不同浸提方法对苦水玫瑰浸提效果的影响

张霁红,康三江,曾朝珍,张海燕,宋 娟

(甘肃省农业科学院农产品贮藏加工研究所,甘肃兰州 730070)

玫瑰花作为一种药食两用的植物,花色鲜艳,芳香浓郁并具有很高的营养价值[1],是开发生产饮料的重要原料。玫瑰花含有300多种化学成分,富含人体必需的氨基酸、丰富的蛋白质、多糖、维生素、色素、黄酮、槲皮苷、脂肪、挥发油、蹂质等成分[2]。盛产于甘肃永登苦水镇的“苦水玫瑰”更是香型独特,色泽殷红,含油量高达0.039%[3]。研究表明[4-7]，苦水玫瑰共有58种香气成分,其主体香气组分为:香茅醇、香叶醇、苯乙醇、橙花醇及其酯类,花瓣中含有较高的多酚及黄酮类物质具有较强的抗氧化活性和自由基清除能力,其玫瑰水提物在30种药用植物中具有最强的抗氧化能力,并具有抗炎止痛、抗菌、抗病毒、抗真菌等功效。

近年来,苦水玫瑰饮料的开发大多局限于玫瑰花茶饮料的开发,一般采用传统热水浸提法得到玫瑰浸提液,此法多采用80～90 ℃浸提,时间30～60 min,虽可获得较高的玫瑰内含成分和浸提率,但同时会引起香气大量挥发,活性成分失活变性,不利于工业化生产[8]。微波和超声波提取技术已广泛应用于天然产物及生物活性成分提取等研究领域,研究表明[9]，采用超声波提取野玫瑰色素不仅收率高,而且性能稳定,质量较好。

本实验在传统热水提取方法基础上,结合微波、超声波提取法对苦水玫瑰花的浸提工艺参数进行研究,通过研究比较不同玫瑰浸提工艺对浸提率、维生素C、玫瑰红色素和香气成分的影响,寻求一种经济、实用且有利于减少活性成分失活和变性的提取工艺参数,以期为今后玫瑰系列饮料产品开发和有效物质的高效利用及后续研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

供试材料 为甘肃省永登县苦水镇的苦水玫瑰,新鲜玫瑰花蕾阴干粉碎后过筛,粒径分别为20、40、60目；香茅醇、苯乙醇对照品 上海源叶生物科技有限公司,纯度≥98%;抗坏血酸对照品 北京拜尔迪生物技术有限公司,纯度≥98%;盐酸、氢氧化钠、氯化钠等 天津市光复科技发展有限公司,均为国产分析纯。

WD800ASL23微波炉 Galan电器有限公司;KQ-200VDB超声波仪 昆山市超声仪器公司;TGL-16MC冷冻离心机 长沙维尔康湘鹰离心机有限公司;HH-S4电热恒温水浴锅 北京科伟永兴仪器有限公司;电子天平 赛多利斯;UV2400紫外可见分光光度计 上海舜宇恒平科学仪器有限公司;PAL-1数显糖度计 日本爱拓数显糖度计;A4000气相色谱仪 北京东西分析仪器公司。

1.2 实验方法

1.2.1 常规浸提方法 以浸提液520 nm波长下的吸光值计花色素含量,在单因素实验基础上为了全面考察原料粉碎目数、提取温度、提取时间、料水比等各因素之间的相互交叉影响,设计了四因素三水平正交实验。称取不同目数的玫瑰花粉2 g,按一定料液比加水,设定温度和提取时间,按L9(34)正交实验设计进行常规水浸提(表1),浸提后抽滤浸提液,用热水洗涤残渣2～3次,合并滤液于容量瓶中,冷却后定容至100 mL,520 nm波长下测浸提液的吸光值。

表1 常规浸提正交实验设计Table 1 Orthogonal experiment design of common extraction

1.2.2 微波浸提法 在微波功率800 W,火力60%的条件下,以浸提液520 nm波长下的吸光值计花色素含量,在单因素实验基础上为了全面考察原料粉碎目数、提取时间、料水比等各因素之间的相互交叉影响,设计三因素三水平正交实验。称取不同目数的玫瑰花粉2 g,加入一定料液比的蒸馏水,设定时间,放入微波器皿内,在室温条件下按L9(33)正交实验设计进行微波浸提。浸提后趁热抽滤,用热水洗涤残渣2～3次,合并滤液于容量瓶中,冷却后定容至100 mL,520 nm波长下测浸提液的吸光值。

表2 微波浸提正交实验设计Table 2 Orthogonal experiment design of microwave extraction

1.2.3 超声波浸提法 在超声波功率200 W,频率80 kHz的条件下,以浸提液520 nm波长下的吸光值计花色素含量,在单因素实验基础上为了全面考察原料粉碎目数、提取时间、料水比、提取温度等各因素之间的相互交叉影响,设计四因素三水平正交实验。称取不同目数的玫瑰花粉2 g,设定时间、温度、料液比,按L9(34)正交实验设计进行微波浸提(表3),抽滤浸提液,用热水洗涤残渣2～3次,合并滤液于容量瓶中,冷却后定容至100 mL,520 nm波长下测浸提液的吸光值。

表3 超声波浸提正交实验设计Table 3 Orthogonal experiment design of ultrasonic extraction

1.2.4 温水浸提 以浸提液520 nm波长下的吸光值计花色素含量,在单因素实验基础上称取粒径为40目的玫瑰花粉2 g,加1∶40料液比的蒸馏水,45 ℃水浴中提取2 h后趁热抽滤,用热水洗涤残渣2～3次,合并滤液于容量瓶中,冷却后定容至100 mL,520 nm波长下测浸提液的吸光值,与以上浸提方法进行对比。

1.3 分析方法

1.3.1 玫瑰色素的测定 参照孙茜玫瑰色素测定方法[10]:玫瑰色素在可见光区520 nm处有最大吸收,可用此波长下的吸光值判定玫瑰色素含量。因此以分光光度计520 nm波长处浸提液的吸光值计色素含量。

1.3.2 提取液可溶性固形物测定 按GB/T 12143-2008饮料通用分析方法饮料中可溶性固形物的测定方法,折光计法进行测定。

1.3.3 浸出率的测定 参考孟岳成等[11]玫瑰水浸出率的计算方法,称取玫瑰花粉2 g,加水80 mL,浸提过滤后,置于已知质量的干燥培养皿中,于103～105 ℃的恒温干燥箱内烘4 h至恒重,称量,依据样品质量计算得到浸出率。

浸出率(%)=m/M×100

式中，m为提取液内含物质量,g;M为原料质量,g。

1.3.4 VC含量 参考周德庆紫外分光光度法快速测定果蔬及饮料中维生素C含量的方法测定[12]。

1.3.5 香气成分 参照赵玉玲[13]的测定方法,采用加标法,通过气相色谱对苦水玫瑰浸提液中的香茅醇、苯乙醇进行定性定量分析检测,按标品含量峰面积为参考,以体积分数(%)表示相对含量。气相色谱条件:汽化室温度:250 ℃,检测器:FID,柱温:200 ℃,检测器温度:250 ℃,色谱柱:KB-Wax。

1.3.6 数据统计分析 每个实验组设三个平行,数据采用Microsoft Office Excel 2007进行处理。

2 结果与分析

2.1 常规浸提方法最佳工艺的确定

按照正交实验设计，本研究对常规浸提条件下苦水玫瑰提取液520 nm波长下的吸光值即玫瑰色素含量进行测定并进行极差分析,根据分析结果得到玫瑰常规水提工艺的最佳工艺参数为:物料粉碎度60目,料液比1∶40,提取温度90 ℃,提取时间30 min。其中物料粒径对玫瑰色素含量影响最大,料水比、温度次之,提取时间影响最小。在此工艺条件下进行验证,浸提液在520 nm波长下的吸光值为0.8623。常规浸提方法利用介质的热传导、热辐射等方式自外向内传递热量,物料颗粒度越小、温度越高,提取时间越长越有利于有效物质的浸出,但颗粒太细会给物料分离造成难度,温度过高,提取时间过长易导致活性物质的失活和变性,特别是玫瑰花色苷在高温下会加速分解,Garzon[14]通过对不同来源花色苷的热稳定性分析,指出温度越高花色苷讲解越快。因此对常规提取工艺参数进行优化,得到提取花色苷较优工艺。

2.2 微波浸提方法最佳工艺条件确定

按照正交实验设计，本研究对微波浸提玫瑰花提取液520 nm波长下的吸光值即玫瑰色素含量进行测定并进行极差分析,根据分析结果得到微波浸提工艺的最佳工艺参数为:物料粉碎度60目,料液比1∶40,微波浸提时间3.5 min。其中物料粒径对玫瑰色素含量影响最大,提取时间次之,料水比影响最小。在此参数条件下进行验证实验,浸提液在520 nm波长下的吸光值为0.8103。微波浸提法利用了常规浸提法约1/10的时间达到几乎相同的色素提取率,充分发挥了微波快速、高效的优势,但在微波功率恒定的条件下,较优的料液比、微波辐射时间、颗粒大小仍可提高浸出物中花色素含量。

表4 常规浸提法对苦水玫瑰提取效果的影响Table 4 Effect of conventional extraction on the extraction efficiency of Ku-shui rose

表5 微波浸提法对苦水玫瑰提取效果的影响Table 5 Effect of microwave extraction on the extraction efficiency of Ku-shui rose

2.3 超声波浸提方法最佳工艺条件确定

按照正交实验设计，本研究对超声波浸提玫瑰花提取液520 nm波长下的吸光值即玫瑰色素含量进行测定并进行极差分析,根据分析结果得到玫瑰超声波浸提工艺的最佳工艺参数为:物料粉碎度60目,料液比1∶40,提取温度80 ℃,提取时间20 min。其中物料粒径对玫瑰色素含量影响最大,料水比、温度次之,提取时间影响最小。在此参数条件下进行验证实验,浸提液在520 nm波长下的吸光值为0.9421。超声波浸提法利用了超声波的空化作用,破坏细胞壁和细胞膜,增加组织渗透性,缩短提取时间,并对浸提物特别是热敏性物质花色苷有很好的保持作用,可明显提高色素产量和质量。

表6 超声浸提法对苦水玫瑰提取效果的影响Table 6 Effect of ultrasonic extraction on the extraction efficiency of Ku-shui rose

2.4 不同浸提方法对玫瑰有效成分的浸出影响

以所得不同浸提方式优化实验参数为指导，进行玫瑰液浸提,对浸提液中可溶性固形物、花色素含量、VC含量以及提取率进行测定,其结果见表7。

表7 不同浸出方法对苦水玫瑰有效成分的浸出 Table 7 Extractions of the main compounds using different extracting methods

本研究对微波、超声波、常规浸提、温水浸泡等不同工艺所得玫瑰浸提液中主要化学成分及提取率进行了测定,其结果(表7)表明，与温水浸泡相比,微波、超声波、常规浸提可提高可溶性固形物、花色素、VC含量以及提取率。超声波浸提所测各项指标大于其它几种浸提方法。其中可溶性固形物、花色素含量和提取率变化趋势一致,表现为:超声波浸提最大,常规浸提、微波浸提次之,温水浸泡最小。说明当玫瑰浸出液中浸出物质增多时,相应的可溶性固形物含量增加、花色素含量增加,浸出率增大,因微波浸提时间较短,细胞内溶出物质受限,故表现为微波浸提的提取率小于常规浸提。而VC含量表现为超声波浸提含量最大达到(386.00±32.35) μg/mL,微波浸提(236.88±9.61) μg/mL,常规浸提和温水浸泡VC含量差距较小,这是因为VC在80 ℃以上容易浸出也容易被破坏分解,而在45 ℃条件以下不容易浸出,与微波浸提和超声波浸提相比常温浸提温度高,时间较长,VC损失较大,故微波浸提、超声波浸提VC含量高于常温浸提。

2.5 不同浸提方法对玫瑰主要香气成分的影响

为快速浸提并充分发挥玫瑰原料的经济价值,玫瑰饮料中玫瑰液的制备多采用高温提取,一般提取温度不低于80 ℃,高温提取尽管可充分提高原料中有效成分的浸出,但可能会影响香气成分的稳定性。本研究对不同提取工艺中玫瑰主要香气成分香茅醇、苯乙醇进行定性定量测定,其结果如下。

表8 不同浸提方法对主要香气成分的浸出Table 8 Extractions of the main aroma compounds by different extracting methods

对比以上几种浸提方法对苦水玫瑰浸提液中主要香气成分香茅醇、苯乙醇体积分数含量的数据,表明微波浸提对香气成分的浸出和保留效果最好,香茅醇和苯乙醇体积分数含量达到0.0124%±0.003%、0.0498%±0.002%。常温浸提对苦水玫瑰主要香气成分的浸出保留效果最差,甚至低于温水浸泡。说明常规浸提温度过高,时间过长,容易造成挥发性香气成分的损失和热不稳定性成分的分解。

图1 苦水玫瑰浸提液中主要香气物质色谱图Fig.1 Main aroma chromatogram of Ku-shui rose extractions

3 结论

本研究对苦水玫瑰不同浸提工艺条件进行优化,通过正交实验和极差分析,得到苦水玫瑰常规浸提工艺为:物料粉碎度60目,料液比1∶40,提取温度90 ℃,提取时间30 min。微波浸提工艺为:物料粉碎度60目,料液比1∶40,微波浸提时间3.5 min。超声波浸提工艺为:物料粉碎度60目,料液比1∶40,提取温度80 ℃,提取时间20 min。

常规、微波、超声浸提法与温水浸泡法相比较,可提高可溶性固形物、花色素、VC含量和提取率,其中超声波浸提法效果最佳。微波浸提对苦水玫瑰主要香气成分香茅醇、苯乙醇的浸出和保留效果优于微波、常规浸提法。

综上所述,与传统高温浸提方式相比较,超声波、微波浸提法保持了较高的浸出率,并对浸出液中色素、维生素和香气成分影响较小,较好地保留了苦水玫瑰特有的成分,为更好地利用原料和进一步开发苦水玫瑰饮料新产品提供依据。

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