.3.2油橄榄果渣多酚的提取称取1.3.1制备的油橄榄果渣样品3.0 g，置于100mL蒸馏瓶中，加入体积分数6 0%乙醇溶液60mL,用磷酸氢二钠柠檬酸缓冲液调节溶剂pH为3.5,然后充分摇匀，再加人一定质量的双酶（纤维素酶与果胶酶质量比1：1），于50 恒温条件下在超声清洗机中超声30 min，最后将混合液离心，收集上清液备用。1.3.3多酚得率测定1.3.3.1标准曲线的绘制参考舒适等 6 的方法并加以改进。吸取0、0.04、0.0 8、0.16、0.32、0.6 4m L 没食子酸标准液，置于2 5mL比色管中,加蒸馏水至5.0 mL后,再加入2.0 mL福林试剂和1.5mL质量分数15%Na,CO，水溶液,在沸水浴中加热2 min后，于室温下冷却30 min,然后将冷却液稀释至2 5mL,在波长765nm处测定吸光度。以没食子酸的质量浓度为粮食与油脂x,吸光度为y,得到没食子酸标准曲线方程为y=3.189x+0.016 5,R=0.999 3。1.3.3.2多酚得率计算取油橄榄果渣提取液0.1mL于10.0 mL比色管中,加人体积分数6 0%乙醇溶液定容至1mL,其他步骤同标准曲线绘制,多酚得率计算见式(1)9。得率=-pxV100%m 1 000式中:p为提取原液中多酚的质量浓度,mg/mL;V为多酚提取液总体积,mL;m为油橄榄果渣质量,%。1.3.4单因素试验设计在双酶添加量1.5%（以油橄榄果渣质量计，下同）、超声时间30 min、溶剂pH3.5、提取温度50的基础上进行单因素试验，分别研究双酶添加量、超声时间、溶剂pH、提取温度对油橄榄果渣多酚得率的影响。1.3.5响应面法优化试验设计在单因素试验的基础上,选择双酶添加量（A）、提取温度（B）、溶剂pH（C）、超声时间（D）为自变量，以油橄榄果渣多酚得率为响应值，进行响应面试验,因素水平见表1。表1响应面试验因素水平表因素水平A双酶添加量/%-11.001.512.01.3.6Fe3+还原能力（FRAP)法测定抗氧化能力通过FRAP法评价多酚提取物的抗氧化能力 10 。抗氧化能力以达到同样吸光度变化（A)所需的硫酸亚铁的当量质量浓度(FRAP值)表示。1.4数据处理采用Excel、SP SS11.0 软件统计并分析数据；采用Design-Expert12软件设计响应面分析模型；采用Origin Pro 2018作图。2结果与分析2.1单因素试验结果与分析2.1.1双酶添加量对油橄榄果渣多酚得率的影响由图1可知：随着双酶添加量的增加,多酚得率先升高后降低，当添加量为1.5%时，多酚得率达到峰值,这可能是因为适量酶能够促使底物细胞壁破裂,进而使有效成分溶出，提高多酚得率，但是在继2023年第36 卷第10 期(1)B提取D超声C溶剂pH温度/时间/min403.0503.5604.02030402023年第36 卷第10 期续增加酶量后，酶会覆盖反应底物，使反应速率变慢,从而降低多酚得率。因此，选择双酶添加量1.0%、1.5%、2.0%进行响应面试验。1.9r1.81.7%/率記湿军1.61.51.41.31.20.5图1双酶添加量对油橄榄果渣多酚得率的影响2.1.2超声时间对油橄榄果渣多酚得率的影响由图2 可知：随着超声时间的增加，多酚得率呈明显的升高趋势，且在超声时间为30 min时达到最高,而后继续增加超声时间，多酚得率逐渐降低。这可能是因为在超声时间较短时，酚类物质还未提取完全；在合适的超声时间范围内时，体系超声波的振荡会使酶起生物催化作用,加速了果渣细胞壁的破裂,从而有利于多酚类物质的溶出；而超声时间太长,其他杂质也可能被提取出，从而干扰目标多酚的分析检测,且超声时间过长可能会降低酶的活性,造成多酚得率下降，因此，选择超声时间2 0、30、40 m i n 进行响应面试验。1.8r1.7%/率湿军1.61.5F1.41.31.2图2 超声时间对油橄榄果渣多酚得率的影响2.1.3溶剂pH对油橄榄果渣多酚得率的影响由图3可知：油橄榄果渣多酚得率随着提取体系溶剂pH的增大呈明显升高趋势，在pH为3.5时，多酚得率达最大值，而当pH大于3.5后，多酚粮食与油脂得率开始降低,这说明试验所用双酶在pH为3.5时活性最高，能够有效促使多酚的溶出。因此，选择溶剂pH3.0、3.5、4.0 进行响应面试验。1.751.70%/率能湿多1.651.601.551.501.45,1.01.5双酶添加量/%1020超声时间/min1092.02.530403.050602.0图3溶剂pH对油橄榄果渣多酚得率的影响2.1.4提取温度对油橄榄果渣多酚得率的影响由图4可知：当提取温度小于50 时，油橄榄果渣多酚得率随温度升高而升高，当提取温度大于50时,多酚得率呈降低趋势。提取温度升高,分子运动加速，多酚溶解度和扩散率增大，但是过高的温度又会破坏多酚类物质以及双酶的活性，同时会导致反应体系中可溶性杂质的溶出，使多酚得率降低。因此,选择提取温度40、50.6 0 进行响应面试验。1.91.81.7%/率影湿多1.61.51.41.31.2图4提取温度对油橄榄果渣多酚得率的影响2.2响应面试验设计响应面试验设计及结果见表2，方差分析结果见表3。根据软件分析得到以油橄榄果渣多酚得率为目标函数的二次回归模型方程：Y=1.87+0.0178A+0.012B-0.000 3C-0.005 8D+0.051 8AB+0.008 8AC+0.001AD+0.032BC-0.056BD+2.52030提取温度/3.0溶剂pH40503.54.04.5605.0701100.012 2CD-0.365A-0.262B-0.202C2-0.145D。由表3可知：试验模型F=36.86,P0.05,说明差异不显著;决定系数R=0.9723,证明模型对响应变化解释率高达97.2 3%，表明该模型拟合程度良好，试验误差可忽略不计。各因素对多酚得率的影响由高至低依次为ABDC,即双酶添加量 提取温度 超声时间 溶剂pH。交互项BD影响显著,二次项A、B、C 和D影响极显著,其余项影响均不显著,说明各因素的影响呈非线性关系。通过软件分析得出油橄榄果渣多酚的最佳提取条件是双酶添加量1.49 6%、提取温度50、溶剂pH3.47、超声时间30 min，此时多酚得率预测值为1.8 12%。为方便实际操作，将最佳提取条件表2响应面试验设计及结果试验号A1-1213-141506070809-110111-112113014015016017-118119-1201210220230250250260270280290粮食与油脂方差来源平方和自由度均方F值P值显著性模型1.128A0.005B0.001C1.33E06D0.000 6AB0.008 7AC0.000 3AD0.000 1BC0.004BD0.013CD0.000 6A20.789B20.415C0.247D20.110残差0.031失拟项0.023BC-10-11100000000-11-110000-11-11000002023年第36 卷第10 期表3响应面试验方差分析140.08110.00510.00111.33E-06 0.000 610.000 60.3020.591 410.008 73.9990.065 310.000 310.000 10.0660.801 210.00410.0135.7380.031 110.000 60.2750.608 510.78910.41510.24710.110140.002 2100.002 3D多酚得率/%01.25101.22701.23100-1-11-1-11110-10-1101-10-111-1-11100000036.860.000 1*2.460.139 10.570.460 20.980 60.1400.713 81.8160.199 2360.760.000 1*189.640.000 1*112.750.000 1*50.570.000 1*1.120.496 9纯误差0.008总离和1.1588注：*表示影响显著（P0.05）；*表示影响极显著（P0.01)。1.414调整为双酶添加量1.5%、提取温度50、溶剂1.574pH3.5、超声时间30 min,在此条件下油橄榄果渣多1.570酚得率达到1.7 98%0.0 7 8%，与预测值误差小，1.529说明试验模型可信度高。因此，通过本方法优化的1.574工艺条件准确可靠，适合油橄榄果渣多酚的提取。1.3432.3油橄榄果渣多酚体外抗氧化活性分析1.347由图5可知：油橄榄果渣多酚与维生素C的抗1.3391.3471.4181.35901.35901.42601.3031.30701.25901.298-11.410-11.50611.51011.3821.87001.82801.8161.88001.824*40.00228氧化能力均随质量浓度的增大而不断增加，在质量浓度为10 mg/mL时,FRAP值分别为5.42 g/mL和6.50 g/mL,说明油橄榄果渣多酚具有较强的抗氧化能力。87-油橄榄果渣多酚+维生素C(Tu/an)/dVId65432一0123 4 56 78910质量浓度/(mg/mL)图5油橄榄渣多酚和维生素C抗氧化能力的比较(下转第116 页)116乳酸与血清尿素氮在小鼠体内的累积,改善肌酸激酶与超氧化物歧化酶的活力。本研究为相关资源的深度开发与利用提供基础。参考文献1邓可众，陈虹，葛菲，等酸橙中4种单枯成分的GC-MS含量测定 J时珍国医国药，2 0 2 0，31(2)：264-266.【2】申春燕代代花的化学成分及生物活性研究 D广州：华南理工大学，2 0 19.【3刘倩，左月明，严欢，等.代代花中黄酮类化学成分研究 J中药材，2 0 19，42(11)：2 56 5-2 56 9.【4洪开文，宋伦，陈懿，等.眼子菜总黄酮大孔树脂纯化工艺及抗氧化活性研究 J中国食品添加剂，2 0 2 1,32(10):1-10.0+Q00.0(上接第9 1页)【5】姜玉玲，梁巧兰，魏列新，等几种生物农药及其混配剂对兰州百合贮存期鳞茎腐烂病防治作用 J中国生物防治学报，2 0 2 1，37(5)：10 41-10 49.6】SA H A FBZ,M O H A R R A M I PO U R S,M ESH K A T A L SA-DAT M H.Chemical constituents and fumigant toxicity ofessential oil from Carum copticum against two stored prod-uct beetlesJ.Insect Science,2007,14(3):213-218.7 ZHANG JW,WANG Y,FENGYX,et al.Contact tox-icity and repellent efficacy of essential oil from aerial partsof Melaleuca bracteata and its major compositions against(上接第110 页)3结论本研究确定的最佳提取工艺为双酶(纤维素酶与果胶酶质量比1:1)添加量1.5%（以油橄榄果渣质量计）、超声时间30 min、溶剂pH3.5、提取温度50，在此条件下油橄榄果渣多酚得率为1.7 9 8%0.0 7 8%，当油橄榄果渣多酚质量浓度为10 mg/mL时，FRAP值为5.42 g/mL.参考文献【1】张华玲，吴琴，迟原龙，等鲜油橄榄果渣的主要化学成分分析 J)中国油脂，2 0 16，41(9)：10 310 6.【2 王成章，陈强，罗建军，等中国油橄榄发展历程与产业展望 J生物质化学工程，2 0 13，47(2)：41-46.【3王志宏油橄榄果渣多酚活性物制备及其生物活性研究 D北京：中国林业科学研究院，2 0 18.粮食与油脂【5李奕.大孔树脂纯化襄荷黄酮提取物及其对小鼠运动性疲劳的影响 J保鲜与加工，2 0 2 1，2 1(7)：6 4-7 0.【6 周玉蕾松花粉粗多糖对小鼠抗疲劳作用的研究 D.延边：延边大学，2 0 2 2.【7 上官宇晨，黄丽媛，黄熊，等大孔树脂纯化仙草黄酮及成分测定 J中国调味品，2 0 2 1，46(6)：149-153.【8 张沛，吴楠，宋志军，等响应面法优化大孔树脂纯化黄芪毛蕊异黄酮工艺 J食品工业科技，2 0 2 1，42(10):209-214.【9】邵哲，喻治达，钟袁源红托竹荪菌托黄酮的纯化及其抗氧化与抗疲劳活性研究 J食品安全质量检测学报，2 0 2 3，14(1)：315-32 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J农业工程学报，2 0 0 8,24(3):238-242.2023年第36 卷第10 期