超临界萃取啤酒花浸膏及其萃余物中多酚化合物提取的研究

收稿日期：２００５－１０－２６作者简介：刘玉梅（１９６５－），女，高级工程师，在读博士，主要从事天然植物资源及食品科学方面研究。

超临界萃取啤酒花浸膏及其萃余物中多酚化合物提取的研究刘玉梅１，２，顾小红１，汤　坚１，刘奎钫２（１．江南大学　食品科学与安全教育部重点实验室，江苏　无锡 ２１４０３６；２．新疆大学化学化工学院，新疆　乌鲁木齐 ８３００４６）摘 要：ＣＯ２啤酒花浸膏因质量稳定，易于储存和利用率高等特点在啤酒酿造中的使用量正在逐年增加。

文章考察了超临界ＣＯ２萃取啤酒花浸膏的工艺对产品中啤酒花多酚含量的影响，并以超临界ＣＯ２萃取啤酒花的萃余物质为原料，研究了从中提取啤酒花多酚的可能性。

结果表明，当萃取温度为４０℃，萃取压力大于２５ＭＰａ时，浸膏中的多酚含量明显提高，更高的提取温度得到的产品中多酚的含量没有明显的提高。

采用溶剂法从萃余物质中提取啤酒花多酚的实验表明，５０％（Ｗ／Ｗ）的丙酮－水的混合溶剂体系对啤酒花多酚的提取效果最好，总收率可达到８３．７０％（Ｗ／Ｗ），从超临界萃取啤酒花的萃余物质中提取啤酒花多酚可提高啤酒花综合利用的价值。

关键词：超临界ＣＯ２啤酒花浸膏；啤酒花多酚；萃余物；提取Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ Ｈｏｐ　Ｐｏｌｙｐｈｅｎｏｌｓ　ｗｉｔｈ　Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　ＣＯ２　ＥｘｔｒａｃｔｉｏｎＬＩＵ　Ｙｕ－ｍｅｉ１，２，ＧＵ　Ｘｉａｏ－ｈｏｎｇ１，ＴＡＮＧ　Ｊｉａｎ１，ＬＩＵ　Ｋｕｉ－ｆａｎｇ２（１．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｆｏｏｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｓａｆｅｔｙ，　Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，　Ｓｏｕｔｈｅｒｎ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｘｉ ２１４０３６，　Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ，　Ｘｉｎｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｕｒｍｕｑｉ ８３００４６，　Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ　：Ｔｏｄａｙ，　ｂｒｅｗｅｒｓ　ａｒｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ　ｍａｋｉｎｇ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｈｏｐ　ｅｘｔｒａｃｔｓ　ｗｉｔｈ　ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　ＣＯ２　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ．　Ｔｈｅｓｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｓｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｌｙ　ｂｅｔｔｅｒ　ｇｕａｒａｎｔｅｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｌｏｎｇｅｒ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｔｈａｎ　ｔｈｏｓｅ　ｏｆ　ｎａｔｕｒａｌ　ｈｏｐｓ，　ａｎｄ　ｐｅｒｍｉｔ　ａ　ｈｉｇｈｅｒ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｒａｔｅｏｆ　ｈｏｐ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ．　Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｏｆ　ｈｏｐ　ｐｏｌｙｐｈｅｎｏｌｓ　ｉｎ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｗｉｔｈ　ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　ＣＯ２　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｏｎ　ｈｏｐｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．　Ｉｔ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ａｔ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　４０℃，　ａ　ｈｉｇｈｅｒ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ（ｍｏｒｅ　ｔｈａｎ　２５ＭＰａ）　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｎ　ａ　ｈｉｇｈｅｒ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｈｏｐｐｏｌｙｐｈｅｎｏｌｓ　ｉｎ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ．　Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｈｏｐ　ｐｏｌｙｐｈｅｎｏｌｓ　ｅｘｔｒａｃｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ｓｐｅｎｔ　ｈｏｐ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｄｅｒｉｖｅｄ　ｆｒｏｍ　ｗａｓｔｅｒｅｓｉｄｕｅｓ　ｏｆ　ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　ＣＯ２　ｅｘｔｒａｃｔ　ｗｅｒｅ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．　Ｔｈｅ　ｍｉｘ－ｓｏｌｖｅｎｔ　ｏｆ　ａｃｅｔｏｎｅ－ｗａｔｅｒ　（５０％，　Ｗ／Ｗ）　ｗａｓ　ｍｏｒｅ　ｐｒｏｐｉｔｉｏｕｓ　ｔｏ　ｏｂｔａｉｎ　ｈｉｇｈｅｒｌｅｖｅｌｓ　ｏｆ　ｐｏｌｙｐｈｅｎｏｌｓ．　Ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｓｈｏｗｎ　ｔｏ　ｂｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｏｎ　ｅｎｈａｎｃｉｎｇ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｏｐ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｅｒ　ＣＯ２ ｈｏｐ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ；ｈｏｐ　ｐｏｌｙｐｈｅｎｏｌｓ；ｓｐｅｎｔ　ｈｏｐ；ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ中图分类号：ＴＳ２６２．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－６６３０（２００６）０９－０１５５－０４啤酒花多酚是构成啤酒花风味的重要物质之一，它对协调啤酒的风味和保持风味的稳定性有很大作用。

啤酒花中的多酚由单体多酚和聚合多酚组成，以花色苷为主要结构的组分达多酚总量的８０％左右。

啤酒中的多酚主要来自麦芽和啤酒花，其组成也包括单体酚和多聚酚，它们在啤酒中含量分别可达到（２５～６０）×１０－６和（７０～１００）×１０－６［１］。

多酚是啤酒口味的良好助剂，它能赋予啤酒醇厚性，增强其苦味。

其中低分子量的多酚比高分子量的多酚沉淀蛋白质的能力更强一些，高分子量多酚的活性相对较差，如留存于麦汁中，就会造成啤酒的颜色加深和口味粗糙。

低分子量的多酚具有还原性，可使啤酒的口感新鲜，对啤酒口味稳定性有促进作用［２］。

多酚被氧化后，就使啤酒的色度加深，并破坏啤酒中胶体的稳定性，导致啤酒口味粗糙并产生不愉快的后苦，这是啤酒涩味，陈旧味的主要原因之一。

酚类与蛋白质形成的复合物会造成啤酒的浑浊，瓶装啤酒在室温和突然低温储存一段时间后，啤酒中的单体多酚和多聚酚会与蛋白质结合，产生浑浊，这种浑浊产生的速率可以作为瓶装啤酒的货架寿命指标。

啤酒中过量的多酚物质可引起啤酒口味苦涩、苦味不正、后苦味长等缺陷，也是造成啤酒冷浑浊和永久性浑浊的主要原因；但是，从另一个角度讲，适量的低分子量多酚的存在，却能改善啤酒的非生物稳定性，协调啤酒的风味［３～５］。

啤酒花多酚的组成与啤酒花品种、种植区域、采摘技术和老化的程度以及啤酒花的储藏条件有关。

通常，在纬度较低的地区生长的香型啤酒花比苦型啤酒花或非原产地生长的啤酒花的低分子量多酚的含量更高。

啤酒花中含２％～６％多酚类物质，大部分存在于酒花的前叶片以及蛇麻腺中，在梗中含量很少，啤酒花的还原能力主要取决于其中的多酚含量［６］。

近年来，有关研究啤酒花多酚具有抑制癌细胞，降低幽门螺旋杆菌的发病危险，中和Ｅ．ｃｏｌｉ－１５７大肠杆菌分泌的Ｖｅｒｏ　Ｔｏｘｉｎ毒素和抑制龋齿菌的各类研究报告不断发表，啤酒中的多酚、类黄酮化合物在具有对啤酒保鲜作用的同时兼有对人体健康有益的潜在价值已开始受到相关研究领域的广泛关注，这也同样引起了啤酒厂家的高度重视［７］。

目前啤酒生产厂在不断调整生产工艺，以确保在啤酒中能保留适量的低分子量的啤酒花多酚。

传统的啤酒生产工艺主要以使用压缩啤酒花和颗粒啤酒花为主。

近年来，随着啤酒工业的发展，啤酒花浸膏的使用量也正在逐年提高。

目前啤酒厂家在生产中所使用的啤酒花浸膏基本上是采用液态或超临界ＣＯ２萃取生产的，由于萃取剂ＣＯ２自身的性质，浸膏中的多酚类物质的含量相对较低。

这种方法生产啤酒花浸膏，工艺上主要考虑了对啤酒花中苦味酸的提取率，而对其中啤酒花多酚的提取率和含量却研究较少。

本文通过对超临界萃取啤酒花浸膏的工艺进行研究，找寻一种在保证苦味酸提取率的前提下，能尽可能提高啤酒花浸膏中多酚含量的工艺流程。

对于超临界萃取ＣＯ２浸膏的萃余物中的多酚类化合物，再采用溶剂法将其提取。

１材料与方法１．１仪器设备超临界流体实验装置 江苏海安石油科研仪器厂生产，型号ＨＡ１２１－５０－０２；萃取容积２Ｌ；操作温度范围，室温－１００℃；压力范围：０～５０ＭＰａ；高效液相色谱仪 （色谱柱为ＨＹＰＥＲＳＩＬＯＤＳ－２　Ｃ１８柱，１５０ｍｍ×４．６ｍｍ，填料粒径４．５μｍ） 大连伊力特科学仪器有限公司；紫外检测器；Ｒ－２０１型旋转蒸发仪；ＳＨＢ－ＩＩＩ循环水式多用真空泵及实验室常用仪器。

１．２原料和试剂啤酒花 新疆阜北农场２２２团提供，品种为奇洛克；ＣＯ２为食品级，含量为９９．９％，其它化学试剂均为分析纯。

１．３方法１．３．１超临界ＣＯ２法提取啤酒花浸膏酒花经过粉碎成适合粒度后装入萃取器中，选择适当的温度和压力，将ＣＯ２通入萃取器中，被萃取物质中的有效成分溶解在液态或超临界状态的ＣＯ２中，ＣＯ２流体经过分离器，通过降低压力和升高温度等途径将其转变成气态从分离器中分离出去，而被提取的萃取物就留在分离器中，分离出的ＣＯ２气体经冷凝后循环使用。

萃取２．５ｈ后，停止运行，从分离器底部的接样阀接取样品，待系统压力恢复至常压，可卸料准备下一次操作。

料桶中剩余的萃余物质留做另外实验用。

１．３．２溶剂法提取萃余物中的啤酒花多酚称取２０ｇ超临界ＣＯ２法提取啤酒花浸膏的萃余物，在５００ｍｌ圆底烧瓶中加入２００ｍｌ溶剂，用水浴加热，连续回流提取３ｈ。

过滤，将滤渣用少量溶剂洗涤２～３次，滤液经减压蒸馏浓缩，回收溶剂。

１．４样品中各组分的分析１．４．１苦味酸的分析采用高效液相色谱法，流动相，Ｖ（甲醇）：Ｖ（水）　＝８５：１５，Ｈ３ＰＯ４调ｐＨ至　３．５；流速１．０ｍｌ／ｍｉｎ；柱温为室温；检测器波长为３１４ｎｍ；进样量为１０μｌ；采用啤酒花浸膏国际标准对照物，峰面积外标法定量［８］。

１．４．２多酚的分析采用高锰酸钾法测定多酚的含量。

酚类物质在靛蓝及稀酸存在时，以高锰酸钾溶液滴定，当样品中的酚氧化达终点时，指示剂靛蓝就会由蓝变黄，这样，可将测得的总氧化物的量换算成多酚的含量［９］。

２结果和分析２．１啤酒花及其制品中的多酚啤酒花多酚的含量与其品种有关，啤酒花制品中多酚的含量除了与原料有关外，还与加工方法及工艺控制条件相关联。

２．２超临界萃取工艺对啤酒花多酚的影响压缩啤酒花α－酸β－酸多酚含量（％）８．３２．５９２．１３注：表中数据为三次测定的平均值。

表１ 实验所用原料中各组分的含量Table 1 Analytical results of the experimental sample２．２．１萃取压力对啤酒花多酚萃取率的影响萃取压力是超临界ＣＯ２萃取的主要工艺参数之一，不同的物质所采用的萃取压力差异很大，这主要与被萃取物质极性强弱相关。

弱极性物质如碳氢化合物、油脂类等，可以在相对较低的萃取压力下（一般压力为７～１０ＭＰａ）进行；而对极性较强的物质，需要较高的萃取压力；对于强极性的配糖体以及氨基酸类物质，　萃取压力则需要更高（一般需要５０ＭＰａ以上）。

对于有些物质仅使用ＣＯ２来萃取很难达到目的，必须采用夹带剂或其他方式才行。

啤酒花中多酚物质包括低分子量和高分子量两类，由于其分子结构中含有极性基团，因此采用超临界ＣＯ２萃取的萃取压力需要较高。