孫兆遠(yuǎn)，侯會(huì)絨

(江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安，223003)

萌發(fā)糙米中多酚物質(zhì)超聲提取工藝的優(yōu)化*

孫兆遠(yuǎn)，侯會(huì)絨

(江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安，223003)

以 萌發(fā)糙米為原料提取多酚類化合物，探討超聲作用時(shí)間、乙醇濃度、料液比等因素對(duì)總酚得率的影響。應(yīng)用Box-Behnken中心組合實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面分析法，最終確定萌發(fā)糙米中多酚類物質(zhì)提取適宜條件為超聲作用時(shí)間11.08 min、乙醇體積分?jǐn)?shù)80%、料液比(g∶mL)為1∶17.62，此條件下多酚提取得率為60.13 μg/g。

萌 發(fā)糙米，多酚，超聲提取，響應(yīng)曲面

多酚類物質(zhì)是廣泛存在于自然界中的一類酚羥基結(jié)構(gòu)的化合物，主要包括類黃酮、酚酸、單寧等物質(zhì)［1］，具有很強(qiáng)的抗氧化性和抗自由基能力［2］，能阻礙氧化物破壞脂類和低密度脂蛋白［3］、抑制血小板凝聚［4］、降低冠心病和癌癥的幾率［5］，還具有延緩組織和延緩人體衰老等功效，是很好的抗氧化物質(zhì)［6］。蔬菜和水果是人類主要的酚類物質(zhì)來(lái)源，然而更多的研究表明，谷類食品消費(fèi)是增加酚類物質(zhì)來(lái)源的一種方式［7］。谷物食品含有獨(dú)一無(wú)二的酚類也是重要的酚類物質(zhì)來(lái)源［8］，特別是在亞洲。但是組分來(lái)自谷物中的酚類物質(zhì)往往與糠層相連，在加工的過(guò)程中大都留在了米糠之中。

萌發(fā)糙米作為一種新的食品受到了廣泛關(guān)注。稻谷萌發(fā)過(guò)程中，淀粉酶、纖維素酶、蛋白酶被激活，糙米質(zhì)構(gòu)有所改善且營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)變得容易消化和吸收［9］。同時(shí)苯丙烷代謝增強(qiáng)，多酚類物質(zhì)含量增多，抗氧化能力增強(qiáng)［6］，具有很高的開發(fā)價(jià)值。本研究以萌發(fā)糙米為原料提取多酚類化合物，以多酚得率為指標(biāo)，探討乙醇濃度、料液比、提取時(shí)間、溫度等因素對(duì)多酚提取得率的影響，并進(jìn)行了響應(yīng)面分析，經(jīng)過(guò)優(yōu)選綜合得出提取多酚的最佳提取方案。

1 材料與儀器

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

蘇北大米，由淮安市清浦區(qū)蘇鑫米廠提供;萌發(fā)糙米，自制;Folin-Ciocalteu試劑、阿魏酸，Sigma公司;其他試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

HP250GS-C型智能人工氣候箱，武漢瑞華;WF180萬(wàn)能粉碎機(jī)，上海光學(xué)儀器廠;RE-2000A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮;SHA-C恒溫水浴振蕩器，上海醫(yī)療器械廠;TDL-40C低速大容量離心機(jī)，上海安亭;TU-1900紫外可見分光光度計(jì)，北京普析;JA1003A電子精密天平，上海倫捷;JY92–DN超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)，寧波新芝。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 樣品處理

糙米萌發(fā)條件:清洗干凈的400 g糙米在2 000 mL水中32℃條件下浸泡21 h，選取芽長(zhǎng)1 mm的萌發(fā)糙米作為試樣。將萌發(fā)糙米低溫凍干，用萬(wàn)能粉碎機(jī)粉碎，40目的篩子過(guò)篩后于－20°C條件下儲(chǔ)存至分析。

2.2 多酚類物質(zhì)的提取

準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量磨碎萌發(fā)糙米樣品5.0 g，己烷(4×50 mL，30 min每次)脫脂，抽濾后放于烘箱中烘干。用100 mL一定濃度乙醇溶液浸泡并放于超聲細(xì)胞粉碎機(jī)中超聲處理，離心后取上清液，重復(fù)3次。混合上清液真空濃縮，HCl調(diào)整pH值為2～3后，用乙酸乙酯萃取。乙酸乙酯提取液用Na2SO4脫水，旋轉(zhuǎn)蒸干后用甲醇溶解并定容至5 mL［10］，之后用Folin-Ciocalteu法測(cè)定提取得率。

2.3 多酚含量的測(cè)定

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別吸取 0、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00 mL 1.0 mg/mL阿魏酸標(biāo)準(zhǔn)溶液于50 mL比色管中，加入2 mL 20%Folin-Ciocalteu試劑，混勻后靜置5 min再加入5 mL 7.5%Na2CO3溶液混勻，用去離子水定容至50 mL，35℃下避光靜置30 min，以去離子水做空白，在768nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度值，以吸光度值為縱坐標(biāo)，阿魏酸標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖1)。由圖1可知阿魏酸在10～60μg/mL范圍內(nèi)線性回歸方程為:y=0.008 09 x+0.000 71，相關(guān)系數(shù)為0.998 99，結(jié)果符合朗伯比爾定律，方程可用于萌發(fā)糙米提取液多酚定量測(cè)定。

圖1 阿魏酸標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.3.2 樣品測(cè)定

吸取1.0 mL萌發(fā)糙米提取液置于50 mL比色管中，按照2.3.1方法測(cè)定吸光度值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程計(jì)算出萌發(fā)糙米中多酚含量。

3 結(jié)果與分析

3.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1.1 超聲作用時(shí)間對(duì)多酚提取得率的影響

精確稱取7份5.0g的磨碎萌發(fā)糙米樣品，脫脂烘干后，加入100 mL體積分?jǐn)?shù)80%乙醇，分別超聲處理 2、4、6、8、10、12、14 min，按照 2.2 方法進(jìn)行多酚提取并測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 超聲作用時(shí)間對(duì)多酚提取得率的影響

由表1可知，多酚提取得率先隨著超聲作用時(shí)間的延長(zhǎng)快速增加，這主要是因?yàn)槌暡ǖ臋C(jī)械粉碎和空化效應(yīng)等作用，使物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)的頻率和速度增大，溶劑的穿透力增強(qiáng)，使得萌發(fā)糙米中多酚類物質(zhì)溶出速度和溶出數(shù)量快速增加［11］。當(dāng)超聲作用時(shí)間為10 min時(shí)，多酚提取得率出現(xiàn)峰值，并隨時(shí)間延長(zhǎng)而緩慢降低。這是因?yàn)槌暡óa(chǎn)生的熱效應(yīng)使得溶液溫度增高，部分不穩(wěn)定酚類物質(zhì)分解或轉(zhuǎn)化造成的。因此選擇超聲作用時(shí)間為10 min較好。

3.1.2 乙醇濃度對(duì)多酚提取得率的影響

精確稱取7份5.0g的磨碎萌發(fā)糙米樣品，脫脂烘干后，分別加入 100 mL體積分?jǐn)?shù)30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%乙醇，分別超聲處理10 min后，按照2.2方法進(jìn)行多酚提取并測(cè)定，結(jié)果見表2。

表2 乙醇濃度對(duì)多酚提取得率的影響

萌發(fā)糙米中的多酚含有多種物質(zhì)，各類物質(zhì)的極性不同［12］，因此提取過(guò)程中應(yīng)盡量選擇與混合多酚極性最相近的提取溶劑。由表2可知，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為30%時(shí)有15.12 μg/g的提取率，這主要是水溶性的綠原酸、原兒茶酸等酚酸;隨著乙醇濃度的增大極性較小的阿魏酸、咖啡酸等物質(zhì)也逐步被較高濃度的乙醇溶液提取出來(lái);當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到80%時(shí)，極性很小的對(duì)羥基苯甲酸等酚酸被提取出來(lái);但乙醇體積分?jǐn)?shù)大于80%時(shí)，由于溶液極性太小，而部分溶于水的極性酚酸反而析出。因此選擇體積分?jǐn)?shù)為80%乙醇溶液做提取劑。

3.1.3 料液比對(duì)多酚提取得率的影響

精確稱取7份5.0g的磨碎萌發(fā)糙米樣品，脫脂烘干后，分別加入 50、60、70、80、90、100、110 mL 體積分?jǐn)?shù)80%乙醇(料液比分別為 1∶10、1∶12、1∶14、1∶16、1∶18、1∶20、1∶22)，分別超聲處理 10 min 后，按照2.2進(jìn)行多酚提取并測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 料液比對(duì)多酚提取得率的影響

由表3可知，料液比為1∶10時(shí)，萌發(fā)糙米提取得率較低(僅為15.80 μg/g，這主要是因?yàn)槊劝l(fā)糙米中淀粉含量很高，超聲處理產(chǎn)生的熱量使得淀粉部分糊化，溶液黏度增加，離心時(shí)不能徹底分層，即使過(guò)濾也不能將所有酚類物質(zhì)從黏稠的溶液中分離出來(lái)。隨著料液比的不斷增加，酚酸在萌發(fā)糙米與溶劑中的濃度差增大，提取得率不斷增大，當(dāng)達(dá)到1∶18時(shí)出現(xiàn)峰值。當(dāng)料液比大于1∶18時(shí)多酚提取得率出現(xiàn)緩慢降低，這可能是因?yàn)橐掖继砑恿吭黾?，加熱濃縮時(shí)間延長(zhǎng)，致使某些不穩(wěn)定酚酸發(fā)生分解。從提取得率和能耗等成本多方面考慮應(yīng)選定料液比為1∶18。

3.2 響應(yīng)面分析方案及結(jié)果

在前期單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Benhnken的中心組合設(shè)計(jì)原理，以超聲作用時(shí)間、乙醇濃度、料液比3個(gè)因素為自變量，多酚提取得率為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)了三因素三水平共15個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)，其中12個(gè)為析因?qū)嶒?yàn)，最后3個(gè)為中心實(shí)驗(yàn)。其因素水平分析選取見表4，實(shí)驗(yàn)方案與結(jié)果見表5。

表4 Box-Benhnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平編碼表

表5 Box-Benhnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與結(jié)果

3.3 回歸方程結(jié)果與分析

采用sas8.01 system for windows軟件RSREG命令對(duì)Box-Benhnken實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表5)進(jìn)行回歸分析(結(jié)果見表6、表7)，并建立二次響應(yīng)面回歸方程。

從該模型的方差分析(表6)可知，回歸方程一次項(xiàng)、二次項(xiàng)和總和F值均極顯著(P值＜0.01)，失擬項(xiàng)F值顯著(P＜0.05)，方程總決定系數(shù) R2=0.956 8，表明此模型擬合程度良好。由決定系數(shù)可知，一次項(xiàng)、二次項(xiàng)決定系數(shù)均大于交互項(xiàng)決定系數(shù)，說(shuō)明響應(yīng)面分析所選用的這3個(gè)因素的交互效應(yīng)較小。

根據(jù)表7中一次項(xiàng)參數(shù)估計(jì)可知，三因素對(duì)多酚提取得率影響到次序?yàn)闀r(shí)間＞料液比＞濃度，且時(shí)間、濃度對(duì)提取得率是正效應(yīng)，而料液比是負(fù)效應(yīng)。

表6 方差分析表

3.4 響應(yīng)面分析及提取工藝優(yōu)化

為了觀察三因素協(xié)同作用對(duì)萌發(fā)糙米多酚提取得率的影響，對(duì)二次回歸方程進(jìn)行降維分析。固定其中一個(gè)變量中“0”水平，用SAS軟件，根據(jù)回歸方程作響應(yīng)面圖。

3.4.1 超聲時(shí)間與乙醇濃度協(xié)同作用分析

固定料液比為1∶18，繪制超聲時(shí)間與乙醇濃度對(duì)提取得率影響的相應(yīng)曲面圖，結(jié)果見圖2、圖3。

由圖2、圖3可知，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，提取得率先減小后增大;隨著濃度的增大，提取得率先減小后增大;由三維圖片可知，圖3中圖形向上凸，說(shuō)明超聲時(shí)間與乙醇濃度的協(xié)同作用明顯，即乙醇濃度的增加促進(jìn)了超聲時(shí)間對(duì)提取得率的影響。

3.4.2 超聲時(shí)間與料液比協(xié)同作用分析

固定乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%，繪制超聲時(shí)間與料液比對(duì)提取得率影響的相應(yīng)曲面圖，結(jié)果見圖4、圖5。

由圖4、圖5可知，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，提取得率先減小后增大;隨著料液比的增大，提取得率先減小后增大;由三維圖片可知，圖5中圖形向上凸，說(shuō)明超聲時(shí)間與料液比的協(xié)同作用明顯，即料液比的增加促進(jìn)了超聲時(shí)間對(duì)提取得率的影響。

表7 回歸方程二次回歸方程參數(shù)

圖2 時(shí)間與濃度對(duì)提取得率影響的等高線

圖3 時(shí)間與濃度對(duì)提取得率影響的三維立體圖

圖4 時(shí)間與料液比對(duì)提取得率影響的等高線

3.4.3 乙醇濃度與料液比協(xié)同作用分析

固定超聲時(shí)間為10 min，繪制乙醇濃度與料液比對(duì)提取得率影響的相應(yīng)曲面圖，結(jié)果見圖6、圖7。

由圖6、圖7可知，隨著乙醇濃度的增加，提取得率先減小后增大;隨著料液比的增大，提取得率先減小后增大;由三維圖片可知，圖7中圖形向上凸，說(shuō)明乙醇濃度與料液比的協(xié)同作用明顯，即料液比的增加促進(jìn)了乙醇濃度對(duì)提取得率的影響。

圖5 時(shí)間與濃度對(duì)提取得率影響的三維立體圖

圖6 濃度與料液比對(duì)提取得率影響的等高線

圖7 濃度與料液比對(duì)提取得率影響的三維立體圖

3.4.4 最佳提取工藝條件的確定

由SAS軟件擬合二次回歸模型得出最優(yōu)條件和最優(yōu)值，結(jié)果見表8。

表8 提取條件、最優(yōu)結(jié)果及驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

分析方程模擬最優(yōu)值(表8)可知，當(dāng)提取得率最大 時(shí)，x1、x2、x3的 最 優(yōu) 編 碼 值 為 0.538 799、－0.032 833、－0.190 204，經(jīng)編碼換算后可知，預(yù)計(jì)最佳提取條件為:超聲作用時(shí)間11.08 min、乙醇體積分?jǐn)?shù)80%、料液比為1∶17.62，預(yù)計(jì)最大提取得率為61.284 16 μg/g。

為驗(yàn)證方程與實(shí)際情況的吻合程度，進(jìn)行最佳提取條件驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果60.13 μg/g，與模擬結(jié)果基本符合。因此確定最佳提取條件為超聲作用時(shí)間 11.08 min、乙醇體積分?jǐn)?shù) 80%、料液比為1∶17.62，此條件下多酚提取得率分別為60.13 μg/g。

4 結(jié)論

通過(guò)響應(yīng)面法，優(yōu)化萌發(fā)糙米多酚提取參數(shù)(超聲作用時(shí)間、乙醇濃度、料液比)，最終確定萌發(fā)糙米中多酚類物質(zhì)提取最佳條件為超聲作用時(shí)間11.08 min、乙醇體積分?jǐn)?shù)80%、料液比為1:17.62，此條件下多酚提取得率分別為60.13 μg/g。

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Optimization of Ultrasonic Extraction of Polyphenol in Pre-germinated Brown Rice by Response Surface Analysis

Sun Zhao-yuan，Hou Hui-rong
(Jiangsu Food Science College，Huaian 223003，China)

Studies were made on extracting polyphenol from pre-germinated brown rice.The effects of ultrasonic extraction time，ethanol concentration and proportion of material and solution on yield were discussed.Box-Behnken center-united experiment design and response surface methodology were used to optimize the extraction technology of polyphenol of pre-germinated brown rice.The optimal conditions of extraction were concluded as follows:ultrasonic extraction time 11.08min，ethanol concentration 80%，proportion of material and solution 1∶17.62.the actual detection value of polyphenol extraction rate was 60.13 μg/g，that is almost equal to the predictable value.

pre-germinated brown rice，polyphenol，ultrasonic extraction，response surface analysis

碩士，講師。

*淮安市2008年度科技支撐計(jì)劃(工業(yè))項(xiàng)目(HAG08056)

2010－08－10，改回日期:2010－10－28