杨 辉， 彭任芳， 蒲鹏飞， 闫晓哲， 杜姣姣

(陕西科技大学 食品与生物工程学院， 陕西 西安 710021)

0 引言

沙棘又名醋柳[1],沙棘果中的黄酮类化合物、VC和超氧化物歧化酶SOD的含量最为丰富[2].黄酮具有抗病毒、治疗心肌梗塞和脑血栓等功效[1,3,4]；VC具有抗氧化、抗癌和缓解白癜风等作用[5],且沙棘中的VC相当稳定[6]；SOD具有抗肿瘤、治疗肺气肿和中风等疾病的功效[7,8].

国内对沙棘的研究集中于提取沙棘籽油、黄酮和色素等[1,9,10]，沙棘醋发酵工艺的研究已有报道，沙棘酸高糖低的特点造成了单独原汁发酵的困难，而且经过长期的好氧发酵产品里的黄酮、VC和SOD等功能成分因氧化损失严重[11]，此外，酒精主要源于外加糖的转变，由此得到的沙棘醋产品醋味寡淡，香味不足，在营养和感官方面都难以满足市场需求.

本研究以口感厚重的粮食醋作提取溶剂，对沙棘果中的黄酮、VC和SOD进行浸提，整个过程避免了长期与空气的接触，以此获得香味浓郁且营养丰富的沙棘醋产品，同时，与发酵工艺得到的沙棘醋进行对比研究，以期为沙棘的合理利用提供科学依据，此研究至今未见报道.

目前，黄酮类和SOD提取方法主要有超声波法、有机溶剂法和微波萃取法等[12,13]；其中超声提取具有效率高、时间短和温度低等优点，因此本研究采用超声技术浸提.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

沙棘，南疆山区；七一酱园精酿陈醋，七一酱园酿造有限公司；Z2酵母，法国LAFFORT公司；沪酿1.01醋酸菌，上海佳民酿造有限公司；亚硝酸钠、2,6-二氯靛酚钠、EDTA·2Na和邻苯三酚等，均为国产分析纯.

1.2 仪器与设备

KH2200DE型数控超声波清洗仪，昆山禾利超声仪器有限公司；PWSI0-002数显保温培养箱，山东潍坊器械设备厂.

1.3 方法

1.3.1 总黄酮含量的测定

采用NaNO2-AL(NO3)-NaOH比色法[14]

1.3.2 维生素C(VC)含量的测定[15]

1.3.3 超氧化物歧化酶(SOD)含量测定

采用邻苯三酚自氧化法 测定[16].

1.3.4 超声浸提单因素实验设计

考察超声温度(℃)、超声时间(min)、超声功率(w)、液固比(mL/g)、食醋浓度(g/L)和浸提次数(次)六因素对沙棘功能成分(总黄酮、VC和SOD)得率的影响.

1.3.5 超声浸提响应面试验设计

选出影响沙棘功能成分得率显著的四个因素，设计四因素三水平表，如表1所示.

表1 响应面试验设计

1.3.6 沙棘醋发酵

(1)沙棘果汁原料分析

对沙棘果汁的糖酸含量进行分析.

(2)沙棘醋发酵技术路线

沙棘果按液固比30∶1破碎，调糖度为15 °Brix，酵母接种量0.3 g/L，在23 ℃下进行控温发酵，待酒精度上升为7% voL时，接入10%的醋酸菌扩培液，在温度为32 ℃和转速为130 r/min的条件下进行通风发酵.

2 结果与讨论

2.1 超声浸提条件对沙棘功能成分得率的影响

2.1.1 食醋浓度对功能物质得率的影响

图1给出了食醋浓度对功能成分得率的影响.结果表明：随着食醋浓度的增加，总黄酮得率先增大后减小，可能与相似相溶原理有关[17]，随着食醋浓度的增加，溶剂极性渐渐接近黄酮类物质的极性，极性相近黄酮类物质的溶解能力增强，因此得率提高，但食醋浓度大于9.4 g/L时,溶剂极性远离黄酮类物质的极性，因而溶解度降低，得率下降；SOD的活力随着食醋浓度的提高在下降；VC得率随食醋浓度的增加不断提高，说明酸性条件可以增加VC的溶解度，利于VC提取，同时乙酸对VC又有保护作用，可以延长其稳定时间[18]为了使总黄酮、VC和SOD的得率都保持在一个较高水平，因此将食醋浓度定为9.4 g/L.

图1 食醋浓度对功能成分得率的影响

2.1.2 超声温度对得率的影响

图2给出了超声温度对功能成分得率的影响.结果表明：随着温度的升高，溶剂黏度下降，分子扩散、传质速度加快[19]，总黄酮和VC的得率提高，60 ℃总黄酮得率最高，而VC得率在50 ℃时达到最大，温度高于50 ℃时，VC得率逐渐减小，这可能是温度超过60 ℃，氧化作用加强，总黄酮和VC的得率减少；温度高于40 ℃，随着温度的升高,SOD的活力不断下降，温度高于60 ℃，SOD活力极速下降，原因是温度过高对SOD具有变性作用，导致SOD活力降低[20]；使总黄酮得率最大，尽量保护VC和SOD的活性，超声温度选50 ℃.

2.1.3 液固比对得率的影响

液固比减小不利于传质推动力-目标物质浓度差的提高，浸提速度降低，也会影响多糖和蛋白质的溶解扩散平衡，导致功能成分得率降低[21]；液固比升高，有利于固液相溶质浓度差的增大,使浸提扩散速率提高，因此功能成分的得率提升.但过高的液固比，可能会导致功能成分得率的降低，因为与空气接触的食醋中溶解有一定量的空气，对具有还原性黄酮类、VC稳定性有很大的威胁，因而得率降低.

图3说明了液固比对功能成分得率的影响.其结果表明：随着液固比的提高使SOD活力、总黄酮和VC得率都呈现出先增后减的趋势，这与上述分析一致.在液固比为25 mL/g时，总黄酮得率达到最大；在液固比为35 mL/g时，VC得率和SOD的活力均达到最大值.综合考虑浸提剂用量提升对超声波加热负荷的增加、降低超声效率和增加成本等因素，将液固比定为35 mL/g.

图2 超声温度对功能成分得率的影响

图3 液固比对功能成分得率的影响

2.1.4 超声时间对得率的影响

浸提是分子扩散为主的传质过程，达到扩散平衡需要一定的时间，但由于功能成分具有较强的还原性或抗氧化性，在浸提温度50 ℃的较高温度下，长时间与空气接触就会导致氧化损失，因此，随着浸提时间的延长，总黄酮得率、VC得率和SOD活力会呈现先升后降的趋势.图4表明超声时间对功能物质得率的影响结果与上述分析一致：随着超声时间延长三种功能物质得率先增加后减少，在50 min时，总黄酮得率达到最大值，50 min后，时间的延长使总黄酮得率有轻微下降；VC得率和SOD活力在40 min时达到最大，之后VC得率和SOD活力随着时间延长不断下降，综合分析，将超声时间定为40 min.

图4 超声时间对功能成分得率的影响

2.1.5 超声功率对得率的影响

超声处理产生的空化作用会使物料组织破坏，易于黄酮、VC和SOD的释放，而这种空化破坏作用与输入功率正相关，但功率过大时会使酶分子的结构发生变化，同时杂质的溶出量增加[22]，使SOD活力、黄酮和VC的得率下降.图5结果表明：在实验所选功率范围内，功能成分的得率变化不太显著，随着超声功率的增大，三种功能成分的得率都先增加后减少，超声功率为80 w时，总黄酮和VC的得率均达到最大值，SOD活力在70 w时达到最大值，考虑到成本因素，将超声功率定为80 w.

图5 超声功率对功能成分得率的影响

2.1.6 浸提次数对得率的影响

分子传质推动力-浓度差随着浸提的进行渐渐降低，分子扩散速度变低，为了提高浸提效率，充分利用沙棘果中的功能物质，采用多次浸提，另外，超

声浸提次数越多，细胞壁遭到破坏的概率增大，细胞里溶出的黄酮、VC和SOD也越多.图6给出了浸提次数对得率的影响,结果表明：随着浸提次数的增加，三种功能成分得率的提高幅度均越来越小，第四次的得率与第三次相比没有明显差别，说明三次浸提后已经基本浸提完全，再次浸提得率变化不大，还会导致成本较大幅度提高，故将浸提次数定为3次.

图6 浸提次数对功能成分得率的影响

2.2 超声浸提条件的响应面优化

单因素实验结果表明：超声功率和浸提次数(大于2情况下)对功能物质浸提得率影响不显著，因此，运用Design-Expert 8.05b软件以Y1(总黄酮得率，mg/g)、Y2(VC得率，mg/g)和Y3( SOD活力，U/g)为指标，对影响显著的食醋浓度、液固比、超声时间和超声温度四个因素拟合，其回归方程分别为：

Y1=9.35+1.01A+0.58B-0.53C+0.29D+0.13AB-1.18AC+0.75AD+0.59BC-0.090BD+0.19CD-2.06+0.37-1.60-0.9

Y2=4.27+0.23A+0.093B+0.095C+0.002 5D+0.035AB+0.045AC-0.040AD+0.058BC+0.085BD+0.027CD-0.55-0.54-0.12-0.088

Y3=2 545.00-58.67A-2.75B-64.08C-10.33D+52.50AB+37.00AC+1.00AD-52.25BC-31.00BD-131.50CD-221.63-245.00-240.50-294.6

超声浸提响应面试验设计的具体试验方案及结果如表2所示.

表2 响应面试验设计方案和结果

续表2

试验号ABCDY1(黄酮)/(mg/g)Y2(VC)/(mg/g)Y3(SOD)/(U/g)400117．43．991901500009．733．98191060-1105．593．682011700009．44．13222381-1008．013．322008900009．324．5722141010104．863．86200011-10105．013．5919921201019．093．86219613-10014．583．6319151400009．144．01199815-11007．392．67220116-10-104．253．5219781710018．233．81199218100-16．093．89196919001-16．343．9922002011009．353．68193421-100-15．433．551979220-10-18．253．719562310-108．83．6121082400009．144．6725092501-109．043．61260026010-18．863．6219892700-117．143．7720072800-1-16．843．8824002901108．743．971978

表3 给出了模型的方差分析结果，以Y1(总黄酮)得率(mg/g)、Y2(VC)得率(mg/g)和Y3(SOD)活力(U/g)为指标的回归模型，模型F值分别为21.21(P<0.000 1)、3.89(P=0.008)和7.44(P=0.000 3)，表明模型都显著，模型失拟项的P值分别为0.054 9、0.763 9和0.050 5，失拟项均不显著，表明方程对于试验的拟合程度较好，试验引起的误差小，说明模型可以用于对富含黄酮、VC和SOD沙棘醋的得率进行预测.

表3 回归模型方差分析结果

因素交互影响得率的响应面如图7所示.由图7(a)和(b)可知，当超声温度和液固比一定时，总黄酮得率随着食醋浓度的提高先增大后缓慢降低，随超声时间的延长先增大后减小，两因素间的交互效应对总黄酮得率有显著影响；由图7(c)和(d)可知,在液固比和超声时间一定的情况下，随着食醋浓度的增加，总黄酮得率先增加后减少，随超声温度的提高，得率缓慢变化，两因素间的交互效应对总黄酮得率影响显著.

(a)食醋浓度和超声时间的交互作用对功能成分得率的响应曲面

(b)食醋浓度和超声时间的交互作用对功能成分得率的等高线图

(c)食醋浓度和超声温度的交互作用对功能成分得率的响应曲面

(d)食醋浓度和超声温度的交互作用对功能成分得率的等高线图图7 交互作用因素对浸提得率的响应面

利用Design Expert 8.05软件获得沙棘功能成分的超声浸提最优工艺条件：食醋浓度9.4 g/L，液固比30∶1 mL/g,超声时间40 min,超声温度55 ℃，超声功率80 w，浸提次数3次，在此条件下，总黄酮得率、VC得率和SOD活力的预测值分别为9.85 mg/g、4.74 mg/g和2 516 U/g.对此条件下得到的功能成分的得率进行验证性试验，试验值分别为9.62 mg/g、4.65 mg/g和2 478 U/g，与理论值颇为接近，表明了模型对于优化沙棘功能成分的超声浸提工艺的可行性.

2.3 沙棘醋发酵结果与分析

2.3.1 沙棘果汁原料分析

由表4可知，沙棘果汁的总糖含量为5.83%，还原糖占总糖含量的45.6%，说明沙棘含糖低，pH为2.76，含酸量为3.62%(酸度高)，不利于发酵的启动，沙棘糖低酸高限制了沙棘发酵酒和发酵醋深加工的途径和方法，沙棘汁需要调整糖度和酸度.

表4 沙棘果汁主要理化指标

2.3.2 发酵沙棘醋生产过程中功能成分变化

图8给出了整个发酵过程中各个参数的变化情况.前9天为酒精发酵阶段，总黄酮、VC和SOD的含量变化均呈先增后减的趋势，在醋酸发酵阶段，三种功能成分的含量随时间的延长都不断减少，这是由于好氧发酵对功能成分造成了严重的损失.

图8 发酵过程中功能成分含量的变化

2.3.3 两种不同制备工艺沙棘醋的对比

图9给出了两种工艺沙棘醋与稀释沙棘汁营养指标的对比结果，与稀释沙棘汁相比，发酵沙棘醋里的总黄酮、VC和SOD的含量分别减少了6.46 mg/100 mL、5.96 mg/100 mL和28.58 U/mL,含量分别为14.72 mg/100 mL、5.31 mg/100 mL和53.99 U/mL；浸提沙棘醋中的总黄酮含量为35.98 mg/100 mL,VC含量为17.85 mg/100 mL,SOD活力为121.29 U/mL，分别是发酵醋的2.44、3.36和2.24倍.浸提沙棘醋较大程度的保留了沙棘的功能成分，营养丰富.

图9 两种工艺沙棘醋与稀释沙棘汁营养指标对比

两种工艺沙棘醋的外观形态如图10所示.图10表明浸提沙棘醋呈淡黄色，而发酵沙棘醋则呈现较深的褐色，显然在好氧的醋酸发酵过程中多酚等还原性物质被氧化褐变导致了醋的颜色加深，这意味着发酵醋中人们关心的功能物质有严重的损失，这与上述分析数据相一致.

图10 两种工艺沙棘醋的外观形态

表5展示了两种制备工艺得到的沙棘醋感官指标的差别.

表5 两种工艺条件下沙棘醋感官指标

3 结论

(1)超声辅助食醋浸提沙棘功能成分是可行的.理想浸提工艺条件是：食醋浓度9.4 g/L，液固比30∶1 mL/g,超声时间40 min，超声温度55 ℃，超声功率80 w，浸提次数3次，在此条件下，总黄酮得率、VC得率和SOD活力分别为9.62 mg/g、4.65 mg/g和2 478 U/g.

(2)浸提工艺所得沙棘醋中功能成分含量显著高于发酵沙棘醋，其总黄酮、VC和SOD的含量分别是发酵醋的2.44、3.36和2.24倍.从功能成分含量分析超声浸提工艺是制备营养沙棘醋的理想工艺.

(3)沙棘果汁酸度高，含发酵性糖量很低，存在启动难，要达到液态发酵醋的国家标准，需外加糖，成本高，产品口感不佳.而食醋浸提沙棘工艺简单，操作方便，而且有利于实现自动化和机械化.

[1] 白生文,汤 超,田 京,等.沙棘果渣总黄酮提取工艺及抗氧化活性分析[J].食品科学,2015,36(10):59-64.

[2] 思旭平,赵良忠,谢灵来.沙棘果汁点浆法生产营养豆腐的工艺研究[J].食品研究与开发,2017,38(3):113-118.

[3] Xu M.The effect ofseabuckthornflavonoids against ultraviolet injury[J].Chongqing Medicine,2015,33(2): 285-289.

[4] Zhao E.Investigation of microwave-assisted extraction ofseabuckthornflavonoids[J].Food & Fermentation Industries,2014,30(12):148-150.

[5] Jin-Mei L I.Determination of vitamin C inseabuckthornfruits from tumote-inner mongolia by HPLC[J].Chinese Journal of Spectroscopy Laboratory,2008,25(6):1 265-1 268.

[6] 周张章,周才琼,阚健全.沙棘的化学成分及保健作用研究进展[J].粮食与食品工业,2005,12(2):15-18.

[7] 宫照斌,袁怀波,孟少华,等.沙棘SOD结构修饰及性质研究[J].食品工业科技,2012,33(11):144-147.

[8] 李梅青,张 瑜,代蕾莉,等.Plackett-Burman试验设计及响应面法优化超声辅助提取明绿豆SOD工艺[J].食品科学,2015,36(2):69-74.

[9] Meng C L,Wang J Z.Optimization of ultrasound-assisted extraction technique ofseabuckthornseed oil by response surface methodology[J].Journal of Beijing Forestry University,2008,30(5):118-122.

[10] 周巍熹.沙棘系列产品开发研究[D].成都：西华大学,2014.

[11] Negi B,Dey G.Comparative analysis of total phenolic content inseabuckthornwine and others selected wine[J].World Academy of Science Engineering & Technology,2009,54(5):99-102.

[12] 焦 岩,常 影,刘井权.沙棘黄酮提取与分离技术研究综述[J].食品工业,2012,33(8):115-118.

[13] Fan J,Huang Y, Zhang H.Extraction of flavonoids from fresh sea buckthorn leaves by microwave-assisted extraction[J].China Brewing,2009,8(2):135-137.

[14] 吴亮亮,石雪萍,张卫明.花椒总黄酮测定方法研究[J].食品工业科技,2010,31(10):372-374.

[15] GB/T 15038-2006，中华人民共和国国家标准[S].

[16] 毛绍春,李竹英,李 聪.酸果蔓中SOD酶的提取及活性测定[J].食品与机械,2007,23(1):62-63,68.

[17] 冯淑环,殷丽君,王 佳.沙棘黄酮及其转化研究最新进展[J].食品工业科技,2010,31(2):351-354,358.

[18] 王海佳.紫外分光光度法研究维生素C的稳定性及蔬果和果汁中含量的测定[D].太原：山西医科大学,2015.

[19] 徐怀德.天然产物提取工艺学[M].1版.北京：中国轻工业出版社,2006.

[20] 热孜耶·喀日,米丽班·霍家艾合买提,许铭强,等.响应面法优化马血中SOD超声波提取工艺研究[J].食品工业科技,2013,34(2):249-251.

[21] 卢 鑫,张 琳.柿叶黄酮超声辅助提取工艺及其抗氧化性研究[J].食品研究与开发,2016,37(23):99-103.

[22] 董发明,白喜婷.响应面法优化超声提取杜仲雄花中黄酮类化合物的工艺参数[J].食品科学,2008,29(8):227-231.