提取发芽粟米多酚工艺研究
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22 粮食与油脂 2012年第1期
提取发芽粟米多酚工艺研究
沙坤 ,秦忠萍 ,张泽俊 (1.中国农业大学烟台研究院, 山东烟台264670: 2.中国农业大学食品科学与营养工程学院, 北京 100083) 摘要:研究发芽对粟米中多酚含量变化影响,并采用响应面法优化超声波提取发芽粟米多酚工 艺条件,在单因素试验基础上,选取乙醇浓度、提取时间和料液比为自变量,以总酚得率为响应值, 设计Box—Behnken试验;结果表明,粟米中总酚含量在发芽过程中得到显著提高(P<0.05);提 取总酚最佳工艺条件为:乙醇浓度为70%、提取时间为8 min、料液比为1:30,在此条件下,提取 总酚得率为2.65 mg/g。 关键词:发芽粟米;多酚;超声波提取
Study on extraction technology of polyphenols from
germinated foxtaii millet
SHA Kun ,QIN Zhong-ping 。ZHANG Ze-jan 【1.Yantai Research Institute of China Agricultural University。Shandong Yantai 264670,China; 2.CoHege of Food Science and Nutritional Engineering,China Agricultural University,Beijing 100083。China)
Abstract:The effect of germination on changes in content of polyphenols was studied,and then response surface methodology was used to optimization ultrasonic extraction conditions of polyphenols in germinated foxtail millet.Based on single-factor test,Box—Behnken test about independent variables (ethanol concentration,extraction time and solid—liquid ratio)and dependent variable(extraction yield of total polyphenols)was designed.The results showed that the content of total polyphenols incr ̄ased significantly during germination(p<0.05).The optimum conditions were as following:ethanol concentration was 70%,extraction time was 8 rain,solid—liquid ratio was 1:30(g/mL),in this condition.and the extraction yield oftotal polyphenols was 2.65 mg/g. Keywords:germinated foxtail millet;polyphenol;ultrasonic extraction
中图分类号:TS202.3 文献标识码:A 文章编号:l008—9578(2012)01—0022—04
多酚是多羟基酚类化合物总称,广泛存在于水 果、蔬菜、谷物类、豆类等植物,是植物体内重要次生
代谢产物。由于多酚具有抗氧化、抑制肿瘤、抑菌、消 炎、防辐射等多种生理功能¨叫 ,所以植物多酚成为
国内外研究热点之一,其在食品、生化、制药、日化等 很多领域得到研究和应用。粟米,俗称谷子,脱壳制 品为小米,是我国一种传统粮食,因具丰富营养和保
健功能而被人们喜于食用。已有研究 表明,小 米提取物对自由基有淬灭作用,是抗氧化物质很好来 源。薛月圆" 、王若兰鸭 等分别采用传统溶剂、超
声波辅助法和微波辅助法对小米中多酚提取工艺进
行研究,最高提取率为105.38 mg/100g。本研究以未 脱壳发芽粟米为原料,采用超声波辅助法对其中多酚
进行提取,并应用响应面法优化提取多酚工艺参数,
以期为粟米资源开发利用提供理论依据。
1材料与方法 1.1材料与试剂 粟米:烟台市农科院;福林酚(Folin—Ciocalteu)、
收稿日期:201卜1卜23 作者简介:沙坤,副教授,博士,研究方向:食品科学。 没食子酸:美国Sigma公司;次氯酸钠、无水乙醇、正 已烷、碳酸钠均为国产分析纯。 1.2仪器与设备 KQ3200型超声波清洗器:昆山市超声仪器有限 公司;SHB-III型循环水式多用真空泵:郑州长城科
工贸有限公司;RE-600型旋转蒸发仪:上海亚荣生 化仪器厂:101—2A型电热鼓风干燥箱:龙口市先科
仪器公司;CD-04型粉碎机:浙江瑞安市飞腾制药机 械厂;FA1004型电子天平:上海精密科学仪器有限
公司;UV757CRT型紫外可见分光光度计:上海精密 科学仪器有限公司;SPX一250c型恒温恒湿箱:上海
博讯实业有限公司。 1.3实验方法 1.3.1发芽粟米样品制备 人工精选粟米种子,去除一些杂皮和石子等杂
质,取一定量粟米置于烧杯中,先用自来水冲洗3~5 遍,洗去表面灰尘,再用蒸馏水清洗2遍,接着用
0.05%次氯酸钠浸泡30 mi
n,对粟米进行表面杀菌,加 2012年第1期 粮食与油脂 23
入量刚好淹没种子为宜;然后倒掉次氯酸钠,用蒸馏 水清洗粟米,除去表面次氯酸钠,再加入蒸馏水,室温
条件浸种8 h。浸种完成后将剩余水倒出,将粟米均 匀摊在已消过毒、底部有小孔培养蓝中,盖上已消毒
纱布,置于25℃恒温箱中进行发芽培养,每隔12 h用 蒸馏水淋洗以维持湿度。每隔12 h取一次样,将样品
放在40 ̄C鼓风干燥箱内干燥12 h,粉碎,过100目筛, 保存备用。 1.3.2样品提取液制备 首先将干燥后发芽粟米进行脱脂处理" ,然后
称取一定量脱脂后发芽粟米,按一定比例加入乙醇溶
液,在温度40 ̄C、超声波功率150 W条件下进行超声
波提取,提取液经真空抽滤、定容待测。 1-3.3总酚含量测定 总酚含量测定采用Folin-Ciocalteu法¨们,以没食
子酸作为标准物。 (1)标准曲线制作 精密称取没食子酸标准品10 mg,用蒸馏水溶解
并定容至100 ml容量瓶中,制得浓度为0.1 mg/mL标
准溶液。 分别准确量取上述标准液0 ml、0.2 ml、0.4 ml、0.6 ml、
0.8 ml、1.0 ml、1.2 ml于10 ml容量瓶中,各加6 ml蒸 馏水,摇匀,再加0.5 ml福林酚试剂,充分摇匀。1 min
后,加入20%碳酸钠溶液1.5 ml,混匀定容,在75℃下 反应10 min,于760 nm波长下比色,测定吸光度。以 吸光度为Y,没食子酸含量为X(mg),得到总酚标准 曲线为Y--6.8107 X+0.0095,R2=0.9984。
(2)样品提取液测定
准确量取样品溶液0.5 ml于l0 ml容量瓶中,以 蒸馏水替代样品作为空白,后续测定方法同标准曲线
制作。 2结果与分析 2.1粟米发芽过程中总酚含量变化
测定粟米不同发芽时间总酚含量,结果如图1所 示。 从图1可看出,随发芽时间延长,总酚含量呈逐 渐增加趋势,72 h后趋于平缓。从总体水平看,发芽
显著提高粟米中总酚含量(p<0.05),这与发芽过 程中总黄酮含量变化趋势相一致… ;由此可见,发
芽影响酚类物质合成与代谢。这可能是多酚在植物 体内与蛋白、多糖结合存在n ;而在发芽过程中蛋
白酶、淀粉酶、植酸酶等大量被激活,随蛋白、多糖、 植酸等物质发生生物转化n ¨ ,多酚得到释放或合
成。因此,选取发芽72 h粟米为原料进行后续提取 工艺研究。
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时间/h 图1粟米发芽过程中总酚含量变化
2.2单因素试验 以发芽72 h粟米为原料,选取乙醇浓度、提取时
间和料液比三个因素进行单因素试验,分别考察其对 提取液总酚得率影响。 2.2.1乙醇浓度对总酚得率影响
固定料液比1:10、提取时间15 min条件不变,
分别加入不同浓度乙醇溶液进行提取总酚试验,结果
见图2。
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乙醇浓度 图2 乙醇浓度对总酚得率影响
由图2可见,随乙醇浓度提高,总酚得率开始增 加,当乙醇浓度达60%时,得率达到最高;之后逐渐
降低。乙醇溶液作为一种极性较强溶剂,易于将酚类 物质溶出,增大浓度,酚类物质得率会增加;但继续增 加浓度,粟米中含有其它醇溶性色素等杂质也会大量
溶出,这些成分可能与酚类物质竞争限制其溶出 钔。 因此,以选择60%浓度乙醇为宜。
2.2.2提取时间对总酚得率影响
固定料液比1:10、乙醇浓度60%条件不变,选 取不同时间进行提取试验,结果见图3。
从图3可看出,提取时间对总酚得率影响,总体
呈先增加后降低趋势。较短时间超声波破碎可促进总 酚溶出;但长时间作用反而会破坏酚类物质,从而降
低其溶解度。提取6 min为提取效率最高点。 2 2 2 l l 1 l l O O O
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时间Imin 图3提取时间对总酚得率影响 2
2.2.3料液比对总酚得率影响
固定乙醇浓度60%、提取时间6 min条件不变,选 取不同料液比进行提取试验,结果见图4。
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料液比/g/mL 图4料液比对总酚得率影响
由图4可见,随料液比浓度不断加大,总酚得率 随之提高;但在料液比达I:20之后,得率趋于平缓
并稍有下降。这可能是料液比增大,提高固相与液相 浓度差,利于酚类物质溶出;但当料液比过大时,溶
质扩散已趋于饱和,再增加浓度差对得率影响并不明
显。结果表明,料液比以I:20为宜。
2.3响应面优化试验 在单因素试验基础上,选取乙醇浓度、提取时间、
料液比三个因素进行响应面优化试验,采用SAS 9.0 软件进行响应面试验设计,并进行相应数据计算分
析,Box-Behnken模型设计因素和编码水平见表1。
表1响应面优化试验因素与水平
2.3.1数学模型建立及显著性分析 综合单因素试验结果,以乙醇浓度、提取时间、料
液比为自变量,以总酚得率为响应值,进行响应曲面
优化试验,试验结果见表2。利用SAS分析软件对试 验结果进行拟合,各自变量与响应值之间关系可用二 次多元回归模型表示。
Y=2.25+0.49375X1+0.07X/+0.1 7625X3— 0.535X1 +0.0775XlX2+0.15X1X3—0.1775X22+
0.0375XzX3-l-0.06X3
表2 Box—Behnken试验设计与结果
表3回归模型和回归方程系数方差分析表
表3为拟合回归模型和回归方程系数方差分析
结果。由表3可知,因素x1、x3、X1 、XlX3、X2 对