孫兆遠，侯會絨

(江蘇食品職業(yè)技術學院，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，侯會絨

(江蘇食品職業(yè)技術學院，江蘇淮安，223003)

以 萌發(fā)糙米為原料提取多酚類化合物，探討超聲作用時間、乙醇濃度、料液比等因素對總酚得率的影響。應用Box-Behnken中心組合實驗和響應面分析法，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間11.08 min、乙醇體積分數(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)來源，然而更多的研究表明，谷類食品消費是增加酚類物質(zhì)來源的一種方式［7］。谷物食品含有獨一無二的酚類也是重要的酚類物質(zhì)來源［8］，特別是在亞洲。但是組分來自谷物中的酚類物質(zhì)往往與糠層相連，在加工的過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注。稻谷萌發(fā)過程中，淀粉酶、纖維素酶、蛋白酶被激活，糙米質(zhì)構(gòu)有所改善且營養(yǎng)物質(zhì)變得容易消化和吸收［9］。同時苯丙烷代謝增強，多酚類物質(zhì)含量增多，抗氧化能力增強［6］，具有很高的開發(fā)價值。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，探討乙醇濃度、料液比、提取時間、溫度等因素對多酚提取得率的影響，并進行了響應面分析，經(jīng)過優(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 實驗材料

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;其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 實驗儀器

HP250GS-C型智能人工氣候箱，武漢瑞華;WF180萬能粉碎機，上海光學儀器廠;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，上海安亭;TU-1900紫外可見分光光度計，北京普析;JA1003A電子精密天平，上海倫捷;JY92–DN超聲波細胞粉碎機，寧波新芝。

2 實驗方法

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1 mm的萌發(fā)糙米作為試樣。將萌發(fā)糙米低溫凍干，用萬能粉碎機粉碎，40目的篩子過篩后于－20°C條件下儲存至分析。

2.2 多酚類物質(zhì)的提取

準確稱取一定質(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胞粉碎機中超聲處理，離心后取上清液，重復3次?；旌仙锨逡赫婵諠饪s，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法測定提取得率。

2.3 多酚含量的測定

2.3.1 標準曲線的繪制

分別吸取 0、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00 mL 1.0 mg/mL阿魏酸標準溶液于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波長下測定吸光度值，以吸光度值為縱坐標，阿魏酸標準溶液濃度為橫坐標，繪制標準曲線(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定。

圖1 阿魏酸標準曲線

2.3.2 樣品測定

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方法測定吸光度值，根據(jù)標準曲線回歸方程計算出萌發(fā)糙米中多酚含量。

3 結(jié)果與分析

3.1 單因素實驗結(jié)果

3.1.1 超聲作用時間對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體積分數(shù)80%乙醇，分別超聲處理 2、4、6、8、10、12、14 min，按照 2.2 方法進行多酚提取并測定，實驗結(jié)果見表1。

表1 超聲作用時間對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間的延長快速增加，這主要是因為超聲波的機械粉碎和空化效應等作用，使物質(zhì)分子運動的頻率和速度增大，溶劑的穿透力增強，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］。當超聲作用時間為10 min時，多酚提取得率出現(xiàn)峰值，并隨時間延長而緩慢降低。這是因為超聲波產(chǎn)生的熱效應使得溶液溫度增高，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間為10 min較好。

3.1.2 乙醇濃度對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體積分數(shù)30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%乙醇，分別超聲處理10 min后，按照2.2方法進行多酚提取并測定，結(jié)果見表2。

表2 乙醇濃度對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］，因此提取過程中應盡量選擇與混合多酚極性最相近的提取溶劑。由表2可知，當乙醇體積分數(shù)為30%時有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;當乙醇體積分數(shù)達到80%時，極性很小的對羥基苯甲酸等酚酸被提取出來;但乙醇體積分數(shù)大于80%時，由于溶液極性太小，而部分溶于水的極性酚酸反而析出。因此選擇體積分數(shù)為80%乙醇溶液做提取劑。

3.1.3 料液比對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 體積分數(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進行多酚提取并測定，實驗結(jié)果見表3。

表3 料液比對多酚提取得率的影響

由表3可知，料液比為1∶10時，萌發(fā)糙米提取得率較低(僅為15.80 μg/g，這主要是因為萌發(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，離心時不能徹底分層，即使過濾也不能將所有酚類物質(zhì)從黏稠的溶液中分離出來。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，當達到1∶18時出現(xiàn)峰值。當料液比大于1∶18時多酚提取得率出現(xiàn)緩慢降低，這可能是因為乙醇添加量增加，加熱濃縮時間延長，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選定料液比為1∶18。

3.2 響應面分析方案及結(jié)果

在前期單因素實驗的基礎上，根據(jù)Box-Benhnken的中心組合設計原理，以超聲作用時間、乙醇濃度、料液比3個因素為自變量，多酚提取得率為響應值，設計了三因素三水平共15個實驗點的響應面分析實驗，其中12個為析因?qū)嶒灒詈?個為中心實驗。其因素水平分析選取見表4，實驗方案與結(jié)果見表5。

表4 Box-Benhnken實驗設計因素水平編碼表

表5 Box-Benhnken實驗設計方案與結(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Box-Benhnken實驗結(jié)果(表5)進行回歸分析(結(jié)果見表6、表7)，并建立二次響應面回歸方程。

從該模型的方差分析(表6)可知，回歸方程一次項、二次項和總和F值均極顯著(P值＜0.01)，失擬項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、二次項決定系數(shù)均大于交互項決定系數(shù)，說明響應面分析所選用的這3個因素的交互效應較小。

根據(jù)表7中一次項參數(shù)估計可知，三因素對多酚提取得率影響到次序為時間＞料液比＞濃度，且時間、濃度對提取得率是正效應，而料液比是負效應。

表6 方差分析表

3.4 響應面分析及提取工藝優(yōu)化

為了觀察三因素協(xié)同作用對萌發(fā)糙米多酚提取得率的影響，對二次回歸方程進行降維分析。固定其中一個變量中“0”水平，用SAS軟件，根據(jù)回歸方程作響應面圖。

3.4.1 超聲時間與乙醇濃度協(xié)同作用分析

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

由圖2、圖3可知，隨著時間的延長，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，說明超聲時間與乙醇濃度的協(xié)同作用明顯，即乙醇濃度的增加促進了超聲時間對提取得率的影響。

3.4.2 超聲時間與料液比協(xié)同作用分析

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

由圖4、圖5可知，隨著時間的延長，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，說明超聲時間與料液比的協(xié)同作用明顯，即料液比的增加促進了超聲時間對提取得率的影響。

表7 回歸方程二次回歸方程參數(shù)

圖2 時間與濃度對提取得率影響的等高線

圖3 時間與濃度對提取得率影響的三維立體圖

圖4 時間與料液比對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

固定超聲時間為10 min，繪制乙醇濃度與料液比對提取得率影響的相應曲面圖，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了乙醇濃度對提取得率的影響。

圖5 時間與濃度對提取得率影響的三維立體圖

圖6 濃度與料液比對提取得率影響的等高線

圖7 濃度與料液比對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)果及驗證試驗結(jié)果

分析方程模擬最優(yōu)值(表8)可知，當提取得率最大 時，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，預計最佳提取條件為:超聲作用時間11.08 min、乙醇體積分數(shù)80%、料液比為1∶17.62，預計最大提取得率為61.284 16 μg/g。

為驗證方程與實際情況的吻合程度，進行最佳提取條件驗證實驗，驗證實驗結(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間 11.08 min、乙醇體積分數(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

通過響應面法，優(yōu)化萌發(fā)糙米多酚提取參數(shù)(超聲作用時間、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間11.08 min、乙醇體積分數(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年度科技支撐計劃(工業(yè))項目(HAG08056)

2010－08－10，改回日期:2010－10－28