陳蓓穎，沈 群

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京100083)

長期以來，麩皮由于其口感、口味不佳，難以食用，主要被用作飼料［1］，其所含有的植酸也被認(rèn)為是一個抗?fàn)I養(yǎng)因子。研究表明植酸會導(dǎo)致礦物質(zhì)生物利用率的下降［2］，但也有研究表明植酸對礦物質(zhì)生物利用率的抑制與膳食中的礦物質(zhì)水平以及礦物質(zhì)與其他成分之間的相互作用有關(guān)［3-4］。近年來對于植酸的功能和作用的研究又出現(xiàn)了另外的聲音，Shamsuddin 等人［5-6］在植酸抗癌活性領(lǐng)域的研究很是活躍，并進(jìn)而提出植酸從實驗到臨床作為抗癌藥物具有的巨大潛力;植酸的抗氧化活性在1984 年由Graf 等人［7］第一次提出，植酸憑借與鐵形成了獨特的螯合物，抑制鐵催化氧化反應(yīng)，成為強(qiáng)有力的抗氧化成分。小米麩皮是小米加工的副產(chǎn)品，由小米的果皮、種皮、糊粉層、少量的胚和胚乳組成，富含蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)、維生素和纖維素等營養(yǎng)成分。本文旨在優(yōu)化小米麩皮植酸的提取工藝，測定取得部分品種麩皮植酸含量，為小米加工副產(chǎn)物麩皮進(jìn)一步深度開發(fā)利用、促進(jìn)糧食加工副產(chǎn)物的增值利用和小米膳食的科學(xué)推廣打下基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

38 個小米品種的麩皮 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院、山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院收集并提供;植酸鈉 Sigma 公司，純度≥99%;其他試劑均為分析純。

WFZ UV-2102C 型紫外可見分光光度計 尤尼柯(上海)儀器有限公司;ALC 型精細(xì)電子天平 ACCULAB;HW·SY11-K 型電熱恒溫水浴鍋 北京市長風(fēng)儀器儀表公司;HY-04A 型高速粉碎機(jī) 北京環(huán)亞天元機(jī)械技術(shù)有限公司;GL-20G-II 型離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 響應(yīng)面實驗設(shè)計優(yōu)化小米麩皮植酸提取條件 以長農(nóng)35 小米麩皮為原料，根據(jù)Box-Behnken的中心組合實驗設(shè)計原理，綜合文獻(xiàn)報道的提取條件［8-13］，選擇提取液料比、提取時間和提取溫度3 因素進(jìn)行響應(yīng)面方法設(shè)計(表1)。

表1 優(yōu)化小米麩皮植酸提取條件的響應(yīng)面實驗設(shè)計Table 1 Levels and factors of extraction test design

1.2.2 各品種小米麩皮植酸的提取和含量測定 各品種小米麩皮經(jīng)粉碎過20 目篩，取其中1g 于50mL錐形瓶，加入0.01mol/L HCl 進(jìn)行提取，6000r/min 離心10min，取上清液定容至10mL 進(jìn)行含量測定。

實驗采用比色法測定小米麩皮植酸的含量。植酸鈉標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用溶液:準(zhǔn)確稱取1.8889g 植酸鈉標(biāo)準(zhǔn)品，精確至0.0001g，溶解并定容至100mL，稀釋100倍濃度為0.01mg/mL 后備用。反應(yīng)液:準(zhǔn)確稱取1.5g FeCl3·6H2O 和15g 磺基水楊酸，溶解定容至500mL，稀釋10 倍后備用。按照表2 進(jìn)行實驗，以吸光度A 為縱坐標(biāo)，植酸含量Y(mg)為橫坐標(biāo)繪制出工作曲線。

表2 植酸含量測定工作曲線繪制Table 2 Standard curve to determine phytic acid content

取待測樣品2～10mL，蒸餾水補(bǔ)足至10mL 再加入4mL 反應(yīng)液，搖勻后3000r/min 離心10min，室溫靜置20min，取上層清液用分光光度計于500nm 處測定其吸光值，三次重復(fù)。根據(jù)繪制的工作曲線、測得的吸光值，按照公式(1)計算出原料中植酸含量Xi(mg/g)。

式中:Yi 為根據(jù)工作曲線計算出的測樣中植酸含量(mg);m 為原料質(zhì)量(g)。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 小米麩皮植酸的提取、含量測定中三次重復(fù)取得的實驗結(jié)果數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，響應(yīng)面設(shè)計實驗數(shù)據(jù)通過軟件Design Expert(v.8.0.6)進(jìn)行多元二次回歸方程擬合優(yōu)化，回歸系數(shù)方差分析，并根據(jù)分析結(jié)果作出相應(yīng)曲面圖。

2 結(jié)果和討論

2.1 小米麩皮植酸的提取及含量測定

2.1.1 植酸含量測定的工作曲線 植酸含量工作曲線回歸方程:y =-0.0701x +0.69，R2=0.9977 線性關(guān)系良好(圖1)，據(jù)此計算所提取的植酸含量。

2.1.2 響應(yīng)面實驗設(shè)計 響應(yīng)面實驗設(shè)計方案與結(jié)果見表3，以植酸含量為響應(yīng)值，經(jīng)回歸擬和后，各實驗因子對響應(yīng)值的影響可用如下函數(shù)表示:Y =-31.886 +4.702A +0.074B +0.147C-1.694E-3AB +1.778E-3AC-2.556E-4BC-0.166A2-3.053E-4B2-2.277E-3C2，式中，Y 為響應(yīng)值植酸含量，提取液料比A、提取時間B、提取溫度C 在設(shè)計中均經(jīng)綱線性編碼處理，因此，方程中各項系數(shù)絕對值的大小直接反映了各因素對指標(biāo)值的影響程度，系數(shù)的正負(fù)反映了影響的方向。

圖1 植酸含量測定的工作曲線Fig.1 Standard curve for Phytic Acid content determination

表3 響應(yīng)面實驗設(shè)計方案及實驗結(jié)果Table 3 Design and result of respond surface method

回歸模型方差分析結(jié)果見表4，F(xiàn)模型=35.4726，p ＜0.0001，表明回歸模型回歸效果極顯著，不同處理間的差異極顯著;F失擬=2.0213，p =0.2534 ＞0.05，相關(guān)系數(shù)R2為0.9785，說明回歸模型的擬合度良好，實驗失擬性小，預(yù)測值與實驗值高度相關(guān)，因此可以用此模型來分析和預(yù)測提取所得的植酸含量。表4 回歸系數(shù)的顯著性檢驗可以看出因素A 對小米麩皮提取植酸含量的線性效應(yīng)影響顯著，而因素B、C 對其線性效應(yīng)影響不顯著;因素A、C 對小米麩皮提取植酸含量的曲面效應(yīng)影響顯著，而因素B 對其曲面效應(yīng)影響不顯著;AB、AC、BC 對小米麩皮提取植酸含量的交互效應(yīng)影響均不顯著。

根據(jù)回歸分析結(jié)果，作各因素相應(yīng)曲面圖(圖2～圖4)，從響應(yīng)面分析圖上可以找出最佳參數(shù)以及各參數(shù)之間的相互作用，其直觀地映了各因素對響應(yīng)值的影響。比較3 組圖可以清楚的知道，液料比和提取溫度的交互作用對提取所得植酸含量影響較明顯，表現(xiàn)為曲線稍陡;而提取溫度和提取時間的交互作用對植酸提取率沒有顯著性影響(p ＞0.05)，表現(xiàn)為曲線平緩，從圖4 可以看出該曲面幾乎成為一個平面。

表4 回歸模型的方差分析Table 4 Variance analysis of regression model

圖2 提取液料比和提取時間對植酸含量影響的響應(yīng)面Fig.2 3D plot of phytic acid content at different solution/sample ratio and extraction time

圖3 提取液料比和提取溫度對植酸含量影響的響應(yīng)面Fig.3 3D plot of phytic acid content at different solution/sample ratio and extraction temperature

2.1.3 響應(yīng)面優(yōu)化植酸提取條件結(jié)果 用Design Expert(v.8.0.6)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，得出小米麩皮植酸提取優(yōu)化的工藝條件:液料比14.03∶1(v/w，mL/g)，提取時間68.47min，提取溫度33.97℃，此條件下預(yù)測提取得植酸含量可達(dá):6.15mg/g?？紤]到實際操作的便利性，將最佳條件修正為液料比14∶1(v/w，mL/g)，提取時間68min，提取溫度34℃。在此工藝條件下進(jìn)行驗證實驗，得到植酸含量為6.13mg/g，與理論預(yù)測值相比相對誤差在0.5%以內(nèi)。因此，采用響應(yīng)面方法優(yōu)化得到的提取條件參數(shù)準(zhǔn)確可靠，具有實用價值。

圖4 提取時間和提取溫度對植酸含量影響的響應(yīng)面Fig.4 3D plot of phytic acid content at different extraction time and temperature

2.1.4 各品種小米麩皮的植酸含量 以優(yōu)化確立的工藝條件進(jìn)行原料植酸提取，測定得各品種小米麩皮中植酸含量(見表5)。

測定所得38 個品種麩皮植酸含量范圍為3.13～8.75mg/g，平均植酸含量為6.39mg/g。結(jié)果與劉興旺等［14］報道的小米植酸含量為(5.73 ±0.07)mg/g 相一致且略高，說明此提取工藝對植酸的提取效果較過去有了提升。

小米麩皮植酸含量最多的是長治011 品種，達(dá)(8.75 ±0.01)mg/g;含量最少的是長治342 品種，為(3.13 ±0.06)mg/g;晉谷小米麩皮的植酸含量平均水平相對較低，且在低水平范圍波動較大，其平均植酸含量為為5.46mg/g;DC 小米麩皮的植酸含量平均水平相對較高，平均含量為7.16mg/g;長農(nóng)小米麩皮的植酸含量相對波動不大。

小米的類型、環(huán)境、生長地區(qū)、灌溉條件、土壤類型、肥料種類等都影響其中植酸的含量，同一品系小米麩皮植酸含量也存在較大的差異，說明植酸含量不僅受到遺傳因素控制，同時表現(xiàn)形式也因可能在不同地域種植、生態(tài)條件差異的影響。

表5 各品種小米麩皮植酸含量Table 5 Phytic acid contents of different foxtail millet brans

3 結(jié)論

優(yōu)化后的小米麩皮植酸提取條件為:14∶1(v/w，mL/g)，提取時間68min，提取溫度34℃，此條件下提取小米麩皮植酸含量可達(dá):6.13mg/g。取得DC、晉谷、長農(nóng)、長治共38 個小米品種小米麩皮的植酸含量，其范圍為3.13～8.75mg/g，平均含量為6.39mg/g。各品系品種小米麩皮植酸含量不同受其遺傳因素及種植條件差異等的綜合影響。

［1］En H，Pang Z H，Xiong B H. Comparative analysis of composition and nutrition value of millet bran feed［J］.China Feed，2008，18:39-41.

［2］Lopez H W，Coudray C，Bellanger J，et al. Intestinal fermentation lessens the inhibitory effects of phytic acid on mineral utilization in rats［J］.The Journal of Nutrition，1998，127(7):1192-1198.

［3］El S N，Karakaya S，Simsek S.Effect of phytic acid on iron bioavailability in fortified infant cereals［J］.Nutrition ＆ Food Science，2010，40(5):485-493.

［4］Grases F，Simonet B M，Perelló J，et al.Effect of phytate on element bioavailability in the second generation of rats［J］.Journal of Trace Elements in Medicine and Biology，2004，17 (4):229-234.

［5］Vucenik I，Shamsuddin A M.Cancer inhibition by inositol hexaphosphate and inositol:from laboratory to clinic［J］.Journal of Nutrition，2003，133:3778S-3784S.

［6］Vucenik I，Shamsuddin A M.Protection against cancer by dietary IP6 and inositol［J］.Nutrition and Cancer，2006，55:109-125.

［7］Graf E，Mahoney J R，Bryant R G，et al. Iron -catalyzedhydroxyl radical formation.Stringent requirement for free iron coordination site［J］.The Journal of Biological Chemistry，1984，259(6):3620-3624.

［8］余安.花生粕中植酸的提取及純化研究［D］.武漢:華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

［9］陳忻，黃耀威，賴興華，等.從麥麩提取植酸的研究［J］.佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，1999，17(1):36-42.

［10］劉曉庚，陳梅梅，李小康.從米糠中提取植酸的研究［J］.糧食與食品工業(yè)，2003(1):32-35.

［11］張奶玲.植酸提取技術(shù)改進(jìn)及其在果蔬保鮮中的應(yīng)用研究［D］.長春:吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.

［12］胡喬生，萬東北，鐘劍峰，等.用離子交換法從米糠中提取植酸的研究［J］.贛南師范學(xué)院學(xué)報，2001(3):52-55.

［13］張君朝，任傳英，黃文功.米糠和豆粕中植酸的提取及含量的測定［J］.黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009(2):132-134.

［14］劉興旺，韓曉杰，李玉玖，等.常見植物性食物植酸含量的測定［J］.中國醫(yī)科大學(xué)學(xué)報，1993(2):110-112.