高阳1．张峻松2*
1．浙江中烟工业有限责任公司（杭州310008）；2．郑州轻工业学院食品与生物工程学院（郑州450002）
摘要对超声波法萃取沙枣皮多酚的工艺进行考察，并对所得沙枣皮多酚进行了卷烟加香试验。以丙酮溶液体
积百分数、超声温度、超声时间、超声功率和料液比为考察因素，采用单因素和响应面分析试验法同时对沙枣皮
多酚提取工艺进行优化。试验结果确定了采用体积百分数为60%的丙酮溶液提取效果最佳，从而得到了60%丙酮提
取-超声波萃取的最佳工艺参数为：超声温度52.05℃、超声时间33.43 min、超声功率127.14 w、料液比1：31.01
(g/m L)，在此条件下得到最高的理论得率为25.64 mg/g，实际得率为25.89 mg/g。沙枣皮多酚卷烟加香应用结果表明，
沙枣皮多酚能柔和细腻烟气，改善余味，提高烟气舒适性。
关键词超声波萃取；沙枣皮多酚；响应面优化
沙枣（Elaeagnus angustifoliaL．）在我国新疆及内蒙古地区分布广泛，沙枣的果实及果皮中富含多酚类物质。沙枣多酚作为沙枣的重要功能性成分之一，含没食子酸、绿原酸、儿茶素、肉桂酸，槲皮素和芦丁等，它们具有清除机体自由基、抗病毒、抗肿瘤、消炎和抑制细菌生长等生物活性。因此，可以将其作为天然的食品添加剂、烟用添加剂等，应用前景广
阔。由于沙枣皮多酚类物质存在不稳定及易于被氧化的性质，在提取方法的选择上比较苛刻。目前报道的有关多酚提取方法主要有超声波提取法、回流提取法等。但是，回流提取法所需的温度较高，极易使得多酚类物质迅速被氧化，而且回流方法带来的提取时间上和能耗高的缺陷，也大大限制了其在实践中的广泛应用。
超声波利用低频激烈的振荡产生的强烈空穴效应、自由基效应、热力学和非热力学等多重效应来达到其对材料作用的目的，是目前提取领域较为成熟的一项技术，在植物生物活性成分的提取方面应用广泛。
研究旨在采用超声技术在提取方面的优良特性，以沙枣皮为原料，探讨超声处理工艺条件的影响因素，并通过进一步响应面分析优化工艺，高效提取沙枣皮多酚，并对沙枣皮多酚在卷烟应用效果进行研究，以期为沙枣皮多酚在卷烟中的应用提供数据支持。
1 材料与方法
1.1试验材料
1.1.1沙枣皮样品
试验用沙枣皮产地为新疆地区。称取一定量的沙枣皮样品于已烘干至恒重的称量皿中，置于80℃烘箱中烘至近干，然后将烘箱温度调至105℃烘至绝干，并过80目筛，备用。
1.1.2试验试剂
无水NaCO3、无水丙酮、高锰酸钾等：分析纯，国药集团化学试剂有限公司；超纯水：MilliporeMill-Q超纯水系统自制。
1.2试验仪器与设备
数显恒温水浴锅HH-2:江苏金坛市荣华仪器制造有限公司；KQ-250DE型台式数控超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司；旋转蒸发器RV05Basic型：IKA公司；CPA124S型电子分析天平：德国Sartorius公司；DELTA 320 pH计：梅特勒一托利多仪器（上海）有限公司；紫外可见分光光度计WFZ UV-2100型：尤尼柯公司；低温冷冻离心机J26XPI型：Backman公
司；电热恒温鼓风干燥箱DHG-9140A型：上海精宏实验设备有限公司；Biocel型Millipore Mill-Q超纯水系统：美国Millipore公司。
1.3试验方法
1.3.1提取方法
取沙枣皮颗粒粉碎、过筛，分别精密称取200.0mg样品，根据Box-Behnken试验设计中心组合试验设计原理，设计分别进行提取（超声波处理）。过滤所得提取液，清洗残渣，合并洗液及滤液，浓缩，干燥，作为沙枣皮多酚样品。采用4因素3水平的四元二次响应面分析方法，自变量的试验水平分别以一2、-1、0、1、2进行编码（表1），共设计30个试验点，其中24个为析因点，6个为零点试验用以估计试验误差。
采用最小二乘法拟合二次多项方程表达响应值：
1.3.2单因素考察
对预处理后的沙枣皮颗粒，考察超声温度、料液质量体积比、超声时间和超声功率4个因素对多酚得率的影响。
1.3.3高锰酸钾法测定多酚含量
采用邓义书等所述的高锰酸钾法测定多酚的含且。红枣酚类物质在靛蓝及稀酸条件下，采用高锰酸钾溶液滴定，靛蓝由蓝变黄即表示酚氧化到达终点，以此可测得的总氧化物的量换算成多酚的含量。将红枣多酚测定结果转换为得率( mg/g)来表示提取效果。
沙枣皮多酚得率=沙枣皮多酚质量( mg)／所用的干燥的沙枣皮颗粒质量(g) (2)
1.3.4加香试验
分别称取沙枣皮多酚0.005，0.025和0.05 g，加入10 g蒸馏水，混匀后，用微量喷雾器均匀地喷于50 g烟丝上，放入温度22℃±1℃相对湿度60%±2%的恒湿箱内平衡24 h，卷制成烟支，由评吸专家小组进行评吸。空白组只加入等量蒸馏水。
2结果与讨论
2.1提取溶剂的选择
丙酮为植物多酚的常用提取溶剂，当样品为固体时，纯的有机溶剂不足以破坏样品中多酚类物质与蛋白质或其它物质的连接，多酚的得率低，但当提取剂中水的比例过高时，糖类等水溶性杂质的浸出率也较高。不同极性溶剂对多酚物质的提取效果有显著的影响，如图1所示，水和纯溶剂提取沙枣皮多酚时提取量都比较低，丙酮体积分数在60%时多酚提取量较
高。因此后期在进行超声波萃取试验优化是，选择体积分数为60%的丙酮溶液作为沙枣皮多酚的最适提取
溶剂。
2.2 60%丙酮提取-超声波萃取温度对沙枣皮多酚得率的影响
固定超声时间40 min、超声功率140 W、料液比1：40( g/m L)，考察不同超声温度(40℃，50℃，60℃，70℃，80℃和90℃)对沙枣皮多酚得率的影响，结果如图2所示。可以发现，多酚得率随着温度的升高而增大，当温度达到60℃时多酚得率最大，之后随着温度继续增高得率反而减少；可能是由于植物多酚不易溶于低温的水；而温度过高产生的挥发作用使得液固比降低，沙枣皮多酚得率开始下降；另一方面，过高的温度有可能使沙枣皮多酚物质的结构遭受到一定程度的破坏，从而使得多酚得率有所下降。
2.3 60%丙酮提取-超声波萃取时间对沙枣皮多酚得率的影响
固定超声温度60℃、超声功率140 W、料液比1：40( g/m L)，考察不同提取时间(10，20，30，40，50，60和70 min)对沙枣皮多酚得率的影响，结果如图3所示。由图3可知，提取时间对多酚得率具有
显著性的影响。在10～40 min范围内，随着提取时间的延长，多酚提取得率明显增加；说明超声波能在较短时间内破碎细胞，使位于细胞间和细胞壁的多酚释放出来。当超声提取时间超过40 min后多酚得率反而略有下降。其原因可能是随着处理时间延长，超声波对植物组织细胞的破壁作用进一步加强，沙枣皮颗粒组织细胞内大量不溶物及黏性物质等混入提取液中，使溶液中杂质增多，黏度增大，从而增大了传质阻力，影响了多酚成分的溶出；另一方面可能是随着超声提取时间的延长，超声波所产生的空穴造成细胞结构的局部塌陷，部分多酚在醇沉处理过程中损失掉，从而降低了多酚的得率。由此可确定多酚的超声提取时间
在40 min为佳。
2.4 60%丙酮提取-超声波萃取功率对沙枣皮多酚得率的影响
固定超声温度60℃、超声时间40 min、料液比1：40( g/m L)，考察不同超声波功率(60，80，100，120，140，160，180和200 W)对沙枣皮多酚得率的影响，结果如图4所示。由图4可知，在60～140 W范围内，随着超声波功率增大，多酚得率明显增加，原因可能是随着超声功率的增加，超声波所产生的空穴造成细胞结构的局部塌陷，使多酚大量溶出。继续增大超声波功率，得率没有增加，说明功率过大引起局部溶液瞬时升温过热造成部分多酚分子链的断裂而降解。因此，试验选择140 W为最佳超声波功率。
2.5 60%丙酮提取-超声波萃取料液比对沙枣皮多酚得率的影响
固定超声温度60℃、超声时间40 min、超声功率140 W，考察不同沙枣皮颗粒料液比(1: 20，1：30, 1: 40，1: 50,1：60和1：70( g/m L))对沙枣皮多酚得率的影响，结果如图5所示。研究发现，料液比在1：20～1：40( g/m L)的范围内，随着提取液水量的增加，得率显著提高；这表明超声波将坚硬的细胞壁有效破碎，在溶出有效成分的同时，溶出一些其他液质，而增加溶剂的比例，可有效降低溶液的黏度，有利于多酚分子的传质扩散。但是，料液比达到1：40( g/m L)时，得率不再增加，反而有所降低；这主要由于在溶剂量达到一定程度之后，多酚类物质已经基本完全溶出，所以得率的变化不再明显。考虑后期处理的成本因素，选择料液比最佳值为1：40(g/
m L)。
2.6工艺响应面分析优化
根据单因素试验结果，以X1超声温度(℃)、X2超声时间( min)、X3超声功率(W)和X4料液比(g/m L)进行4因素5水平的响应面分析试验，试验结果见表2；响应面如图6～11所示。
从表3可看出，沙枣皮多酚得率回归方程的失拟项检验及显著性检验都显著；从回归方程各项方差检验可看出，方程的二次项X12，X22，X32和X42的影响都均显著；交互项X2X4显著。
以X1超声温度(℃)、X2超声时间(min)、X3超声功率(W)和X4料液比(g/m L)拟合的二次多项式回归方程系数如表4所示，该拟合方程拟合效果较好，可以用于最佳提取工艺条件的拟合及计算。整理得到最佳工艺参数：X1=0.20，X2=0.34，X3=0.36，X4=0.10；即沙枣皮多酚的最佳条件为：超声温度52.05 0C、超声时间33.43 min、超声功率127.14 W、料液比31.01 g/m L，在此条件下得到最高的理论得率为25.37 mg/g。
为检验响应面分析法的可靠性，采用最优提取条件进行沙枣皮多酚的提取试验，实际测得沙枣皮多酚得率为25.89 mg/g，理论预测值与实测值相近，说明该模型可以较好地反映沙枣皮多酚提取的条件，因此，采用响应面分析法优化得到的提取条件参数可信，具有可行性和参考应用价值。
2.7卷烟加香效果
沙枣皮多酚在烟草中的加香试验评析结果见表5。由表5可知，沙枣皮多酚柔和细腻烟气，提高烟气舒适性。沙枣皮多酚的添加量以0.05%～0.1%为宜。
3结论
采用超声温度52.05℃、超声时间33.43 min、超声功率127.14 w、料液比1：31.01( g/m L)的最佳工艺条件进行试验，得到超声波萃取沙枣皮多酚的最佳得率为25.64 mg/g，实际得率为25.89 mg/g。超声波技术应用于沙枣皮颗粒的细胞破壁，可加快多酚的溶出速度，从而更为有效地提高回收率，为沙枣皮多酚的高效提取和应用提供了可靠环保的工业前景。
感官评吸结果显示，添加沙枣皮多酚后，卷烟香气丰富性增加，烟气细腻柔和度有一定改善，卷烟舒适性明显提高，其最适用量为0.05%～0.1%。
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