南海娟,梁新紅,張 浩,王彩麗

(河南科技學院食品學院,河南新鄉(xiāng) 453003)

提取工藝對金銀花葉提取物的油脂抗氧化活性的影響

南海娟,梁新紅,張 浩,王彩麗

(河南科技學院食品學院,河南新鄉(xiāng) 453003)

以金銀花葉為原料,研究了提取溶劑、提取工藝條件對金銀花葉的油脂抗氧化活性的影響。以過氧化值為測定指標,篩選了最佳提取溶劑,并以油脂氧化的抑制率為測定指標,通過響應面實驗對提取工藝條件進行了優(yōu)化。實驗結果表明:乙醇為最佳提取劑,當乙醇濃度71%、液料比31∶1(mL/g)、溫度75 ℃、時間4.5 h,提取物對玉米油的抗氧化能力最強,抑制率達到了71.9%。因此,選擇合適的提取工藝,能提高金銀花葉提取物對油脂的抗氧化活性。

金銀花葉,提取方式,抗氧化能力

金銀花又被稱作二花、忍冬花,為忍冬科植物忍冬的花蕾,其性寒、味甘,具有清熱解毒、抗菌、抗寒、降血糖、抗氧化的作用[1-2]。一般情況下,金銀花干花每畝產量最高100 kg,而作為生產金銀花的副產品金銀花葉,產量卻較高,約為花的10倍,但一直被視為非藥用部位而長期未得到有效利用。郭玉[3]等研究發(fā)現，金銀花及葉中綠原酸的含量分別為2.72%和2.30%,總黃酮的含量分別為6.46%和7.85%,綠原酸、黃酮具有抗氧化和清除自由基的作用,因此可用金銀花葉開發(fā)天然抗氧化劑。

油脂在貯藏過程中緩慢氧化導致酸敗,影響油脂的品質,常用的油脂抗氧化劑有2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(Butylated hydroxytoluene,BHT)、特丁基對苯二酚(Tertiary butylhydroquinone,TBHQ)、抗壞血酸等,但是這些合成的抗氧化劑對人體存在潛在危害,因此,天然油脂抗氧化劑一直是研究熱點[4-5]。很多學者對金銀花在油脂方面的應用進行了一些研究,一些學者也對金銀花葉的抗氧化活性和抑菌特性進行了研究。如:周燕明[6]從還原能力、清除DPPH自由基和ABTS自由基的能力方面研究了金銀花葉總多酚、黃酮組分、綠原酸純品,結果表明它們均具有較好的抗氧化活性;孫德梅[7]研究發(fā)現,金銀花葉綠原酸粗提物和粗黃酮對豆油的過氧化反應均有一定的抑制作用,兩者的氧化還原容量分別是化學合成抗氧劑丁基羥基茴香醚(BHA)的2.0和2.8倍;張永欣[8]等研究發(fā)現,金銀花葉中的木犀草苷和木犀草素抗氧化活性均優(yōu)于抗壞血酸?？梢钥闯?對金銀花葉的研究,前人主要集中于對自由基的清除作用,或提取物中的一些特定成分的抗氧化活性,對油脂的抗氧化作用方面研究較少,而對葉提取物的總體抗氧化活性的研究鮮有報道。金銀花葉提取物屬于混合物,各抗氧化活性成分之間可能存在協同增效作用,研究其對油脂的抗氧化作用更具有實際意義。同時,金銀花葉在提取過程中,所用的溶劑、提取的工藝條件如:溶劑的濃度、液料比、溫度、時間等對金銀花葉中有效成分的提取率有很大影響,從而最終影響其對油脂的抗氧化效果,基于此,從實際應用方面考慮,本研究采用過氧化值為指標對最佳提取溶劑進行篩選,并應用響應面法對提取工藝參數進行優(yōu)化,以期獲得經濟、科學的提取條件,為金銀花葉在油脂保藏方面的應用提供理論參數,以利于金銀花植物的深度開發(fā)利用及經濟效益的提高。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

金銀花葉子 采自佐今明藥業(yè)金銀花種植基地,金銀花品種:大毛花;新鮮豬板油、大豆油(一級)、花生油(5S壓榨一級)、玉米油(非轉基因壓榨) 均未添加抗氧化劑,購自新鄉(xiāng)市大學源世紀華聯超市;乙醇、甲醇、乙酸乙酯、冰醋酸、氯仿、正己烷、硫代硫酸鈉、可溶性淀粉、碘化鉀 均為分析純,購自天津永晟精細化工有限公司。

FW-400A傾斜式高速萬能粉碎機 北京中興偉業(yè)儀器有限公司制造;80目標準篩 浙江上虞市星星儀器設備有限公司;SHA-C數顯水浴恒溫振蕩器 金壇華峰儀器有限公司;HH-ZK6智能水浴鍋 鄭州歐卡儀器設備有限公司;ME104E電子天平 梅特勒-托利多儀器有限公司;SHP-160FE智能生化培養(yǎng)箱、DHG-9101.2SA電熱恒溫鼓風干燥箱 上海三發(fā)科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品的預處理 取新鮮采摘的金銀花葉,烘箱中干燥后粉碎,過80目標準篩,篩下物即為金銀花葉樣品,放入密封袋中以備后用。

1.2.2 豬油的制備 取新鮮豬板油,切成1.5 cm×1.5 cm小丁,放入炒鍋中,按每500 g的豬油加240 mL水的比例加入蒸餾水,240 ℃煮開后立刻轉60 ℃慢熬1.5 h。最后將油渣撈出,油倒入干凈容器中,室溫放涼,即為豬油樣品,封上一層保鮮膜放入冰箱保鮮層備用。

1.2.3 最佳提取劑的選擇 采用Schaal烘箱法,分別取1 g金銀花葉樣品于6個150 mL的具塞三角瓶中,向其中分別加入20 mL甲醇、乙醇、乙酸乙酯、冰醋酸、氯仿、正己烷,30 ℃水浴振蕩浸提過夜,用漏斗過濾至小燒杯中,濾液于60 ℃真空干燥后,將小燒杯中的提取物充分研磨粉碎,即得不同溶劑的提取物。然后分別往小燒杯中加入30 g豬油,60 ℃溶解并充分攪拌均勻,只加30 g豬油的樣品作為空白對照。所有試樣放入60 ℃的恒溫箱中,每隔24 h用玻璃棒攪拌2 min,并交換所有試樣在恒溫箱中的位置,第10 d時測定每個樣品的過氧化值,平行測定3次,結果取平均值[9-10]。

1.2.4 不同油脂的氧化能力比較 分別取30 g豬油、花生油、大豆油、玉米油于小燒杯中,并將油脂樣品放入60 ℃的恒溫箱中,分別在第2、4、6、8、10、12 d測定每個樣品的過氧化值,平行測定三次,取平均值。根據每個樣品的過氧化值的變化趨勢,選定最易氧化的油脂作為單因素實驗和響應面實驗用油[11-12]。

1.2.5 油脂過氧化值的測定 按照GB/T 5538-2005進行測定[13]。

1.2.6 提取物對油脂氧化的抑制率計算 提取物對油脂氧化的抑制率(%):

1.2.7 單因素實驗 采用單因素實驗研究提取溶劑乙醇濃度、液料比、提取溫度、提取時間對金銀花葉提取物的油脂抗氧化活性的影響。

1.2.7.1 乙醇濃度對油脂氧化抑制率的影響 取1 g金銀花葉,按提取條件:液料比25∶1 mL/g,提取溫度65 ℃,提取時間3.5 h,乙醇濃度20%、35%、50%、65%、80%,進行提取,將所得的不同提取物加入30 g玉米油中,同時做玉米油空白,按照1.2.3的方法進行抗氧化實驗,于第10 d分別測定樣品過氧化值和玉米油空白的過氧化值,按照1.2.6的方法計算油脂氧化抑制率。

1.2.7.2 液料比對油脂氧化抑制率的影響 取1 g金銀花葉,按提取條件:乙醇濃度65%,提取溫度65 ℃,提取時間3.5 h,液料比10∶1、25∶1、40∶1、55∶1、70∶1 mL/g,分別進行提取,將所得的不同提取物加入30 g玉米油中,同時做玉米油空白,其它操作按1.2.7.1進行。

1.2.7.3 提取溫度對油脂氧化抑制率的影響 取1 g金銀花葉,按提取條件:乙醇濃度:65%,液料比25∶1 mL/g,提取時間:3.5 h,提取溫度20、35、50、65、80 ℃,進行提取,將所得的不同提取物加入30 g玉米油中,同時做玉米油空白,其它操作按1.2.7.1進行。

1.2.7.4 提取時間對油脂氧化抑制率的影響 取1 g金銀花葉,按提取條件:乙醇濃度65%,液料比25∶1 mL/g,提取溫度65 ℃,提取時間2、3.5、5、6.5、8 h,進行提取,將所得的不同提取物加入30 g玉米油中,同時做玉米油空白,其它操作按1.2.7.1進行。

1.2.8 響應面實驗 根據Central Composite的中心組合實驗設計原理,在單因素實驗的基礎上,采用四因素三水平的響應面設計實驗[14-17],以油脂氧化的抑制率為響應值,研究不同提取條件(乙醇濃度、液料比、提取溫度、提取時間)所得金銀花葉提取物對玉米油的抗氧化能力,響應面分析因子及水平見表1。

表1 響應面分析因子及水平表Table 1 Factors and levels table of response surface method

1.2.9 數據處理 采用Design-Expert Software 8.0進行響應面實驗設計及分析,同時采用Excel 2007與SPASS 20軟件進行數據處理,采用ANOVA進行方差分析,采用Duncan法檢驗進行差異顯著性分析,p<0.05視為影響顯著。

2 結果與分析

2.1 不同溶劑提取物的抗氧化能力比較

因實驗開始時,制取了大量的豬油,所以先向豬油中添加金銀花葉的不同溶劑提取物,60 ℃貯藏10 d時測定各樣品的過氧化值,結果見圖1。

圖1 不同溶劑提取物對豬油的抗氧化作用Fig.1 Antioxidative effect of different solvent extracts on lard oil注:小寫字母不同表示差異顯著(p<0.05)。

由圖1可知:添加金銀花葉不同溶劑提取物后的豬油過氧化值均小于空白,說明金銀花葉提取物對豬油具有一定的抗氧化作用,過氧化值越低,說明抗氧化能力越強。幾種溶劑提取物對豬油的抗氧化能力由強到弱依次為:甲醇>乙醇>正己烷>乙酸乙酯>冰醋酸>氯仿,添加甲醇和乙醇提取物的豬油過氧化值分別是4.67 mmol·kg-1和4.7 mmol·kg-1,對豬油氧化的抑制率分別為51.7%和51.3%,經差異顯著性分析可知,兩者之間差異不顯著,即金銀花葉甲醇、乙醇提取物對豬油的抗氧化能力相當,因甲醇有毒,考慮到實際操作的安全性,選用乙醇來提取金銀花葉中的抗氧化物質。

2.2 油脂氧化能力比較

豬油、花生油、大豆油和玉米油四種油不同保藏期間的過氧化值見圖2。

圖2 不同油脂的氧化能力比較Fig.2 The oxidation capacity comparison of different grease注:不同字母表示同一貯藏天數不同油脂之間差異顯著(p<0.05)。

由圖2可知,隨著貯藏時間延長,四種油的過氧化值不斷升高,說明其具有不同程度的氧化,前8 d,四種油的過氧化值升高緩慢,從第10 d開始急劇升高,說明10 d后四種油開始劇烈氧化,其中玉米油的過氧化值均高于其它三種油,且與其它三種油的差異達到了顯著水平(p<0.05),說明相比較而言,玉米油更易氧化,因此在接下來的響應面實驗中選用更易氧化的玉米油作為實驗用油,于貯藏第10 d時測定油的過氧化值,并計算氧化抑制率。

2.3 單因素實驗

2.3.1 乙醇濃度對油脂氧化抑制率的影響 金銀花葉用不同濃度乙醇提取后,其提取物對油脂的氧化抑制率見圖3。

圖3 乙醇濃度對油脂氧化抑制率的影響Fig.3 Effect of ethanol concentration on inhibition rate of oil oxidation

由圖3可以看出,隨著乙醇濃度的增加,金銀花葉提取物對油脂的氧化抑制率逐漸增加,從乙醇濃度20%～65%,抑制率增加較快,濃度達65%以后抑制率增加緩慢,考慮到生產成本,所以在保證氧化抑制率的前提下,綜合考慮,選取乙醇濃度65%較佳。

2.3.2 液料比對油脂氧化抑制率的影響 在不同的液料比條件下提取后,金銀花葉提取物對油脂的氧化抑制率見圖4。

圖4 液料比對油脂氧化抑制率的影響Fig.4 Effect of liquid to material ratio on inhibition rate of oil oxidation

由圖4可以看出,從液料比10∶1～25∶1,金銀花葉提取物對油脂的氧化抑制率增加較快,隨后較慢,基本持平,考慮到液料比的增加,會給后續(xù)分離純化處理增加難度,同時使生產成本提高,所以在保證氧化抑制率的前提下,綜合考慮,選取液料比25∶1較佳。

2.3.3 提取溫度對油脂氧化抑制率的影響 金銀花葉經不同溫度提取后,所得提取物對油脂的氧化抑制率見圖5。

圖5 提取溫度對油脂氧化抑制率的影響Fig.5 Effect of extraction temperature on inhibition rate of oil oxidation

由圖5可以看出,從溫度20～65 ℃,金銀花葉提取物對油脂的氧化抑制率迅速增大,65 ℃時達到最大,當溫度升高到80 ℃時,金銀花葉提取物對油脂的氧化抑制率稍有降低,原因可能是提取出的功能性成分長時間處于高溫條件下會有部分分解,從而導致提取物對油脂的氧化抑制率降低。綜合考慮,提取溫度不宜太高,選在65 ℃左右為宜。

2.3.4 提取時間對油脂氧化抑制率的影響 金銀花葉經不同時間提取后,所得提取物對油脂的氧化抑制率見圖6。

圖6 提取時間對油脂氧化抑制率的影響Fig.6 Effect of extraction time on inhibition rate of oil oxidation

由圖6可以看出,在提取時間2～3.5 h期間,所得金銀花葉提取物對油脂的氧化抑制率增加較快,3.5～6.5 h間增加減慢,6.5 h后隨著提取時間的延長,氧化抑制率反而稍有降低。原因可能是:開始提取時,適當地延長時間有助于金銀花葉中的功能性成分擴散至提取溶劑中,隨后,溶劑中功能性成分和金銀花葉中濃度接近時,葉中的功能性成分擴散速度減慢,然而時間過長,一些功能性成分在高溫條件下發(fā)生了分解,從而導致提取物對油脂的氧化抑制率呈現先迅速、后緩慢增大,最后稍有減少的趨勢。因此提取時間不宜過長,從節(jié)省能源及維持較高氧化抑制率考慮,提取時間選擇3.5 h。

2.4 響應面實驗

2.4.1 響應面實驗結果 采用Design-Eapert軟件設計了四因素三水平的響應面實驗,共有30個實驗點,其中24個分析因子,6個零點,響應面實驗結果及提取物抑制率回歸模型方差分析分別見表2、表3。

表2 響應面實驗結果Table 2 Results of response surface method

表3 回歸模型方差分析Table 3 Variance analysis for the regression mode

注:*表顯著(p<0.05);**表示極顯著(p<0.01)。

采用Design-Expert Software 8.0對表2數據進行分析后,進行二次多元回歸擬合,得到的二次多元回歸方程為:

Y=-282.29191+4.21123A+1.88053B+3.96123C+5.49781D-0.010833AB-0.016389AC-0.036111AD+5.28×10-3BC-0.097222BD+0.091667CD-0.016842A2-0.016842B2-0.021287C2-0.5731D2

圖7～圖10為響應值對實驗因子乙醇濃度、液料比、提取溫度、提取時間所構成的三維空間的曲面圖,從圖7～圖10可以看出,乙醇濃度和提取溫度的交互作用對抑制率的影響最大,乙醇濃度和液料比次之,液料比和提取時間再次之,最后為提取溫度和提取時間。

圖7 濃度和液料比對玉米油氧化抑制率的影響Fig.7 The response surface of concentration and liquid to material ratio on oxidation inhibition rate of corn oil

圖8 濃度和溫度對玉米油氧化抑制率的影響Fig.8 The response surface of concentration and temperature on oxidation inhibition rate of corn oil

圖9 液料比和時間對玉米油氧化抑制率的影響Fig.9 The response surface of liquid to material ratio and time on oxidation inhibition rate of corn oil

圖10 溫度和時間對玉米油氧化抑制率的影響Fig.10 The response surface of temperature and time on oxidation inhibition rate of corn oil

以油脂氧化的抑制率作為響應值,利用Design-Expert V8.0軟件對實驗數據進行最優(yōu)化分析,最終得到最佳提取條件為：乙醇濃度70.71%,液料比31.18∶1,溫度75.1 ℃,時間4.5 h,油脂氧化的抑制率為72.12%。

2.4.2 最佳工藝驗證性實驗 在響應面法得出的最適條件下,為方便實際操作將金銀花葉提取條件校正為:乙醇濃度71%、液料比31∶1(mL/g)、提取溫度75 ℃、提取時間4.5 h,在此條件下,取3份1 g的金銀花葉進行提取,提取物分別加入30 g玉米油中進行抗氧化實驗,測得油脂氧化抑制率的平均值為71.9%±1.11%,實驗值與預測值接近,驗證了該模型的準確性。

3 結論

用甲醇、乙醇、正己烷、乙酸乙酯、冰醋酸、氯仿作為提取劑,金銀花葉提取物對油脂均有一定的抗氧化能力；在乙醇濃度為71%、液料比為31∶1(mL/g)、提取溫度為75 ℃、提取時間為4.5 h的條件下,金銀花葉提取物對玉米油的氧化抑制率高達71.9%,與模型預測結果相近,且遠遠高于優(yōu)化前的抑制率。說明優(yōu)化后的工藝條件可對實際應用進行指導。另外,本課題組研究發(fā)現,金銀花葉乙醇提取物對油脂的抗氧化活性達到了金銀花乙醇提取物的89.3%,分別是常用抗氧化劑BHT、TBHQ、VC以及油脂抗氧化增效劑檸檬酸的1.19、1.06、1.25、2.06倍[18]。因此,金銀花葉乙醇提取物是潛在的良好油脂抗氧化劑。

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Effect of extraction process on oils antioxidant activity of honeysuckle leaves

NAN Hai-juan,LIANG Xin-hong,ZHANG Hao,WANG Cai-li

(College of Food Science,Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China)

Honeysuckle leaves were used for raw material,the effects of extraction solvent and extraction conditions on oils antioxidant activity of honeysuckle leaves were studied. The optimum extraction solvent was selected by using the peroxide value as the index,and the extraction process conditions were optimized by using the inhibition rate of lipid oxidation as the index and response surface experiment.The experimental results showed that ethanol was the best extractant,the optimum extraction conditions were as follows:ethanol concentration 71%,liquid to material ratio 31∶1(mL/g),temperature 75 ℃,time 4.5 h. Under such conditions,oxidation inhibition rate of corn oil was up to 71.9%.Therefore,the antioxidant activity of extracts from honeysuckle leaves could be improved by selecting suitable extraction process.

honeysuckle leaves;extraction methods;antioxidant activity

2016-10-11

南海娟(1974-)，女，碩士，高級實驗師，研究方向：功能性食品及安全檢測，E-mail:nhjsfmmyf@163.com。

河南省高等學校重點科研項目(16A550009)；新鄉(xiāng)市科技創(chuàng)新發(fā)展專項項目(CXGG16028)。

TS221

B

1002-0306(2017)08-0244-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.08.039