小粒咖啡果皮多酚提取工艺优化及抗氧化活性

王彦兵 匡钰 李国明 刘小琼 苏琳琳 王晓媛 李守岭

摘要：[目的]优化咖啡果皮多酚提取工艺条件，为其功能性开发和综合利用提供技术参考。[方法]采用单因素及响应面试验方法对超声辅助提取咖啡果皮多酚工艺进行优化，比较分析咖啡果皮多酚体外抗氧化活性。[结果]在超声功率200W条件下，咖啡果皮多酚的最佳提取工艺条件为料液比m（g）：v（mL）=1：54，乙醇体积分数56%，提取时间42min，提取温度69C，多酚提取率为34.68mg：g。表明咖啡果皮多酚具有较好的还原性，对1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）自由基、羟自由基和超氧阴离子自由基有一定的清除能力，ICso值分别为2.10、314.97、322.02HgmL，其清除能力分别是L抗坏血酸的0.99倍、0.52倍、0.12倍。[结论]响应面优化工艺提取的咖啡果皮多酚具有一定抗氧化活性，提取工艺可行性高。该研究可为咖啡加工废弃物的再利用提供参考。

关键词：咖啡果皮;多酚;超声辅助;提取工艺;抗氧化

中图分类号：TQ460.9;S38

文献标志码：A

文章编号：1008-0384（2020）06-0682-09

0引言

[研究意义]咖啡（RubiaceaeCoffeaL.）因其复杂宜人的风味和来自咖啡因的刺激作用，成为世界上最受欢迎的饮料之一，在世界范围内广泛种植，是仅次于石油的第二大贸易商品，生产上栽培的主要有小粒种咖啡（CoffeaarabicaL.）和中粒种咖啡（CoffeacanephoraPierreexFroehn.），分别占世界咖啡产量的60%和40%。小粒咖啡因其独特的风味特点倍受消费者青睐，我国的小粒咖啡种植区主要分布在云南省，2018年其种植面积及生豆产量均为全国的98%以上！5-4。咖啡湿法加工过程易于控制其品质稳定性，云南省小粒咖啡80%以上都采用湿法加工生产水洗咖啡。果皮作为初级副产物，大部分被遗弃。而咖啡果皮约占咖啡干重的29.0%，造成严重的资源浪费及环境污染。植物多酚是一种天然还原性物质，具有较强的抗氧化活性，可以清除细胞中多余的自由基，防止细胞受损，在食品、日化和医药等领域具有广泛应用。咖啡果皮中含有花青素、绿原酸、咖啡酸和阿魏酸等多酚类物质，研究其提取工艺有利于环境保护及促进咖啡中天然活性成分的持续挖掘。[前人研究进展]近年来，国内外对咖啡果皮多酚及其抗氧化活性已有一些研究，Arellao-Gonzilez等叫、陈小伟等码研究了咖啡果皮发酵前后多酚含量变化趋势，发现咖啡果皮经发酵后其多酚含量显著上升，对自由基的清除能力显著增强;张云鹤等叫发现咖啡果皮中花青素主要为矢车菊素-3-葡萄糖苷和矢车菊素-3-芸香糖苷，清除DPH和ABTS自由基的ICso值分別为1.082、1.085mg·mL;付晓萍等5发现咖啡果皮粗提液对氧化损伤的人脐静脉内皮细胞有一定的保护和恢复作用;Duangjai等探讨了不同前处理过程咖啡果皮多酚的含量、抑菌活性及抗氧化活性的差异。[本研究切入点]超声波辅助提取具有操作方便、省时、提取率高等优点，广泛应用于植物多酚的提取研究，然而关于咖啡果皮多酚的提取工艺却鲜有报道。[拟解决的关键问题]本研究运用响应面方法优化小粒咖啡果皮多酚提取工艺，并研究其体外抗氧化活性，为其天然活性成分的提取及综合利用提供科学指导。

1材料与方法

1.1试验材料

小粒咖啡鲜果（卡蒂姆CHC7963），采摘于农业农村部瑞丽咖啡种质资源圃;无水乙醇、焦性没食子酸、L抗坏血酸、硫酸亚铁、30%过氧化氢、铁氰化钾、三氯化铁（均为AR）：天津市风船化学试剂科技有限公司;DPPH（BR）：山东西亚化学股份有限公司;磷酸二氢钠、无水碳酸钠、磷酸氢二内、三羟甲基氨基甲烷（均为AR）：天津市光复精细化工研究所;三氯乙酸（AR）：成都市科隆化学品有限公司;水杨酸（AR）：上海试剂一厂;没食子酸（AR）：国药集团化学试剂有限公司;盐酸（GR）：西陇化工股份有限公司;福林酚：北京索莱宝科技有限公司。

1.2试验方法

1.2.1工艺流程样品洗净一半湿法脱皮，收集果皮——水洗法去除果胶-50C真空千燥果皮——粉碎，过60目筛——称取1.0g样品粉末——设定条件下超声浸提（功率200W，频率40kHz）——离心（4000rmin1）后收集上清液——备用。

1.2.2多酚含量测定标准曲线绘制：采用福林一酚比色法。配制质量浓度为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05mgmL的没食子酸标准溶液，分别量取各标准液1.0mL置于10mL比色管中，加人0.2mL福林酚，3～8min加入2mL7.5%Na，CO;，纯水定容，避光静置60min。以纯水代替试剂作为对照，760m处测定吸光值。绘制没食子酸质量浓度（X）与吸光度（Y）之间的线性关系，得到回归方程：Y=9.3086X+0.0073，R*=0.9990。

总酚含量测定及提取率计算：取1.0mL提取稀释液于比色管中，按上述方法求得提取液多酚浓度，多酚提取率见公式（1）。

式中：Y，咖啡果皮多酚提取率（mg：g'）;C，稀释液中总酚质量浓度（mg：mL"）;n，稀释倍数;V，提取液总体积（mL）;m，咖啡果皮质量（g）。

1.2.3单因素试验依次考察不同因素对咖啡果皮多酚提取率的影响：固定乙醇体积分数40%、超声时间50min、超声温度50C，料液比设置为1：10、l：20、1：30、1：40、1：50、1：60（g：mL）;固定料液比l：50（g：mL）、超声时间50min、超声温度50C，乙醇体积分数设置为30%、40%、50%、60%、70%、80%;固定料液比1：50（g：mL）、乙醇体积分数60%，提取温度50C条件下，超声时间设置为30、40、50、60、70、80min;固定料液比1：50（g：mL）、乙醇体积分数60%、超声时间40min，超声温度设置为30、40、50、60、70、80C。1.2.4超声提取工艺优化在单因素试验基础上，依据Box-behnken中心组合试验原理，优化咖啡果皮多酚提取工艺（表1）。

2.3.2羟自由基清除能力测定由图7可知，一定范围内，咖啡果皮多酚和L-抗坏血酸对羟自由基的清除能力随浓度的增加而增强，二者质量浓度为500ug：mL^时，清除率分别为69.33%、9949%。咖啡果皮多酚对羟自由基清除率的抑制方程为y=-1.1679+2.4689x，r=0.9947，ICso=314.97pugmL;L-抗坏血酸对羟自由基清除率的抑制方程为y=-6.1049+5.0094x，r=0.9786，ICso=164.75yg·mLICso值表明咖啡果皮多酚清除羟自由基清除能力是L-抗坏血酸的0.52倍。

2.3.3超氧阴离子自由基清除能力测定超氧阴离子自由基的清除能力随着质量浓度升高而增强（图8）。

咖啡果皮多酚对超氧阴离子自由基清除率的抑制方程为y=-1.4214+2.5605x，r=0.9690，ICso=322.02yg·mL';L-抗坏血酸对超氧阴离子自由基清除率的抑制方程为y=2.1825+1.7885x，r=0.9616，ICso=37.61g：mL。由ICso值可知咖啡果皮多酚对超氧阴离子自由基清除能力是L-抗坏血酸的0.12倍。

2.3.4总还原力测定采用普鲁士蓝法评价咖啡果皮多酚总还原力，还原力的大小以吸光度衡量，吸光度越大，还原力越强。如图9所示，在一定范围内，吸光度与质量浓度呈正比，即还原力随质量浓度增加而增强;同等浓度下，咖啡果皮多酚还原力高于L-抗壞血酸，质量浓度为60.0yg·mL'时，吸光度分别为0.676、0.633，表明咖啡果皮多酚具有优良的还原力。

3讨论与结论

超声波辅助乙醇溶液法提取植物多酚，提取剂安全无毒且可回收，提取法可进行等比例放大，是一种常用的操作方便、省时、环境友好且经济效益高的多酚提取方法。本试验采用该方法提取咖啡果皮多酚，提取时间为42min，提取率34.68mg*g。Chalalai等采用乙醇浸泡法提取咖啡果皮多酚，提取时间为72h，而提取率仅为13.21mg*g'。相比之下，超声波提取方法省时高效，适用于对咖啡果皮多酚的提取。

天然抗氧化剂能够清除自由基，预防和抑制肿瘤和心血管疾病的发生，介于体内实验周期长，抗氧化活性筛选主要集中在体外模拟测定。多酚类化合物能释放酚羟基上氢离子，终止氧化反应，表现出抗氧化生物活性，对加工副产物多酚活性进行评价，可为天然多酚的开发提供一定参考。赵光远等25对石榴渣多酚提取物经行DPPH自由基清除率测定，表明提取液抗氧化活性与浓度呈正相关;徐彩红等29采用超声辅助酶解法优化玉米皮多酚提取工艺，并对玉米皮DPPH自由基和ABTS+自由基清除率进行测定，表明玉米皮多酚具有较强的抗氧化能力;令博等7对葡萄皮渣多酚提取液采用DPPH清除法和铁氰化钾法，进行体外抗氧化活性研究，结果表明葡萄皮渣中的多酚能有效清除DPPH自由基并且具有较强的还原能力。本试验研究了咖啡果皮多酚对DPPH自由基、羟自由基及超氧阴离子自由基的清除能力，在此基础。上计算了咖啡果皮多酚清除3种自由基的ICso值。ICso值与抗氧化活性成反比，其值越小，抗氧化活性越强。由计算结果可知，咖啡果皮多酚对DPPH自由基、羟自由基及超氧阴离子自由基均具有一定的清除能力，清除效果由强至弱。咖啡果皮多酚转化Fe*至Fe*的能力优于同等浓度下L抗坏血酸。体外抗氧化活性结果的差异可能是由咖啡果皮多酚纯度及羟基位置结构的差异导致，因此，在后续研究中将对咖啡果皮多酚进行纯化，进一步研究其生物活性。

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（责任编辑：张梅）

王彦兵，匡钰，李国明，等.小粒咖啡果皮多酚提取T艺优化及抗氧化活性[J].福建农业学报，2020，35（6）：682-690.