鞠健 乔宇 李冬生 程薇 汪超 李娓 范凯

摘要：【目的】优化超高压辅助提取山药皮总酚的工艺条件，为山药皮的开发利用及提高原料利用率提供技术参考。【方法】以山药皮总酚提取率为考察指标，通过比较水浴提取、超声波辅助提取、闪式提取和超高压辅助提取4种方法提取山药皮总酚的效果，选用超高压辅助提取法进行工艺优化，在单因素试验的基础上，采用L9（34）正交试验考察提取时间、超高压压力、乙醇体积分数和料液比对总酚提取率的影响，确定最佳提取工艺条件。【结果】影响超高压辅助提取山药皮总酚的因素排序为：提取时间>超高压压力>料液比>乙醇体积分数，其最佳提取工艺条件为：在乙醇体积分数50%、超高压压力200 MPa、料液比1∶50的条件下提取4 min，山药皮总酚平均提取率为0.424%。【结论】优化后的超高压辅助提取法可明显提高山药皮总酚提取率，且提取时间短、工艺条件稳定，是提取山药皮总酚的有效方法。

关键词： 山药皮；总酚；超高压提取；工艺优化

中图分类号： R284.1 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2016）01-0117-05

0 引言

【研究意义】山药皮富含酚类物质（Chung et al.，2008；Hsu et al.，2011；Yeh et al.，2013），而酚类物质具有清除自由基、抗氧化、抗病毒及抗肿瘤等功效，目前在医药、化妆品、农用化学品等领域已得到广泛应用（Chen et al.，2004；孙荣等，2014）。但日常生活中，人们食用山药时常将山药皮丢弃，既污染环境又浪费生物资源。我国作为山药生产大国，而山药皮是提取总酚的重要原料之一，因此，研究山药皮总酚的提取工艺，对有效利用山药皮具有重要意义。【前人研究进展】目前植物总酚的提取方法较多，主要有水浴提取、闪式提取、超声波提取和超高压提取等。其中，以水浴提取应用较广泛，如李浩等（2014）采用水浴法提取大蒜渣中的多酚物质，结果表明，在乙醇体积分数65%、提取温度50 ℃、料液比1∶20 g/mL的条件下提取70 min，大蒜渣中总酚的最大提取率为0.69 μg/g，该法能耗少、成本较低，但提取率也较低。刘灿等（2010）采用闪式提取法提取罗汉果中的多酚，结果表明，在液料比25∶1、电压153 V、提取温度8.5 ℃的条件下提取3.5 min，罗汉果多酚提取率可达2.73%，此法提取时间短、提取率较高，但对提取条件（容器总装料系数、待破碎物料粒度）的要求也相对较高。超声波和超高压提取法可缩短提取时间，如李臻等（2012）采用超聲波法提取溪黄草总酚，其最佳工艺条件为：在乙醇体积分数60%、料液比1∶10、超声波功率250 W、提取温度40 ℃的条件下超声波提取25 min，多酚提取率为6.81%；严陇兵等（2012）采用超高压提取石榴皮多酚的最佳提取工艺为：提取压力582.7 MPa、保压时间2.3 min、料液比1∶41、乙醇体积分数52.8%，在此工艺条件下，多酚提取率可达26%。但超声波提取法易受超声波衰减因素的制约形成超声空白区，从而影响提取效果；而超高压提取法具有能耗低、提取效率高、操作简单等优点。【本研究切入点】目前，对山药的相关研究主要集中在对山药肉中有效成分的提取及其药理作用（Fu et al.，2006；Zhang et al.，2011；Park et al.，2013），而针对山药皮中总酚提取工艺的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】以山药皮为原料、总酚提取率为考察指标，采用正交试验对山药皮总酚的提取工艺进行优化，确定最佳的超高压提取工艺，为山药皮的开发利用及提高原料利用率提供技术参考。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

干燥山药皮购自利川市汇川现代农业有限公司，粉碎后过200目筛，置于干燥皿中备用。没食子酸、95%乙醇、浓盐酸、碳酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、氯化钠及福林酚等试剂均购自国药集团化学试剂有限公司。主要仪器设备有：LXJ-ⅡB型离心机（上海安亭科学仪器厂）、DF-101S型水浴锅（武汉科尔仪器设备有限公司）、3802型分光光度计[尼康仪器（上海）有限公司]、PL2001型分析天平[赛多利斯科学仪器（北京）有限公司]、JHBE-50T闪式提取仪（河南金鼎科技发展有限公司）、RE-52型旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）、KQ5200DE型超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）、HPPL2-600MPa/2L超高压提取仪（天津华泰森淼生物工程技术股份有限公司）。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 标准曲线制作 参考刘硕谦等（2003）的方法，准确量取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mL没食子酸标准液分别置于5.0 mL比色管中，各加入3.0 mL蒸馏水，摇匀后加入0.25 mL福林试剂，充分摇匀；1 min后，再加入0.75 mL 20%碳酸钠溶液，摇匀后用蒸馏水定容。混合液于75 ℃水浴10 min后立即冰浴，5000 r/min离心5 min，在760 nm波长下测定吸光值。以没食子酸质量浓度（μg/mL）为横坐标、吸光值为纵坐标，建立测定总酚含量的回归方程y=0.0847x+0.0021（R2= 0.9994）。

1. 2. 2 山药皮总酚提取方法比较试验 准确称取50.0 g山药皮粉，分别采用水浴提取法、闪式提取法、超声波辅助提取法和超高压辅助提取法对山药皮总酚进行提取，以山药皮总酚提取率为考察指标，确定最佳提取方法进行后续试验。其中水浴提取、超声波提取和超高压提取根据公式（1）、闪式提取根据公式（2）计算提取率。

总酚提取率（%）=C×V×n/m （1）

总酚提取率（%）=總酚质量/山药皮质量×100 （2）

式中，C为样品总酚质量浓度（μg/mL），V为提取液体积（mL），n为稀释倍数，m为山药皮质量（g）。

1. 2. 3 粗提物总酚含量测定 取稀释后待测液0.2 mL置于5.0 mL比色管中，加入3.0 mL蒸馏水，摇匀后加入0.25 mL福林试剂，充分摇匀；1 min后，再加入0.75 mL 20%碳酸钠溶液，摇匀后用蒸馏水定容。混合液于75 ℃水浴10 min后立即冰浴，5000 r/min离心5 min，于760 nm波长下测定吸光值，计算总酚含量。

1. 2. 4 单因素试验设计 通过前期对不同提取方法的比较后，采用超高压辅助提取法设计单因素试验。分别考察提取时间（2、4、6、8、10 min）、超高压压力（100、200、300、400、500 MPa）、乙醇体积分数（30%、40%、50%、60%、70%）、料液比（1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70 g/mL）对山药皮总酚提取率的影响。

1. 2. 5 正交试验设计 在单因素试验的基础上，每个因素选择3个较优的水平进行L9（34）正交试验设计，优化山药皮总酚提取工艺。正交试验因素水平见表1。

1. 3 统计分析

采用Origin 8.5软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2. 1 山药皮总酚提取方法比较结果

由图1可知，采用水浴、闪式、超声波辅助和超高压辅助4种提取方法对山药皮总酚进行提取，以超高压辅助提取法的提取率最高，为0.354%，其次为超声波辅助提取法，而水浴提取法的提取率最低。故选择超高压辅助提取法进行后续试验。

2. 2 单因素试验结果

2. 2. 1 提取时间对山药皮总酚提取率的影响 在固定超高压压力200 MPa、乙醇体积分数40%、料液比1∶40的条件下，当提取时间为2～4 min时，随着提取时间的延长，山药皮总酚提取率快速上升，提取时间为4 min时达最大值（0.364%）；之后，随着提取时间的延长，提取率逐渐下降，但超过8 min后，提取率又缓慢回升。这可能是随着提取时间的逐渐延长，山药皮总酚得到充分提取后开始出现缓慢下降，之后由于料液平衡的原因致使提取率又出现暂时的缓慢回升。此外，提取时间为4 min的两边有效点分别为2和6 min，以6 min的提取率明显高于2 min，故选择提取时间4、5、6 min作为正交试验的3个水平。

2. 2. 2 超高压压力对山药皮总酚提取率的影响 在固定提取时间4 min、乙醇体积分数40%、料液比1∶40的条件下，随着超高压压力的增大，山药皮总酚提取率呈先上升后下降最后趋于平稳的变化趋势；当超高压压力为200 MPa时，提取率达最大值。理论上，超高压压力越大越有利于提取，但扩散体系达到平衡后，即使再增加超高压压力，提取率也不再升高，甚至有所下降。因此，选择超高压压力200、250和300 MPa作为正交试验的3个水平。

2. 2. 3 乙醇体积分数对山药皮总酚提取率的影响 在固定提取时间4 min、超高压压力200 MPa、料液比1∶40的条件下，随着乙醇体积分数的增大，山药皮总酚提取率整体呈先逐渐上升后快速下降的变化趋势，乙醇体积分数为60%时达最大值（0.370%）；之后，随着乙醇体积分数的继续增加，提取率开始下降，且下降趋势明显。因此，乙醇体积分数的选择需适当，过高或过低均会造成提取率下降，故选择乙醇体积分数40%、50%和60%作为正交试验的3个水平。

2. 2. 4 料液比对山药皮总酚提取率的影响 在固定提取時间4 min、超高压压力200 MPa、乙醇体积分数40%的条件下，当料液比在1∶30～1∶50时，山药皮总酚提取率逐渐升高，料液比为1∶50时，提取率达最大值（0.405%）；随后继续增加溶剂用量，提取率反而下降。这是因为随着溶剂用量的增加，扩散达到平衡后总酚的有效浓度有所降低。因此，从利于生产及节约成本的角度考虑，选择料液比1∶40、1∶50和1∶60作为正交试验的3个水平。

2. 3 正交试验结果

从正交试验结果（表2）可以看出，4个因素对山药皮总酚提取率的影响排序为：提取时间（A）>超高压压力（C）>料液比（D）>乙醇体积分数（B）；超高压辅助提取山药皮总酚的最佳组合为A1B2C1D2，即提取时间4 min、乙醇体积分数50%、超高压压力200 MPa、料液比1∶50。

2. 4 验证试验结果

对正交试验筛选出的最佳提取工艺组合A1B2C1D2进行3次重复验证试验，得到山药皮总酚的平均提取率为0.424%，高于正交试验中任一组合的提取率，故A1B2C1D2为超高压提取山药皮总酚的最佳工艺组合。

3 讨论

超高压提取法是在一定压力下保持一定时间，使细胞内外压力达到平衡后快速降压，细胞内外渗透压力差骤然增大，使细胞膜内的有效成分转移到细胞膜外的提取液中，达到快速提取的目的（宁娜和周晶，2008）。本研究采用超高压辅助提取山药皮总酚，结果表明，在乙醇体积分数50%、超高压压力200 MPa、料液比1∶50的条件下提取4 min，山药皮总酚提取率为0.424%，较唐丽丽等（2015）采用溶剂回流提取石榴皮总酚的提取时间缩短86 min，较吴平妹等（2015）采用微波提取木瓜总酚的提取率（0.0443%）明显提高，也比王治宝等（2015）采用超声辅助提取蒙古口蘑总酚酸所需乙醇体积分数（80%）低，表明采用超高压辅助提取山药皮总酚具有提取时间短、效率高、耗能低等优点。

本研究以总酚提取率为考察指标，利用正交试验对超高压提取山药皮总酚的提取条件进行优选，结果表明，提取时间对提取率的影响最大。在单因素试验中，提取时间4 min时提取率达最大值，但在8 min后提取率又出现小幅上升；由于本研究最大時间设置为10 min，而未对其后续时间作进一步考察，因此有待今后对提取时间进行深入研究，以期筛选出更适合超高压辅助提取山药皮总酚的提取时间。

4 结论

优化后的超高压辅助提取法可明显提高山药皮总酚提取率，且提取时间短、工艺条件稳定，是提取山药皮总酚的有效方法。

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（責任編辑 罗 丽）