超声波波辅助法从甜菜糖蜜中提取酚类化合物、抗氧化剂和花青素及提取工艺的优化外文翻译资料

 2022-03-22 09:03

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附录A 译文

超声波波辅助法从甜菜糖蜜中提取酚类化合物、抗氧化剂和花青素及提取工艺的优化

Mingshun Chen, Yi Zhao, Shujuan Yu

中国华南理工大学轻工业食品科学学院,广州510640

广东省天然产物和产品安全绿色加工重点实验室

摘 要

以响应面方法优化用超声波辅助提取法(UAE)自甜菜糖蜜中提取功能组分的实验条件,以中央复合设计(CCD)优化总酚含量、抗氧化活性和花青素含量的提取参数。结果表明:通过响应面法(RSM)分析超声波辅助提取法(UAE)从甜菜糖蜜中提取化合物的最佳条件如下:HCl浓度为1.55-1.72 mol / L,乙醇浓度为57-63%(v / v),提取温度为41-48 ℃,提取时间为66-73 min。在最佳条件下,甜菜糖蜜提取物中,实验总酚含量为17.36 mg GAE / 100mL,抗氧化活性为16.66 mg TE / g,总花青素含量为31.81 mg / 100g,与预期值吻合良好。并通过HPLC-DAD-MS / MS测定甜菜糖蜜中初级化合物(即没食子酸、香草醛、羟基苯甲酸、丁香酸、花青素-3-O-芸香苷、花青素-3-0-葡萄糖苷、儿茶素、花翠素-3-0-芸香糖苷、花翠素-3-0-葡糖苷酸、阿魏酸)的含量。

关键词:甜菜糖蜜、超声波辅助提取、响应面方法、酚类化合物、抗氧化剂、花青素

  1. 简介

甜菜是生产糖的重要作物(Balbach,Royer,&Rogers,1998; McDill,1947)。然而,糖业中的副产品--糖蜜,生产成本更低并且更容易获得(Roukas,1996)。早期研究人员已经详细阐述了用于家畜饲料、制备酒精和发酵培养基的糖蜜的回收(Ahmedna,Marshall,&Rao,2000; Paturau,1989)。甜菜糖蜜含有丰富的抗氧化剂(Filipcˇev, Levicacute;, Bodroz ˇa-Solarov,Miscaron;ljenovicacute;, amp; Koprivica, 2010; Koprivica, Miscaron;ljenovicacute;, Levicacute;, amp;Kuljanin, 2009) ,这意味着它可能被用作生产抗氧化剂的原材料。

近年来,冷压、加热回流、索氏提取和溶剂萃取等方法已被广泛用于从天然产物中提取生物活性成分(Contini,Baccelloni,Massantini,&Anelli,2008; Du,Xiao,&Li,2007;Mandal ,Mohan,&Hemalatha,2007;Wang,Sun,Cao,Tian,&Li,2008)。然而,在提取期间总是发现一些缺点,包括有安全隐患、能量投入高、产品质量低、环境风险和毒理学影响(Contini et al.,2008;Mandal et al.,2007),所以,改善抗氧化剂生产中的提取方法是非常必要的。最近,相关人员为提取抗氧化剂开发了新型方法,如加速溶剂、超声波辅助、微波辅助、超临界流体和酶辅助提取(Luque de Castro amp; Garcıa-Ayuso,1998; Sporring,Boslash;wadt,Svensmark, amp; Bjouml;rklund,2005;Vilkhu,Mawson, Simons,amp; Bates, 2008)。其中,超声波辅助提取法(UAE)已经被证实是一种比较经济有效的提取手段(Vilkhu et al.,2008)。酶辅助提取也是一种环保提取技术,但是它要求低温且成本高(Puri,Sharma,&Barrow,2012)。因此,与其他现代提取技术相比,超声波辅助提取(UAE)可能是提取生物活性化合物更有潜力的手段。

响应面法(RSM)是一种数学统计工具,已被广泛用于优化工业加工中的各种参数(Deepak et al,2008)。响应面法可以评估不同参数的影响,同时优化实验条件(Shekarchizadeh, Kadivar, Ghaziaskar, amp; Rezayat, 2009;Xu et al., 1998)。不同的RSM方法,如箱式设计(BBD)、中央复合设计(CCD)和三级全因子设计(TFFD)已广泛应用于食品、生物和化学等各个领域。在这些方法中,已证明CCD适用于模型和实验设计,这是响应面强大而通用的一个设计,跟许多其他设计相比使用的时间更少、效率更高(Aybastıer, Isık, Sahin, amp; Demir, 2012)。因此,使用CCD来优化通过超声波辅助提取抗氧化剂的技术有利于进一步学习。

最近已经使用RSM来确定从糖蜜中同时生产乳酸、黄胶原和乙醇的最有影响(Ergunamp;FerdaMutlu,2000;Kalogiannis,Iakovidou,Liakopoulou-Kyriakides,Kyriakidis,amp;Skaracis,2003; Kotzamanidis, Roukas, amp; Skaracis, 2002)力的参数。然而,酚类化合物、抗氧化剂和花青素含量的提取参数在以前的文献中没有提到。

本研究通过RSM优化了HCl浓度、乙醇浓度、提取温度和提取时间等UAE参数,以获得甜菜糖蜜中总酚含量、抗氧化活性和花色素含量的最佳提取率。此外,我们还通过HPLC-MS / MS鉴定了提取物的组成,并评估了超声波波对提取效率和提取物化学成分的影响。

2. 材料和方法

2.1 材料和试剂

甜菜糖蜜由新疆绿翔糖业有限公司(中国塔城)提供,福林-西奥卡特(FC)试剂、2,20-亚氨基-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)(ABTS)、水溶性维生素E[(plusmn;)-6-羟基-2,5,7,8-四甲基苯并二氢吡喃-2-羧酸] 购买自西格玛奥德里奇有限公司(美国密苏里州圣路易斯市)。分析级乙醇、甲醇、没食子酸和碳酸钠购自上海化学试剂有限公司(中国上海)。HPLC(高效液相色谱)级甲醇和乙酸购自天津凯美尔化学试剂有限公司(中国天津)。

2.2 超声波辅助提取

在超声波波清洗机RK102H(德国,班德林,型号:SONOREX DIGITEC)中进行超声波辅助提取。将甜菜糖蜜(2.0g)放入烧杯(100mL)中,加入60mL酸性乙醇溶剂,然后在35kHz,450W下进行超声波处理。在盐酸浓度(0.8-2.4mol / L)和乙醇浓度(50-90%,v /v)的范围内制备酸性乙醇溶液。将萃取液在45℃真空浓缩并进行分析。

2.3 实验设计

采用五个等级和四级变量(30个实验)的中央复合设计(CCD)方法进行提取变量的优化。自变量及其级别如下:HCl浓度为0.8-2.4mol / L,乙醇浓度为50-90%(v / v),萃取温度为20-60℃,萃取时间为30-90min。选择总酚含量、抗氧化活性和总花青素含量作为设计实验(Y)的响应。表1显示了自变量的框式设计的编码和实际值。

表格1 中央复合设计的编码和实际值范围

自变量

代码单位

编码级别

-2

-1

0

1

2

HCl 浓度 (mol/L)

X1

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4

乙醇浓度(%, v/v)

X2

50

60

70

80

90

提取温度 (℃)

X3

20

30

40

50

60

提取时间 (min)

X4

30

45

60

75

90

预测响应值由二阶多项式模型计算。响应面分析的二阶多项式模型如下:

(1)

其中Y是响应值,b0是偏移项,bi是线性效应,bii是平方效应,bij是相互作用效应,Xi和Xj是自变量。

使用Design Expert程序(7.1.3版本)分析数据,并通过F值分析系数。通过进行方差分析(ANOVA)、回归分析和绘制响应面图来优化总酚含量、抗氧化活性和总花青素的实验条件。

2.4 总酚含量分析

根据相关文献(Sahin, Aybastıer, amp; Isık, 2013b),用Folin-Ciocalteu(比色法)方法测量甜菜糖蜜提取物的总酚含量,实验中对此方法稍作修改。将20L甜菜糖蜜样品,2.0mL FC试剂和1.2mL碳酸钠溶液(7.5%w / v)混合,并在30℃下放置30min。在765nm处测量吸光度(Gil, Tomaacute;s-Barberaacute;n, Hess-Pierce, Holcroft, amp; Kader, 2000)。总酚含量表示为每g干重中没食子酸的mg当量(GAE)。

2.5 抗氧化活性的分析

如文献所述(Re et al., 1999; Thaipong, Boonprakob,Crosby, Cisneros-Zevallos, amp; Hawkins Byrne, 2006) ,用ABTS法测定提取物的抗氧化活性,实验中对此方法稍作修改。首先使20mM ABTS溶液与2.45mM硫酸钾溶液反应生成ABTS ,使用前在30℃下在黑暗中放置12-16h。然后,将0.25mL甜菜糖蜜提取物、3.75mL乙醇和1mL用乙醇以1:10的比例稀释的ABTS 自由基阳离子溶液混合。6分钟后,在734nm处以空白对照测量吸光度。结果以每g干重中水溶性维生素E的mg当量(TE)表示。

2.6 花青素的测定

花青素含量用于表示从甜菜糖蜜中提取的花青素的总量。基于Fuleki和Francis(Fuleki&Francis,1968)描述的方法,花青素含量以每100g干重中花青素-3-葡萄糖苷的mg当量表示。在520nm处测量可见吸光度(Ghafoor, Choi, Jeon, amp; Jo, 2009; Ku amp; Mun, 2008)。

2.7 高效液相色谱(HPLC-DAD-MS / MS)分析

HPLC-DAD-MS / MS用于鉴定甜菜糖蜜提取物中的化合物(He et al., 2010; Romani, Vignolini, Isolani, Ieri, amp; Heimler, 2006)。Waters HPLC系统由Waters 600E泵组成,并使用二极管阵列检测器(DAD)进行分析。色谱分离使用Agilent C18色谱柱(250mmtimes;4.6mm,5mu;m,中国上海安捷伦科技有限公司)在25℃下进行分析。流动相为1%乙酸水溶液(A)和甲醇(B),梯度程序为0-5 min,线性梯度为5-10%B;5-35分钟,线性梯度10-20%B; 35-45分钟,20%B等度洗脱; 45-65分钟,线性梯度20-40%B;65-70分钟,线性梯度40-100%B和70-90分钟100%B等度洗脱,流速为1mL/min。注射200mu;L样品或标准溶液。使用外部标准(( )-儿茶素用于黄烷醇定量、阿魏酸用于酚酸定量、花青素-3-O-葡萄糖苷用于花青素定量)建立的校准曲线的峰面积对甘蔗糖蜜提取物中主要成分进行定量分析。PDA用于黄烷醇为280nm,酚酸为320nm,花色苷为520nm(Ghafoor et al., 2009; Maneacute; et al., 2007)

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