鄧紅梅,葉燕娜(廣東石油化工學(xué)院果蔬加工與保藏開(kāi)發(fā)中心,廣東茂名　525000)

玉米苞葉總黃酮超聲波輔助提取的響應(yīng)面優(yōu)化及其抗氧化測(cè)定

鄧紅梅,葉燕娜
(廣東石油化工學(xué)院果蔬加工與保藏開(kāi)發(fā)中心,廣東茂名525000)

采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化超聲波輔助乙醇提取玉米苞葉總黃酮,利用BoxGBehnken組合設(shè)計(jì)研究了料液比、乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)、超聲波處理時(shí)間、水浴時(shí)間4個(gè)因素對(duì)黃酮提取率的影響.結(jié)果表明,玉米苞葉黃酮提取的最佳工藝條件為:乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%,料液比為1∶26,超聲波處理時(shí)間為40 min,水浴時(shí)間為34 min.進(jìn)一步對(duì)玉米苞葉總黃酮的抗氧化性進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果表明:玉米苞葉中總黃酮對(duì)DPPH自由基的清除能力和還原能力大于維生素C.

超聲波;玉米苞葉;黃酮;抗氧化

引用格式:Deng Hongmei,Ye Yanna．Measurement on Response Surface Optimization and Antioxidation of UlG trasoundGassisted Extraction of Total CornGbract Flavonoids[J]．Journal of Gansu Sciences,2016,28(2):38G43．[鄧紅梅,葉燕娜．玉米苞葉總黃酮超聲波輔助提取的響應(yīng)面優(yōu)化及其抗氧化測(cè)定[J]．甘肅科學(xué)學(xué)報(bào),2016,28(2):38G43．] doi:10．16468/j．cnkii．ssn1004G0366．2016．02．009．

黃酮類(lèi)化合物具有抗氧化、抗癌、抗心血管疾病等作用,是一種天然的抗氧化劑[1G4].最早研究玉米黃酮類(lèi)化合物是以花粉為原料,但用玉米花粉作為原料提取黃酮類(lèi)化合物會(huì)影響玉米受精[5],繼而影響玉米的產(chǎn)量,而利用丟棄的成熟玉米苞葉作為原料不僅不影響玉米受精,而且廢物利用,避免環(huán)境污染,具有很好的發(fā)展前景.超聲波輔助提取(UAE,ultrasoundGassisG ted extraction)技術(shù)是目前常用于天然產(chǎn)物提取的一種方法,具有提取時(shí)間短、避免提取物分解的特點(diǎn).從玉米苞葉中提取黃酮類(lèi)化合物成本低,研究響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波輔助乙醇提取玉米苞葉總黃酮工藝,可為玉米苞葉綜合利用提供一條新的途徑.

1　材料與方法

1．1材料、試劑和設(shè)備

材料:玉米苞葉,收集于茂名市茂南區(qū)官渡市場(chǎng).選擇新鮮的、顏色淺的,干燥粉碎過(guò)40目篩.

試劑:蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品、2G二苯基G2G苦味酰自由基(DPPH?)標(biāo)準(zhǔn)品、硝酸鋁、亞硝酸鈉、氫氧化鈉、無(wú)水乙醇、三氯化鐵、抗壞血酸、鄰苯三酚、鐵氰化鉀等,均為分析純.

儀器:AUY220分析天平,DKGS24電熱恒溫水浴鍋,LG550臺(tái)式離心機(jī),UVG2600紫外可見(jiàn)光光度計(jì),KQ5200DE型超聲波清洗器,VG5000型722分光光度儀.

1．2試驗(yàn)方法

(1)玉米苞葉黃酮的提取流程玉米苞葉→洗凈曬干→真空干燥24 h→粉碎(40目)→稱(chēng)樣(1 g)→加提取劑(乙醇)→超聲波處理→水浴恒溫提取→真空抽濾→萃取葉綠素(石油醚)→總黃酮.

(2)玉米苞葉黃酮含量測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的繪制[6]:利用黃酮與鋁離子在堿性和亞硝酸存在的條件下生成穩(wěn)定的色澤,用蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品做標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn),得出蘆丁含量(x)與吸光度(y)之間的線(xiàn)性回歸方程為y＝118．74x－0．004 5,R2＝0．999 7.

黃酮提取率的計(jì)算[7]:玉米苞葉黃酮提取液按標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)繪制的操作方法測(cè)其吸光度,代入回歸方程計(jì)算出樣品中黃酮質(zhì)量濃度C(mg/m L),則

(3)單因素試驗(yàn)影響玉米苞葉總黃酮提取率的因素很多,試驗(yàn)以料液比(1∶10、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40)、乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)(40%、50%、60%、70%、80%、90%)、超聲波處理時(shí)間(25 min、30 min、35 min、40 min、45 min、50 min)、超聲波功率(50 W、60 W、70 W、80 W、90 W、100 W)、水浴恒溫時(shí)間(25 min、30 min、35 min、40 min、45 min、50 min)、水浴溫度(40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃)6個(gè)因素為考察對(duì)象,以玉米苞葉總黃酮提取率為指標(biāo),研究各因素對(duì)玉米苞葉總黃酮提取率的影響.

(4)響應(yīng)面試驗(yàn)根據(jù)單因素試驗(yàn),選擇對(duì)玉米苞葉總黃酮提取率影響明顯的4個(gè)因素,根據(jù)這4個(gè)單因素試驗(yàn)所確定的水平范圍,采用DesignGExG pert 6．0．5軟件設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn).

(5)總還原力的測(cè)定試驗(yàn)取玉米苞葉總黃酮和維生素C分別配制成0．10 mg/m L、0．12 mg/m L、0．14 mg/m L、0．16 mg/m L、0．18 mg/m L的溶液,參考文獻(xiàn)[8]進(jìn)行試驗(yàn),在700 nm處測(cè)定吸光度值.測(cè)定的吸光值越大,樣品的還原能力就越強(qiáng).

(6)清除DPPH自由基試驗(yàn)取0．10 mg/m L、0．12 mg/m L、0．14 mg/m L、0．16 mg/m L、0．18 mg/m L的玉米苞葉總黃酮溶液和維生素C溶液2 m L,參考文獻(xiàn)[9,10],加入2 m L DPPH溶液,在517 nm處測(cè)得吸光值為A1,空白組為用2 m L 95%的乙醇溶液代替DPPH溶液,測(cè)得吸光值為A2;對(duì)照組為2 m L DPPH溶液與2 m L蒸餾水在517 nm下測(cè)得吸光值為A0;以等體積蒸餾水和95%的乙醇混合液作為空白調(diào)零.DPPH自由基清除率公式為DPPH自由基清除率

(7)數(shù)據(jù)處理單因素試驗(yàn)、抗氧化試驗(yàn)的數(shù)據(jù)與作圖用Graph Pad Prism 5軟件處理;響應(yīng)面分析與作圖用DesignGExpert 6．0．5軟件處理.

2　結(jié)果與分析

2．1單因素試驗(yàn)結(jié)果

UAE技術(shù)就是利用超聲波的強(qiáng)振動(dòng)、高加速度、強(qiáng)空化效應(yīng)、強(qiáng)攪拌作用來(lái)縮短天然產(chǎn)物有效成分進(jìn)入溶劑的時(shí)間,加快提取過(guò)程,提高提出率,并有效避免高溫對(duì)有效成分的破壞[11,12].超聲波處理40 min,超聲波功率100 W,乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)70%,料液比1∶25,水浴溫度50℃,水浴時(shí)間35 min時(shí),玉米苞葉總黃酮提取率最高,如圖1所示.因?qū)嶒?yàn)室的超聲波清洗器的功率最高只有100 W,所以后續(xù)試驗(yàn)均采用100 W的超聲波來(lái)輔助提取玉米苞葉總黃酮.水浴溫度對(duì)玉米苞葉總黃酮提取率的影響不是很明顯,所以后續(xù)試驗(yàn)均采用50℃的水浴溫度.

圖1　各因素對(duì)玉米苞葉總黃酮提取率的影響Fig．1　Influence of each factor on the total cornGbract flavonoids extraction rate

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果,篩選出乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)、料液比、超聲波處理時(shí)間、水浴時(shí)間對(duì)玉米苞葉總黃酮提取率影響較明顯,確定最佳試驗(yàn)范圍,進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn).

2．2響應(yīng)面法優(yōu)化條件

(1)響應(yīng)面分析方案及結(jié)果設(shè)計(jì)響應(yīng)面因素水平表(見(jiàn)表1),選用BoxGBehnken Design模型,以玉米苞葉黃酮提取率為響應(yīng)值,進(jìn)行四因素三水平共29個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的試驗(yàn),試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表2.

表1　響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平表Table 1　Experiment factor and level list of response surface

表2　響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果Table 2　Experiment design and experimental result of response surface

通過(guò)DesignGExpert 6．0．5軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)面分析,經(jīng)過(guò)二次回歸擬合后,得出以玉米苞葉黃酮提取率為目標(biāo)函數(shù)的二次回歸方程:

模型系數(shù)顯著性檢驗(yàn)和方差分析結(jié)果見(jiàn)表3.

表3　模型回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)和方差分析結(jié)果Table 3　Significance testing and variance analysis results of model regression coefficient

從表3可知,回歸方程模型是極顯著的,一次項(xiàng)B(料液比)、交互項(xiàng)BD(料液比與水浴時(shí)間的交互作用)對(duì)響應(yīng)值的影響是顯著的;二次項(xiàng)A2、B2、C2、D2對(duì)響應(yīng)值的影響均極顯著,失擬項(xiàng)不顯著(P＝0．428 9),說(shuō)明該模型的擬合度良好[13].

(2)響應(yīng)面分析與優(yōu)化響應(yīng)面圖形是響應(yīng)值對(duì)各試驗(yàn)因子所構(gòu)成的三維空間的曲面圖,從響應(yīng)面分析圖上可直觀地看出最佳參數(shù)及各參數(shù)之間的相互作用[14].響應(yīng)面圖均為向上凸起的曲面,見(jiàn)圖2~圖7.各圖中隨著各個(gè)因素值的增加,其響應(yīng)值均出現(xiàn)先增大后減小,從而可獲得一個(gè)優(yōu)值.用DesignGExepert軟件對(duì)各參數(shù)進(jìn)行分析,得到超聲波輔助提取玉米苞葉黃酮的最優(yōu)提取條件:乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為79．78%,料液比為1∶25．96(g/m L),超聲波處理時(shí)間40．14 min,水浴時(shí)間33．85 min.

圖2　乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)與料液比的相互作用對(duì)總黃酮提取率的影響Fig．2　The influence of interaction between ethyl alcohol content and feed solution proportion on total cornGbract flavonoids extraction rate

圖3　乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)與超聲波處理時(shí)間相互作用對(duì)總黃酮提取率的影響Fig．3　The influence of interaction between ethyl alcohol content and ultrasonic treatment time on total cornGbract flavonoids extraction rate

圖4　乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)與水浴時(shí)間的相互作用對(duì)總黃酮提取率的影響Fig．4　The influence of interaction between ethyl alcohol content and waterGbath time on total cornGbract flavonoids extraction rate

圖5　料液比與超聲波處理時(shí)間的相互作用對(duì)總黃酮提取率的影響Fig．5　The influence of interaction between feed solution proportion and ultrasonic treatment time on total cornGbract flavonoids extraction rate

圖6　料液比與水浴時(shí)間相互作用對(duì)總黃酮提取率的影響Fig．6　The influence of interaction between feed solution proportion and waterGbath time on total cornGbract flavonoids extraction rate

圖7　超聲波處理時(shí)間與水浴時(shí)間相互作用對(duì)總黃酮提取率的影響Fig．7　The influence of interaction between ultrasonic treatment time and waterGbath time on total cornGbract flavonoids extraction rate

為了驗(yàn)證響應(yīng)面法能否真實(shí)地反映各因素對(duì)玉米苞葉總黃酮提取率的影響,我們用獲得的最優(yōu)提取條件進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn),并將最佳條件改為乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%,料液比1∶26(g/m L),超聲波處理時(shí)間40 min,水浴時(shí)間34 min以便于操作,得到玉米苞葉總黃酮平均提取率為0．42%,與理論預(yù)測(cè)值相差0．02%,說(shuō)明響應(yīng)面法是可靠的.

2．3抗氧化性結(jié)果與分析

(1)玉米苞葉總黃酮總還原力玉米苞葉總黃酮和維生素C的還原力均隨著質(zhì)量濃度的增大而增強(qiáng).同一濃度下,玉米苞葉總黃酮的還原力比維生素C強(qiáng),見(jiàn)圖8(a).還原性越強(qiáng),抗氧化性也越強(qiáng)[15].

(2)玉米苞葉總黃酮清除DPPH自由基玉米苞葉總黃酮和維生素C對(duì)DPPH自由基的清除作用隨著質(zhì)量濃度的增加越來(lái)越大.當(dāng)質(zhì)量濃度為0．18 mg/m L時(shí),玉米苞葉總黃酮對(duì)DPPH自由基的清除率達(dá)82%,比維生素C強(qiáng)10%,見(jiàn)圖8(b).

圖8　玉米苞葉總黃酮與維生素C還原力及DPPH自由基清除率的比較Fig．8　Comparison of total cornGbract flavonoids with reducing power of VitC&scavenging activity of DPPH

3　結(jié)論

對(duì)超聲波輔助提取玉米苞葉總黃酮最優(yōu)工藝進(jìn)行探究,在預(yù)實(shí)驗(yàn)中確定超聲波功率為100 W,水浴溫度為50℃,篩選出乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)、料液比、超聲波處理時(shí)間、水浴時(shí)間對(duì)玉米苞葉總黃酮提取的影響比較大,根據(jù)四因素三水平的響應(yīng)面分析法得到了最優(yōu)的工藝條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)80%,料液比1∶26(g/m L),超聲波處理時(shí)間40 min,水浴時(shí)間34 min時(shí)總黃酮提取率為0．42%.玉米苞葉總黃酮提取率不高的可能原因一是超聲波功率較低,未能很好地達(dá)到超聲波處理的目的,二是玉米苞葉的品種所致.

體外抗氧化性的實(shí)驗(yàn)表明:玉米苞葉黃酮的總還原力高于維生素C,隨著質(zhì)量濃度的增大而增強(qiáng);對(duì)DPPH自由基的清除隨著質(zhì)量濃度的增大而增強(qiáng),同一濃度下的清除率高于維生素C.所以玉米苞葉黃酮是一種較好的天然抗氧化劑.

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Measurement on Response Surface Optimization and Antioxidation of UltrasoundGassisted Extraction of Total CornGbract Flavonoids

Deng Hongmei,Ye Yanna
(Technology Development Center of Fruit and Vegetable Processing and Storage Engineering, Guangdong University of Petrochemical Technology,Maoming 525000,China)

The influence of four factors,which includes feed solution proportion,ethyl alcohol content,ulG trasonic treatment time and waterGbath time,on the flavonoid extraction rate is designed and studied by uG sing response surface methodology optimizing the conditions of ultrasound assistance in extracting total cornGbract flavonoids from ethyl alcohol．The result shows that optimal technological condition of extracG tion of cornGbract flavonoids is as per blow:ethyl alcohol content is 80%,feed solution proportion is 1 to 26,ultrasonic treatment time is 40 minutes,and waterGbath time is 34 minutes．Result after further measG urement on the antioxidation of total cornGbract flavonoids indicates that the scavenging activity and reducG ing power of total cornGbract flavonoids on DPPH free radical is bigger than vitamin C．

Ultrasonic wave;Corn bract;Flavonoids;Antioxidation

S122

A

1004G0366(2016)02G0038G06

2015G08G17;

2015G09G29．

廣東高校果蔬加工與貯藏工程技術(shù)開(kāi)發(fā)中心開(kāi)放基金(2015B003)．

鄧紅梅(1965G),女,廣東茂名人,副教授,研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物提取及農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)．EGmail:dhm005＠126．com．