紅參酒總皂苷的超聲提取工藝研究

都昊賢，王步江，2

（1.天津農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)與生物工程學(xué)院，天津 300384；2.天津市農(nóng)副產(chǎn)品深加工技術(shù)工程中心，天津 300384）

人參作為一類重要的農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)，其種植最早可以追溯到我國的東漢時期[1-2]。在土壤、氣候、種植模式等條件的影響下，我國的人參種植形成了以吉林省長白縣為主要產(chǎn)區(qū)的可持續(xù)發(fā)展模式[3]?，F(xiàn)代研究表明，人參中含有多種活性成分，如人參皂苷、多糖、氨基酸、揮發(fā)油、生物堿、酚酸、脂肪酸、多肽等[4-8]。許多專家學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，人參提取物具有多種藥理作用，如抗氧化、抗衰老、抗抑郁、增強免疫等[9-10]。

我國酒文化有著深厚的歷史底蘊，當前，大健康產(chǎn)業(yè)成為時代發(fā)展的潮流，因此具有健康屬性的酒將會迎來高質(zhì)量發(fā)展的新趨勢[11]。目前，參酒的研究主要是以發(fā)酵型人參酒為主，通過發(fā)酵工藝提高人參皂苷和人參多糖的得率[12-13]。紅參酒相關(guān)研究內(nèi)容較少，紅參是人參經(jīng)蒸制后干燥的根和根莖，在蒸制過程中，人參中的還原糖與氨基酸發(fā)生了美拉德反應(yīng)而產(chǎn)生褐色物質(zhì)[14]。以紅參為原料，在單因素試驗基礎(chǔ)上，開展響應(yīng)面試驗進行優(yōu)化，旨在為紅參酒的產(chǎn)品開發(fā)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅參（五年根），產(chǎn)地為吉林；50%Vol、55%Vol、60%Vol白酒，天津市直沽釀酒廠提供；人參皂苷Re標準品（純度98%），北京索萊寶科技有限公司提供；香草醛（分析純），上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供；冰乙酸（分析純），天津市匯杭化工科技有限公司提供；高氯酸（分析純），天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司提供；甲醇（分析純），天津市大茂化學(xué)試劑廠提供。

1.2 試驗儀器

分析天平（OHAUS），奧豪斯儀器上海有限公司產(chǎn)品；T6型紫外分光光度計，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司產(chǎn)品；HWS28型電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；Elmasonic P型超聲清洗機，德國艾爾瑪公司產(chǎn)品；Starter-3100型pH計，奧豪斯儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

1.3.1 紅參的前處理

取整顆紅參，參莖部分切成厚度為0.5 cm的薄片，根須部位切成1 cm小段，將切好的參莖放入保鮮袋中混勻，取樣時按參莖和根須質(zhì)量比3∶1進行稱量。

1.3.2 人參總皂苷含量的測定

（1）標準曲線的制作。參考趙亞等人[15]的方法配制人參皂苷Re標液并制作標準曲線，于波長560 nm處測定吸光度，得到標準曲線方程為：Y=3.062 5X+0.016 4，R2=0.999 2，具有良好的線性關(guān)系。

（2）紅參酒人參總皂苷含量測定。吸取紅參酒1 mL于10 mL具塞比色管中，置于60℃水浴揮干，加入質(zhì)量分數(shù)為5%的香草醛-冰乙酸溶液0.2 mL，再加入高氯酸溶液0.8 mL，混合均勻，使殘渣全部溶解，重新置于60℃水浴加熱10 min，取出后用冰水冷卻，加入冰乙酸溶液5.0 mL，立即用分光光度計于波長560 nm處，以試劑空白為參比，測定吸光度。

1.3.3 紅參酒色度的測定方法

紅參酒的色度測定參考鄭新華[16]應(yīng)用于浸泡青梅酒的色度測量方法。用蒸餾水調(diào)零，分別測定紅參酒于波長420，520，620 nm處的吸光度。

具體計算公式如下：

式中：D——紅參酒的色度；

OD420——紅參酒于波長420 nm處的吸光度；

OD520——紅參酒于波長520 nm處的吸光度；

OD620——紅參酒于波長620 nm處的吸光度。

1.3.4 紅參酒透光率的測定方法

紅參酒的透光率測定參考王英[17]應(yīng)用于靈芝首烏酒的透光率測量方法。用蒸餾水調(diào)零，測定人參酒于波長635 nm處的吸光度，吸光度的大小與酒的透光率呈正相關(guān)。

1.3.5 紅參酒的pH值測定方法

紅參酒的pH值使用電子pH計進行測定。

1.3.6 單因素試驗

（1）超聲時間的考查。稱量4.000 0 g（精確至0.000 1 g）的紅參于食品級塑料瓶，按照基酒倍數(shù)12倍，加入50%Vol的基酒，室溫浸泡18 d后，在超聲頻率37 kHz，超聲溫度40℃條件下，分別以超聲時間5，10，15，20，25 min，連續(xù)超聲處理7 d，然后將酒樣分別收集，供測定。

（2）超聲間隔的考查。稱量4.000 0 g（精確至0.000 1）的紅參于食品級塑料瓶，按照基酒倍數(shù)12倍，加入50%Vol的基酒，室溫浸泡18 d后，在超聲頻率37 kHz，超聲溫度40℃條件下，確保超聲總時長不變的基礎(chǔ)下，分別按超聲時間10 min，每隔2 d超聲處理20 min，每隔3 d超聲處理30 min進行，將超聲12 d后的酒樣分別收集，供測定。

1.3.7 響應(yīng)面試驗設(shè)計

在單因素試驗基礎(chǔ)之上，選擇基酒酒精度、超聲時間和超聲間隔3個因素，采用Design Expert 10.0軟件進行響應(yīng)面設(shè)計，稱量4.000 0 g（精確至0.000 1 g）于食品級塑料瓶，按照基酒倍數(shù)12倍加入基酒，在室溫下浸泡18 d后，按響應(yīng)面試驗所設(shè)計的條件超聲12 d，以人參總皂苷含量為響應(yīng)值，對紅參酒的超聲工藝進行優(yōu)化。

響應(yīng)面試驗因素與水平設(shè)計見表1。

表1 響應(yīng)面試驗因素與水平設(shè)計

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均進行3次平行試驗，結(jié)果取算術(shù)平均值。運用SPSS Statistics 17.0和Design Expert 10.0進行數(shù)據(jù)的處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 基酒基本性質(zhì)的考查

基酒的基本性質(zhì)見表2。

表2 基酒的基本性質(zhì)

由表2可以看出，基酒酒精度升高，透光率下降，pH值下降。

2.2 單因素試驗

2.2.1 超聲時間的考查

超聲時間對紅參酒品質(zhì)的影響見表3。

表3 超聲時間對紅參酒品質(zhì)的影響

由表3可以看出，紅參酒的色度和透光率值隨超聲時間的增加而增大，pH值呈上升趨勢。與對照組相比，進行超聲的紅參酒在色度、透光率和pH值方面均上升。超聲處理的試驗組與對照組相比，人參總皂苷含量顯著提高（p＜0.05）。紅參酒中人參總皂苷含量隨著超聲時間的增長而增加，超聲25 min時人參總皂苷含量達到最大值。綜上所述，選擇超聲時間15，20，25 min作為后續(xù)響應(yīng)面試驗的3個水平條件。

2.2.2 超聲間隔的考查

超聲間隔對紅參酒品質(zhì)的影響見表4。

表4 超聲間隔對紅參酒品質(zhì)的影響

由表4可以看出，每3 d超聲30 min的紅參酒總皂苷含量為4.87 mg/100 mL，優(yōu)于每天超聲10 min和每2 d超聲20 min的紅參酒，可能是由于長時間超聲使紅參組織結(jié)構(gòu)受到反復(fù)的壓縮和拉抻[18]，更利于人參皂苷溶出。

2.3 響應(yīng)面試驗

2.3.1 響應(yīng)面試驗結(jié)果及顯著性分析

在單因素試驗基礎(chǔ)上，設(shè)計響應(yīng)面試驗以優(yōu)化超聲輔助工藝的條件。

響應(yīng)面試驗結(jié)果見表5，人參總皂苷含量指標方差分析見表6。

表5 響應(yīng)面試驗結(jié)果

表6 人參總皂苷含量指標方差分析

運用軟件對人參總皂苷含量（R1）與基酒酒精度（A）、超聲時間（B）和超聲間隔（C）進行三元二次方程擬合，則擬合方程為：

經(jīng)過響應(yīng)面擬合，模型方程具有顯著性，且相關(guān)系數(shù)R2=0.960 5，表明模型擬合方程良好。由表6分析發(fā)現(xiàn)，超聲時間和超聲間隔對人參總皂苷含量影響顯著，3個因素對人參總皂苷含量影響程度大小為超聲時間＞超聲間隔＞基酒酒精度。模型中B、C、AB、BC、A2、B2、C2對紅參酒中人參總皂苷含量影響極顯著，其余項影響不顯著。

2.3.2 響應(yīng)面各因素相互作用分析

超聲時間和超聲間隔的相互作用對人參總皂苷含量影響的響應(yīng)面和等高線圖見圖1，超聲時間和基酒酒精度的相互作用對人參總皂苷含量影響的響應(yīng)面和等高線圖見圖2，超聲間隔和基酒酒精度的相互作用對人參總皂苷含量影響的響應(yīng)面和等高線圖見圖3。

由圖1～圖3可以看出，響應(yīng)面等高線圖可展現(xiàn)各因素間交互作用的強弱，三維響應(yīng)面圖的曲面坡度陡峭表明影響顯著，反之則不顯著[19]。等高線圖越趨向橢圓，表明兩因素相互作用影響顯著。

由圖1可以看出，當基酒酒精度不變時，人參總皂苷含量隨超聲時間的增加而增加，隨超聲間隔的增加呈先增后減的趨勢。超聲時間與超聲間隔相互作用的等高線圖呈橢圓形，曲面較陡，表明兩因素間相互作用影響顯著。

圖1 超聲時間和超聲間隔的相互作用對人參總皂苷含量影響的響應(yīng)面和等高線圖

由圖2可以看出，基酒酒精度和超聲時間接近最優(yōu)水平時等高線間距變大，等高線呈橢圓形，表明基酒酒精度和超聲時間的交互作用對人參總皂苷含量影響顯著，與方差分析結(jié)果一致。

圖2 超聲時間和基酒酒精度的相互作用對人參總皂苷含量影響的響應(yīng)面和等高線圖

由圖3可以看出，以超聲時間為定量，人參總皂苷含量隨著超聲間隔或基酒酒精度的增大呈現(xiàn)出先增后減的趨勢，變化幅度較小且曲面較平緩，說明超聲間隔與基酒酒精度的相互作用對人參總皂苷的含量影響不顯著。

圖3 超聲間隔和基酒酒精度的相互作用對人參總皂苷含量影響的響應(yīng)面和等高線圖

2.3.3 驗證試驗

應(yīng)用Design Eexpert 10.0得到紅參酒的最佳超聲提取工藝為基酒酒精度60.00%Vol，超聲處理時間20.62 min，超聲間隔1.77 d，此時人參總皂苷含量為4.25 mg/100 mL?？紤]到可行性，將最佳工藝參數(shù)調(diào)整為基酒酒精度60%Vol，超聲時間21 min，超聲間隔2 d，進行3次平行試驗，測得人參總皂苷含量為4.02 mg/100 mL，與預(yù)測值接近，說明該模型可行。

3 結(jié)論

通過單因素試驗，發(fā)現(xiàn)超聲時間對紅參酒的色度、透光率等指標產(chǎn)生影響，超聲提取工藝可以顯著提高浸泡型紅參酒的人參總皂苷含量。在單因素試驗基礎(chǔ)上進行了響應(yīng)面試驗，得到紅參酒的最佳超聲提取工藝為基酒酒精度60%Vol，超聲時間21 min，超聲間隔2 d。