陜北小米中多酚的提取工藝研究

高晶晶 慕苗 陳錦中

摘 ? ? ?要：對(duì)陜北小米中多酚的提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化，采用了單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)相結(jié)合的方法。首先進(jìn)行了單因素試驗(yàn)，在單因素的基礎(chǔ)上利用響應(yīng)面軟件設(shè)計(jì)試驗(yàn)，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立該提取過程的數(shù)學(xué)模型，然后進(jìn)行方差分析及統(tǒng)計(jì)，得到對(duì)應(yīng)的回歸方程，用該模型預(yù)測(cè)出最佳提取條件并驗(yàn)證，得出用該模型優(yōu)化提取過程是合理可靠的，同時(shí)得出該提取過程的最佳工藝條件為：提取時(shí)間128 min，提取溫度50 ℃，料液比1∶21 g·mL-1，攪拌速率37 r·min-1時(shí)，陜北小米中多酚的平均提取率為3.245%。

關(guān) ?鍵 ?詞：陜北小米;多酚;提取;響應(yīng)面

中圖分類號(hào)：TQ 041+.7 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? 文章編號(hào)： 1671-0460（2020）08-1626-05

Abstract： The single factor experiment and response surface experiment were used to optimize the extraction process of polyphenol from millet of Northern Shaanxi. Firstly， the single factor experiment was carried out， and then the response surface software was used to design the experiment on the basis of single factor experiment results. The mathematical model of the extraction process was established through experimental data， then analysis of variance and statistics were carried out， the regression equation of the model was obtained. The best extraction process conditions were determined by the model， and the best extraction process conditions were tested and verified. The results showed that the optimized extraction process was reasonable and reliable. The optimal extraction conditions were as follows： the extraction time 128 min，the temperature 50 ℃， the ratio of material and liquid 1：21 g·mL-1， the stirring rate?37 r·min-1. Under above conditions， the polyphenol average extraction rate of millet was 3.245%.

Key words： Millet of Northern Shaanxi; Polyphenol; Extraction; Response surface methodology

陜北小米是一種深受男女老少喜愛的食物，它具備很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和一定的保健功能。小米中含有氨基酸、多酚類化合物、維生素、蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪等主要成分，在人體免疫調(diào)節(jié)、抗氧化及預(yù)防冠心病等方面發(fā)揮重要作用[1-5]。多酚類物質(zhì)被稱為 “第七類營(yíng)養(yǎng)素”，它具有強(qiáng)抗氧化性、增強(qiáng)血管壁、有助于胃的消化、降低血液中脂肪含量、增強(qiáng)抵抗力等作用，還可以利尿、降血壓、抑制細(xì)菌和癌細(xì)胞生長(zhǎng)以及幫助消化等[6-10]。

目前，對(duì)小米的研究主要集中在維生素及蛋白質(zhì)等方面，對(duì)其中多酚的研究較少[11-13]。因此，本文采用小米多酚為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行提取研究。采用陜北小米為原料，用熱浸提法對(duì)小米中多酚進(jìn)行提取。首先采用了單因素試驗(yàn)的方法，對(duì)提取時(shí)間、攪拌速率、提取溫度和料液比這四個(gè)因素進(jìn)行了優(yōu)化[14]。在單因素的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)[15-16]。選取對(duì)提取率影響較大的三個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)并分析，最終確定陜北小米中多酚提取的最佳工藝條件。

1 ?試驗(yàn)部分

1.1 ?儀器與試劑

UV-2450型紫外可見分光光度計(jì)（日本島津公司），DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鄭州科豐儀器設(shè)備有限公司）。

沒食子酸（天津市大茂化學(xué)試劑廠），福林酚（合肥巴斯夫生物科技有限公司），碳酸鈉（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

1.2 ?沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品50 mg，用水溶解后定容到500 mL容量瓶中，得質(zhì)量濃度為0.1 mg·mL-1的標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別精確吸取標(biāo)準(zhǔn)溶液1、2、3、4、5 mL于試管中，并補(bǔ)充蒸餾水至5 mL，各加入1 mL稀釋比為1∶20的福林酚試劑，搖勻后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%碳酸鈉溶液2 mL，放置室溫下反應(yīng)2 h，用紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定在760 nm下的吸光度 ? ?值[17-18]，然后繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1，求出回歸方程：y=8.94x+0.044 8，R2=0.999，表明沒食子酸在0.02～0.1 mg·mL-1質(zhì)量濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。

1.3 ?小米多酚的檢測(cè)

陜北小米提取液中多酚的提取率測(cè)定采用福林酚法[19]。準(zhǔn)確量取經(jīng)過過濾和稀釋的提取液5 mL于試管中，加入1 mL稀釋比為1∶20的福林酚試劑，再加入2 mL 15%的碳酸鈉溶液，搖勻。放置室溫下2 h，使其充分反應(yīng)。在波長(zhǎng)760 nm下測(cè)量吸光度值。

1.4 ?小米多酚提取率的計(jì)算

1.5 ?小米多酚的提取方法

準(zhǔn)確稱取干燥的陜北小米10 g，放置于三口燒瓶中，燒瓶?jī)?nèi)加入適量的蒸餾水，放入轉(zhuǎn)子。將三口燒瓶置于恒溫水浴中，開啟攪拌。恒溫下提取一定的時(shí)間，過濾，取上清液，采用福林酚法檢測(cè)并計(jì)算多酚的提取率[20]。

2 ?結(jié)果與討論

2.1 ?單因素法

由圖2可以看出小米多酚的提取率在前2 h是逐漸增加的，2 h時(shí)達(dá)到最大，隨著時(shí)間的繼續(xù)增加，小米多酚的提取率反而減小，因此選擇提取時(shí)間為2 h;由圖3可以看出，小米多酚的提取率在50 ℃時(shí)達(dá)到最大，繼續(xù)升高溫度反而降低提取率，說明溫度過高有可能會(huì)導(dǎo)致多酚分解[21-23]，因此選擇提取溫度為50 ℃;由圖4可以看出，隨著攪拌速率的增加多酚的提取率也一直在增加，在35 r·min-1時(shí)提取率達(dá)到最大，后繼續(xù)增加攪拌速率反而降低了提取率，可見適當(dāng)?shù)臄嚢璨拍軐?duì)提取起到加強(qiáng)的作用，因此，選擇攪拌速率為35 r·min-1;由圖5可以看出，提取的料液比在1∶10～1∶20 g·mL-1的范圍內(nèi)，隨著提取液的增加，多酚的提取率顯著增加，而在 ?1∶20～1∶30 g·mL-1的范圍內(nèi)，提取液越多，多酚的提取率變化不大，因此，選擇料液比為1∶20 g·mL-1。綜上所述，可得陜北小米多酚的最佳提取工藝條件為：提取時(shí)間2 h、提取溫度50 ℃、攪拌速率 ? ? ?35 r·min-1、料液比1∶20 g·mL-1。在此工藝條件下得到多酚的提取率為2.869%。

2.2 ?響應(yīng)面法

單因素試驗(yàn)只能表明各個(gè)因素單獨(dú)作用對(duì)提取的影響，而采用響應(yīng)面法進(jìn)行優(yōu)化，可以得出各因素間交互作用對(duì)提取率的影響[24-25]。因此，基于單因素試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后采用響應(yīng)面法對(duì)提取條件進(jìn)行優(yōu)化。首先，選取對(duì)小米多酚提取率影響較大的三個(gè)因素：提取時(shí)間、攪拌速率和料液比，然后利用響應(yīng)面軟件中的 ? ? ? ?Box- Behnken進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

小米多酚提取試驗(yàn)的因素與水平設(shè)計(jì)見表1，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及小米多酚提取率見表2，小米多酚提取模型的方差分析見表3。

由方差分析表3可以看出，該陜北小米多酚提取模型的P值為0.001 5，小于0.01，說明此提取模型是顯著的，可以用于該提取過程。失擬誤差項(xiàng)P值為0.054 9，大于0.05，為不顯著，說明該模型誤差小，擬合度高。因此，可以用該模型對(duì)陜北小米多酚的提取過程進(jìn)行分析和估計(jì)，同時(shí)得到該模型的擬合方程為：

Y=3.15+0.066X1-0.046X2+2.875X3-0.12X1X2-

0.074X1X3-0.19X2X3-0.26X12-0.22X22-0.19X32。

用響應(yīng)面軟件分析還可以得出三個(gè)因素之間兩兩交互作用對(duì)提取率影響的3D立面圖，見圖6-8，圖中曲面越陡峭的一方說明其對(duì)應(yīng)的因素對(duì)提取率的影響越大[26-27]。

由圖6-8中，曲面顏色越深的一方，說明其越陡峭，由曲面的陡峭程度可以看出，提取時(shí)間的影響>攪拌速率的影響>料液比的影響，與方差分析表中得出的結(jié)論（P值越小，影響越大）一致。

通過該回歸模型可以預(yù)測(cè)出陜北小米多酚提取的最優(yōu)條件為：提取時(shí)間2.14 h（約為128 min），攪拌速率36.89 r·min-1（約為37 r·min-1），料液比1∶21.2 g·mL-1 （約為1∶21 g·mL-1），此時(shí)預(yù)測(cè)提取率為3.257%。

2.3 ?驗(yàn)證試驗(yàn)

為了驗(yàn)證該模型得到的提取參數(shù)的可靠性，采用3次平行試驗(yàn)來驗(yàn)證響應(yīng)面的預(yù)測(cè)結(jié)果，結(jié)果見表4。

由表4可知，3次驗(yàn)證試驗(yàn)得到的小米多酚的平均提取率為3.245%，與理論預(yù)測(cè)值3.257%接近。因此，得出用響應(yīng)面優(yōu)化法得到的陜北小米多酚提取工藝條件是準(zhǔn)確可靠的。

3 ?結(jié) 論

本文對(duì)陜北小米多酚的提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化，采用了單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)相結(jié)合的方法，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立該提取過程的數(shù)學(xué)模型，然后進(jìn)行方差分析及統(tǒng)計(jì)，得到對(duì)應(yīng)的回歸方程，最后得到了一條優(yōu)化的提取工藝路線：提取時(shí)間為128 min，提取溫度為50 ℃，料液比為1∶21 g·mL-1，攪拌速率為37 r·min-1，此時(shí)，陜北小米多酚的平均提取率為3.245%，與建立的提取模型結(jié)論基本一致。由此說明用響應(yīng)面優(yōu)化軟件進(jìn)行試驗(yàn)的設(shè)計(jì)及分析，可以很好地完成陜北小米多酚提取條件的優(yōu)化，為小米多酚的后續(xù)研究奠定一定的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 韋露露，秦禮康，文安燕，等.基于主成分分析的不同品種小米品質(zhì)評(píng)價(jià)[J].食品工業(yè)科技，2019，40（9）：49-56.

[2] 李暮男，蘭鳳英.小米的營(yíng)養(yǎng)成分及保健功能研究進(jìn)展[J].河北北方學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，33（7）：56-60.

[3] 張愛霞，張佳麗，趙巍，等.小米蛋白提取及營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)[J].食品科技，2019，44（8）：223-227.

[4] 吳立根，屈凌波.谷子的營(yíng)養(yǎng)功能特性與加工研究進(jìn)展[J].食品研究與開發(fā)，2018，39（15）：191-196.

[5] 何勇林，劉丹，王帥，等.小米營(yíng)養(yǎng)成分制備方法研究進(jìn)展[J].食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào)，2017，8（6）：2041-2046.

[6] 王金璽，慕苗，高晶晶，等.響應(yīng)曲面法優(yōu)化化學(xué)發(fā)光體系測(cè)定茶多酚[J].當(dāng)代化工，2018，47（10）：2019-2021.

[7]李霄，陳慧，周苗苗.馬鈴薯皮中多酚類物質(zhì)的抗氧化性研究[J].當(dāng)代化工，2017，46（8）：1509-1512.

[8] 魏春紅，何麗娜，丁聞浩，等.酶法輔助提取小米多酚的工藝研究[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2019，34（1）：93-98.

[9] 延莎，祁鵬煜，張?zhí)K慧，等.不同米色小米多酚提取物的體外抗氧化活性[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2017，32（10）：33-38.

[10]田志琴. 小米多酚類活性物質(zhì)的提取及抗氧化性研究[D].鄭州：河南工業(yè)大學(xué)，2011.

[11]周義，張桂芳，李超楠，等.小米多酚提取方法的研究進(jìn)展[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2017（6）：69-70.

[12]王若蘭，田志琴，孔祥剛，等.大孔吸附樹脂純化小米酚類化合物的工藝條件研究[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2011，26（10）：35-39.

[13]汪洋. 小米米糠多酚的提取及其降血脂的研究[D].長(zhǎng)春：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.

[14]陳姝娟，張若男，李健.超聲法輔助提取蕎麥茶中總黃酮工藝的研究[J].黑龍江科學(xué)，2010（1）33-35.

[15]高晶晶，慕苗，陳錦中，等.響應(yīng)面法優(yōu)化陜北小粒黑豆中多糖的提取研究[J].當(dāng)代化工，2019，48（3）：477-480.

[16]包善思，姚瑤，孫博瑞，等.臘梅花抗氧化活性物質(zhì)微波輔助提取的響應(yīng)面優(yōu)化研究[J].食品科技，2019，44（10）：229-234.

[17]吳澎，賈朝爽，李向陽(yáng)，等.響應(yīng)面分析優(yōu)化福林酚法測(cè)定櫻桃酒中總酚的含量[J].食品工業(yè)科技，2018，39（20）：200-206.

[18]牛雪. 福林酚法測(cè)定葡萄酒總酚的優(yōu)化研究[D].銀川：寧夏大學(xué)，2015.

[19]游見明，曹新志.福林酚法測(cè)定茶樹中茶多酚的分布水平[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，52（10）：2417-2419.

[20]徐彩紅，金渭荃，姜忠麗，等.玉米皮多酚提取工藝優(yōu)化及抗氧化性研究[J].核農(nóng)學(xué)報(bào)，2019，33（9）：1774-1782.

[21]魏玲玲，黃愛平，陳競(jìng)男.響應(yīng)面法優(yōu)化黑芝麻苗黃酮與多酚的提取工藝[J].糧食與油脂，2019，32（7）：95-100.

[22]李斌，雷月，孟憲軍，等.響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化超聲波輔助提取藍(lán)靛果多酚工藝及其抗氧化活性[J].食品科學(xué)，2015，36（22）：33-39.

[23]趙鵬. 款冬花多糖提取純化工藝研究及結(jié)構(gòu)鑒定[D].西安：西北大學(xué)，2010.

[24]張光輝，孟慶華，龍旭，等.響應(yīng)面法優(yōu)化超聲輔助銀杏葉中黃酮的提取及其抗自由基活性研究[J].當(dāng)代化工，2018，47（1）：17-19.

[25]依孜提·帕力哈提，馬建文，劉怡，等.Box-Behnken響應(yīng)面法優(yōu)化健脾祛濕丸水提工藝[J].中國(guó)中醫(yī)藥信息雜志，2019，26（5）：92-97.

[26]劉濤，王清，夏新奎，等.響應(yīng)面法優(yōu)化地骨皮多糖提取工藝[J].西華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，38（2）：52-56.

[27]黃秀香，李曉東，勞德永.半枝蓮多糖提取及抗氧化性研究[J].食品研究與開發(fā)，2013，34（19）：59-62.