黑蒜类黑精的超声提取工艺优化及其稳定性和抗氧化性研究.pdf
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1、贾庆超,李妍.黑蒜类黑精的超声提取工艺优化及其稳定性和抗氧化性研究 J.食品工业科技,2023,44(19):235243.doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022110227JIA Qingchao,LI Yan.Study on Optimization of Ultrasonic Extraction Technology,Stability and Antioxidation of Melanoidin fromBlack GarlicJ.Science and Technology of Food Industry,2023,44(19):235243.(i
2、n Chinese with English abstract).doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022110227 工艺技术 黑蒜类黑精的超声提取工艺优化及其稳定性黑蒜类黑精的超声提取工艺优化及其稳定性和抗氧化性研究和抗氧化性研究贾庆超,李妍(郑州科技学院食品科学与工程学院,河南郑州 450000)摘要:以黑蒜为原料,采用超声法提取黑蒜中的类黑精,并对提取工艺条件进行优化。选取乙醇体积分数、料液比、超声时间和超声温度四个影响因素进行单因素实验,在此基础上,采用正交试验优化最佳提取工艺,同时对黑蒜类黑精的稳定性和抗氧化活性进行研究。结果表明,超声法提取黑蒜类黑精的最
3、佳工艺参数为:乙醇体积分数为 10%、料液比为 1:7、超声时间为 40 min、超声温度为 70,此条件下得率为 3.465%。稳定性研究结果表明,温度高于 50 时,类黑精稳定性不好,而15 冷冻和 4 冷藏条件下,类黑精呈现较好的稳定性。氧化剂 H2O2和还原剂 Na2SO3、甜味剂、暗光对黑蒜类黑精稳定性无显著影响,直射光、酸味剂、强酸 pH24 和弱碱pH810,则会使其稳定性降低,而金属离子 Zn2+和 Fe2+会与其发生络合反应。质量分数小于 2%时的山梨酸钾和苯甲酸钠会降低类黑精的稳定性,而 0.05%的苯甲酸钠和 0.1%的山梨酸钾对类黑精稳定性影响很小,可作为类黑精食品的防
4、腐剂。黑蒜类黑精的 DPPH清除率和OH 清除率与浓度呈正相关,原提取液稀释 10 倍时(0.842 mg/mL),分别高达 92%和 76%,说明黑蒜类黑精有较强的抗氧化性。超声提取有利于类黑精的溶出,节约提取时间,提取率高,提取的类黑精抗氧化性强,具有较大的应用前景。关键词:黑蒜,类黑精,超声,提取工艺,稳定性,抗氧化性本文网刊:中图分类号:TS201.1 文献标识码:B 文章编号:10020306(2023)19023509DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2022110227StudyonOptimizationofUltrasonicExtractionTec
5、hnology,StabilityandAntioxidationofMelanoidinfromBlackGarlicJIAQingchao,LIYan(School of Food Science and Engineering,Zhengzhou University of Science and Technology,Zhengzhou 450000,China)Abstract:Using black garlic as raw material,the melanoidin in black garlic was extracted by ultrasonic method,and
6、 theextraction conditions were optimized.On the basis of the single factor experiments,the volume fraction of ethanol,the ratioof material to liquid,the ultrasonic time and the ultrasonic temperature were selected to optimize the optimum extractionprocess by orthogonal experiments.At the same time,t
7、he stability and antioxidant activity of black garlic melanoidin werestudied.The results showed that the optimum technological parameters for the extraction of melanoidin from black garlic byultrasonic method were as follows:The volume fraction of ethanol was 10%,the ratio of material to liquid was
8、1:7,theultrasonic time was 40 min,and the ultrasonic temperature was 70.Under these conditions,the yield was 3.465%.Theresults of stability study showed that when the temperature was higher than 50,the stability of melanoidin was not good,while under the conditions of 15 freezing and 4 freezing,the
9、melanoidin showed good stability.Oxidizing agentH2O2 and reducing agent Na2SO3,sweetener and dark light had no significant effects on the stability of black garlicmelanoidin,the direct light,sour agent,strong acid pH24 and weak base pH810 reduced its stability,while metal ions 收稿日期:20221124 基金项目:河南省
10、教育厅高等学校重点研究项目(22B550021);郑州科技学院 2022 年校级科研项目(XJKY08);郑州科技学院 2023 年大学生创新创业项目(DC202356)。作者简介:贾庆超(1981),男,硕士,副教授,研究方向:黑蒜食品研究与开发,E-mail:。第 44 卷 第 19 期食品工业科技Vol.44 No.192023 年 10 月Science and Technology of Food IndustryOct.2023 Zn2+and Fe2+had complex reaction with them.When the mass fraction was less th
11、an 2%,potassium sorbate and sodiumbenzoate would reduce the stability of melanoidin,while 0.05%sodium benzoate and 0.1%potassium sorbate had littleeffect on the stability of melanoidin,and could be used as preservatives for melanin food.The DPPH and OH clearancerate of black garlic melanoidin were p
12、ositively correlated with the concentration,when the original extract was diluted 10times (0.842 mg/mL),it was up to 92%and 76%,respectively,indicating that black garlic melanoidin had strongantioxidant activity.Ultrasonic extraction of melanoidin would be beneficial to the dissolution of melanoidin
13、,which couldsave extraction time and improve extraction rate.The melanoidin under ultrasonic extraction have strong antioxidantactivity and great application prospects.Keywords:black garlic;melanoidin;ultrasound;extraction process;stability;antioxidant activity 黑蒜是新鲜大蒜在一定温度和湿度条件下经过一定时间热处理发生褐变反应而形成的加
14、工食品1,是公认的天然保健食品25,口感柔软香甜,深受人们喜爱。类黑精是由食品加工、保存过程中发生美拉德反应形成的一种结构复杂、聚合度不等的高分子聚合物混合体6。Heloua 等7研究类黑精在肠道中的作用,发现其可以抑制肠道中的肠杆菌,同时具有抗炎作用。Rurin 等8研究表明,类黑精具有较强的抑菌能力,当其浓度较高时,对一些细菌如对革兰氏阳性菌可以直接将细菌致死,而对于其他有害细菌如幽门螺旋杆菌等同样具有抑制作用。Langner 等9证实类黑精对人体肠道癌细胞具有抑制作用,癌细胞的细胞分裂受到类黑精的影响,进而引起细胞凋亡。同时亦有研究表明类黑精可以调节胃肠道功能、预防肥胖,清肠排毒、促进铁
15、吸收、降血压、降血糖等生理活性10。由于黑蒜中的类黑精主要来自于其加工过程中的美拉德反应8,虽然目前国内外关于黑蒜类黑精的提取及功能活性做了大量的研究,但黑蒜加工工艺的不同及美拉德反应的复杂性导致类黑精的结构及活性差异较大11,为了更好地研究及开发利用黑蒜类黑精的生物活性,黑蒜中类黑精的提取成为热点。目前,国内外对食品中类黑精的提取分离技术主要有有机溶剂提取法、沉淀法、酶提取法、大孔吸附树脂法等1113,而这些传统的提取方法存在提取时间长、提取不充分、产品得率不理想等问题1416。近年来,超声波辅助提取法在提取类黑精方面展现出巨大的潜力,不但可以大幅提升类黑精的提取率,还可以较大程度缩短提取时
16、间1719,深受业界人士的青睐。郝日礼等17采用超声辅助法提取酒槽中类黑精,并与未经超声提取的进行对比,发现超声提取率提高了 40%左右。目前,有关黑蒜中类黑精的研究却并不多见,且提取法以溶剂浸提法为主15,故本研究首次选用超声辅助法提取黑蒜中的类黑精,考察提取溶剂乙醇体积分数、料液比、超声时间、超声温度 4 个因素对类黑精提取量的影响,并对黑蒜类黑精的稳定性和抗氧化活性进行研究,为黑蒜类黑精的开发利用提供理论依据,拓宽黑蒜的加工领域。1材料与方法 1.1材料与仪器黑蒜网购自山东省济宁市金乡县;苯甲酸钠、山梨酸钾(食品级)六月食品配料商行;柠檬酸(食品级)潍坊英轩实业有限公司;无水氯化钙、氯化
17、镁、氯化钾、硫酸亚铁、过氧化氢天津市致远化学试剂有限公司;亚硫酸钠、抗坏血酸、氢氧化钠天津市恒兴化学试剂有限公司;氯化锌汕头市西陇化工有限公司;邻二氮菲天津市大茂化学试剂厂;磷酸二氢钠郑州市派尼化学试剂厂;1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)福州飞净生物科技有限公司;无水乙醇天津市永大化学试剂有限公司;葡萄糖天津市科密欧化学试剂有限公司;盐酸洛阳昊华化学试剂有限公司;蔗糖广州市全华大化学试剂有限公司;以上试剂均为分析纯。BSA124S 电子天平赛多利斯科学仪器有限公司;PXSJ-216 离子分析仪上海仪点科学仪器股份有限公司;DHG-90301ALr 恒温干燥箱上海科恒实业发展有限公司;
18、Anke TDL-50B 离心机上海安亭科学仪器厂制造;HH-4 电热恒温水浴箱北京市永光明医疗仪器有限公司;KQ5200DE 数控超声波清洗仪器昆山市超声设备有限公司;UV-2800H 紫外分光光度计尤尼柯仪器有限公司。1.2实验方法 1.2.1 单因素实验采用超声法提取黑蒜类黑精,提取流程:准确称取 5.00 g 黑蒜样品,按一定料液比加入乙醇水溶液,研磨成浆状于一定温度的条件下超声一定时间后,取出冷却过滤,以 4000 r/min 离心 10 min,取上清液,稀释一定倍数后在 420 nm 处测定吸光度 A15。分别考察提取溶剂乙醇体积分数、料液比、超声时间、超声温度四个因素对类黑精提
19、取量的影响17。单因素实验基础添加量分别为乙醇体积分数 10%,料液比(黑蒜质量 g:提取剂的体积 mL)1:5,超声温度 55,超声时间 30 min。参考王月丽15的研究方法,提取剂乙醇体积分数 5 个水平为 0%、10%、20%、40%、70%,料液比5 个水平为 1:1、1:3、1:5、1:7、1:10,超声温度5 个水平为 25、40、55、70、100;参考时川等19的方法,超声时间 5 个水平为 0、10、20、30、40、50 min。提取剂乙醇体积分数、超声时间和超声温度、料液比四个因素的类黑精提取量以 AV 表示11,A 表示吸光度,V 表示料液比。236 食品工业科技20
20、23 年 10 月 1.2.2 正交试验设计在单因素实验的基础上,以AV 的值作为指标,对提取剂乙醇体积分数、料液比、超声时间和超声温度四个因素进行四因素三水平正交试验,表 1 为正交试验因素水平表。表 1 正交试验因素水平表Table 1 Orthogonal test factor level table水平因素A乙醇体积分数(%)B料液比(g:mL)C超声时间(min)D超声温度()101:320402101:530553201:74070 1.2.3 黑蒜类黑精稳定性的研究根据正交试验得到的最优加工条件制备黑蒜类黑精提取液,再分别探究光照、温度、金属离子、pH、食品添加剂、氧化剂还原剂
21、、防腐剂对黑蒜类黑精稳定性的影响。1.2.3.1 光照参考徐文秀等20的方法并略作改动,准确量取 3 份黑蒜类黑精提取液 0.2 mL 于 10 mL比色管中,用蒸馏水定容至 10 mL,春季 5 月,天气晴,室温 25 左右,上午 10:00 至实验结束,分别置于室内自然光、室外直射光、避光条件下存放,每隔1 h 取样,在 420 nm 处测吸光度,探究不同的光照条件对黑蒜类黑精稳定性的影响。1.2.3.2 温度参考徐文秀等20的方法并略作改动,准确量取 8 份类黑精提取液 0.2 mL 于 10 mL 比色管中,用蒸馏水定容至 10 mL,分别置于温度为 40、50、60、70、80 的水
22、浴锅中保温,另外两份分别置于冷冻温度15 和冷藏温度 4 的温度下存放,每隔 1 h 取样,在 420 nm 处测吸光度,探究不同温度对黑蒜类黑精稳定性的影响。1.2.3.3 金属离子参考相玉秀等21的方法并略作改动,准确量取 5 份类黑精粗提取液 0.2 mL 分别于10 mL 比色管中,其中一份蒸馏水定容至 10 mL,作空白对照。其余4 份分别用0.01、0.05、0.10、0.5 mol/L的氯化钙溶液定容至 10 mL,静置 5 min,在 420 nm处测吸光度,观察现象。按以上方法分别探究氯化镁、氯化锌、氯化钾、硫酸亚铁对黑蒜类黑精稳定性的影响。1.2.3.4 pH参考相玉秀等2
23、1的方法并略作改动,准确量取 5 份类黑精粗提取液 0.2 mL 于 10 mL 比色管中,分别用以 HCl 和 NaOH 配置的 pH 为 2、4、6、8、10 的溶液定容至 10 mL,静置 5 min,在420 nm 处测吸光度,观察现象,探究不同 pH 对黑蒜类黑精稳定性的影响。1.2.3.5 食品添加剂参考时川等19的方法,准确量取 6 份类黑精粗提取液 0.2 mL 于 10 mL 比色管中,分别用质量分数为 0%、2%、4%、6%、8%、10%的葡萄糖溶液定容至 10 mL,并在 420 nm 波长处测吸光度值。按以上方法,将上述葡萄糖溶液换为蔗糖溶液、柠檬酸溶液、抗坏血酸溶液,
24、探究食品添加剂对黑蒜类黑精稳定性的影响。1.2.3.6 氧化还原剂参考时川等19方法并略作改动,准确量取 6 份类黑精粗提取液 0.2 mL 于 10 mL比色管中,分别用质量分数为 0%、2%、4%、6%、8%、10%的 H2O2溶液定容至 10 mL,并在 420 nm处测吸光度值。按以上方法,将上述 H2O2溶液换为 Na2SO3溶液,探究氧化剂还原剂对黑蒜类黑精稳定性的影响。1.2.3.7 防腐剂参考时川等19的方法并略作改动,准确量取 6 份类黑精粗提取液 0.2 mL 于 10 mL 比色管中,分别用质量分数为 0%、2%、4%、6%、8%、10%的苯甲酸钠溶液定容至 10 mL,
25、并在 420 nm 处测吸光度。按以上方法,将上述苯甲酸钠溶液换为山梨酸钾溶液,探究防腐剂对黑蒜类黑精稳定性的影响。1.2.4 黑蒜类黑精的抗氧化活性 1.2.4.1 待测溶液配制由正交试验得到的最优加工条件制备黑蒜类黑精提取液,根据最终提取液的体积及醇沉后得到的类黑精的质量,得到类黑精原液的浓度为 8.42 mg/mL,参考王明慧等14等研究方法,分别稀释 10、20、30、40、50 倍,测定不同稀释倍数下类黑精的抗氧化活性指标。抗氧化性测定以 VC为阳性对照,准确称取0.8420 g 抗坏血酸,定容至 100 mL 容量瓶中,得到浓度为 8.42 mg/mL 的 VC溶液,分别稀释 10
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- 黑蒜类黑精 超声 提取 工艺 优化 及其 稳定性 氧化 研究
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