響應(yīng)面法優(yōu)化麥麩中植酸的提取條件及植酸抑菌效果分析研究

汪洋點(diǎn)點(diǎn),雷 宜,張夢梅,李 元,李 智,張志清

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,四川雅安 625014)

響應(yīng)面法優(yōu)化麥麩中植酸的提取條件及植酸抑菌效果分析研究

汪洋點(diǎn)點(diǎn),雷 宜,張夢梅,李 元,李 智,張志清*

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,四川雅安 625014)

以麥麩為原料,采用鹽酸提取麥麩中植酸。在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選擇提取時間、提取溫度、酸浸液濃度和料液比為自變量,植酸含量為指標(biāo),通過響應(yīng)面法優(yōu)化植酸提取的工藝條件,建立了植酸提取的二次多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型,并得到最佳工藝條件。采用牛津杯法研究了其對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和沙門氏菌的抑菌譜及最小抑菌濃度;探討了不同濃度、金屬陽離子及濃度、溫度和有機(jī)溶劑對其抑菌效果的影響。結(jié)果表明:麥麩中植酸提取的最佳工藝條件為:提取時間2.2h,提取溫度40℃,酸浸液濃度1.2mol/L,料液比1∶22(g/mL)。經(jīng)驗(yàn)證在最佳提取工藝下,植酸的含量為1.215%。植酸提取液對四種細(xì)菌均有較好的抑制效果,最小抑菌濃度依次為2.17、2.89、3.61、3.61μg/mL;隨著植酸提取液濃度增大,抑菌效果增強(qiáng);分別與100、200、300mmol/L的氯化鈉、氯化鉀、氯化鎂、氯化鈣溶液混合,抑菌效果減弱;與10%(v/v)乙醇、丙二醇、丙三醇等有機(jī)溶劑混合后,其抑菌效果明顯下降;經(jīng)0、65、121℃處理后的植酸提取液的抑菌效果無明顯變化。

麥麩,植酸,響應(yīng)面法,提取,抑菌效果

植酸(phytic acid)又名肌醇六磷酸酯,學(xué)名稱為環(huán)己六醇六磷酸酯,是淡黃色或黃褐色粘稠狀液體,呈強(qiáng)酸性,易溶于水、乙醇、丙二醇和甘油等,幾乎不溶于醚、苯、乙烷和氯仿等,遇高溫則分解[1]。麥麩是制粉過程中提取小麥粉和胚芽后的殘留部分,主要用作飼料,其經(jīng)濟(jì)附加值很低。因此,如何利用麩皮中的功能性成分成為現(xiàn)代食品和糧油加工的研究熱點(diǎn)。研究表明,麥麩中含有4%～5%的植酸[2],是制取植酸的良好來源。植酸在醫(yī)藥、化工、紡織工業(yè)、食品等輕工業(yè)中均有廣泛的用途[3]。

生產(chǎn)中一般采用提取法制取植酸[4-5],主要有菲丁法、萃取法和膜分離法。有關(guān)植酸含量的測定方法大致可分為酶法[6]、分光光度法[7]、現(xiàn)代儀器法[8-9]、比色法[10]等。近年來植酸在我國得以迅速發(fā)展,優(yōu)化出經(jīng)濟(jì)、高效的植酸提取工藝條件,是提高產(chǎn)品質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)。因此,本文以麥麩為原料,從麥麩中提取植酸,以植酸含量為指標(biāo),研究提取不同提取條件(提取時間、提取溫度、酸浸液濃度、料液比)對植酸得率的影響。在單因素分析的基礎(chǔ)上,以植酸含量為響應(yīng)值,進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化麥麩中提取植酸的工藝條件。同時,在測定植酸提取液對食品中常見細(xì)菌最小抑菌濃度的同時,研究了其在不同條件下(濃度、金屬陽離子、濃度、溫度和有機(jī)溶劑)的抑菌效果,為麥麩功能的綜合開發(fā)利用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

麥麩 雅安市售;大腸桿菌(Escherichiacoli):菌株編號ATCC 25922、金黃色葡萄球菌(Staphyloccocusaureus):菌株編號ATCC 25923、枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis):菌株編號CICC 21482、沙門氏菌(Salmonella):菌株編號CTCC 21482均由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院微生物實(shí)驗(yàn)室鑒定保存。

牛肉膏、蛋白胨 均購自北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司;氯化鈉、氯化鈣、瓊脂、氯化鎂、氯化鉀、氫氧化鈉、鹽酸、乙醇、丙二醇、丙三醇、植酸(50%高純度植酸液體) 均購自成都科龍化學(xué)試劑廠;0.22μm水系微孔濾膜購自鄭州市國達(dá)儀器設(shè)備有限公司;一次性注射器購自杭州紹峰科技有限公司;HD-542型牛津杯購自北京杰瑞恒達(dá)科技有限公司;游標(biāo)卡尺購自廣州市新徠測繪儀器有限公司。

CCP225D型電子天平 德國賽多利斯股份公司;UV-3100PC型紫外分光光度計(jì) 上海美譜達(dá)儀器有限公司;KH-50B型超聲波破碎儀 昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司;HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋 江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司;Thermo BR4i冷凍離心機(jī) 美國Thermo公司;SYQ-DSX-280B型手提式不銹鋼壓力蒸汽滅菌器 上海申安醫(yī)療器械廠;SW-CJ型潔凈工作臺 蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司;HZQ-A型恒溫振蕩培養(yǎng)箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 麥麩中植酸提取方法的優(yōu)化

1.2.1.1 植酸含量的測定方法 參考王國蓉[11]等的方法,并做一定修改。準(zhǔn)確稱取2g粉碎后的麥麩置于250mL燒杯中,采用鹽酸浸提,超聲破碎15min后,置于恒溫水浴鍋中保溫酸浸一定時間,離心(4500r/min,10min),取2mL所得植酸粗提液,用蒸餾水定容至10mL,加入2滴10%的磺基水楊酸,用硫代硫酸鈉標(biāo)樣標(biāo)定了濃度的三氯化鐵溶液滴定至溶液呈紫色且30s內(nèi)不褪色。植酸含量按下式進(jìn)行計(jì)算。

式中:α為稀釋倍數(shù);c為三氯化鐵溶液的濃度,mol/L;V為消耗三氯化鐵溶液的體積,mL;0.2375為每分子植酸可絡(luò)合 2.8個Fe3+,1mol 三氯化鐵相當(dāng)于0.2357g植酸;W為樣品干基質(zhì)量,g。

1.2.1.2 提取方法的優(yōu)化 參考羅倉學(xué)[12]等的方法,并做一定修改。以植酸含量為指標(biāo),分別選取提取時間、提取溫度、酸浸液濃度與料液比進(jìn)行麥麩中植酸提取的單因素優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。對每個單因素進(jìn)行方差分析,驗(yàn)證該因素是否具有顯著性,具有顯著性的因素入選響應(yīng)面分析的因素。在單因素基礎(chǔ)上,采用Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理,進(jìn)行四因素三水平的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)對植酸提取的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。采用多元二次回歸方程擬合因素與響應(yīng)值之間的函數(shù)關(guān)系,通過回歸方程優(yōu)化工藝參數(shù),預(yù)測響應(yīng)值,并對影響實(shí)驗(yàn)過程的因子及其交互作用進(jìn)行評價(jià),確定最佳反應(yīng)條件。實(shí)驗(yàn)因素及水平見表1。

表1 因素水平編碼表Table 1 Variables and levels in response surface design

1.2.2 植酸粗提液對食品中主要致病菌的抑菌效果分析

1.2.2.1 植酸粗提液的制備 將一定量的麥麩按1∶20的料液比加入1mol/L的HCl,超聲15min后,在40℃的恒溫水浴鍋中保溫2h,在4500r/min下離心10mim得到的上清液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮,即得到植酸粗提液,其含量為0.1444g/mL。

1.2.2.2 抑菌譜的測定 參考倪清艷[13]等的方法,挑取活化后的供試菌,接種于營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基中,37℃培養(yǎng)24h,取其培養(yǎng)物稀釋至含菌量106～107CFU/mL,用移液槍吸取100μL的菌懸液于凝固的培養(yǎng)基上涂布均勻。用無菌鑷子安放牛津杯,輕輕加壓,使其與培養(yǎng)基接觸無間隙,將經(jīng)0.22μm濾膜過濾除菌體積分?jǐn)?shù)為4%的植酸粗提液100μL加入牛津杯里,設(shè)置三個平行實(shí)驗(yàn),在37℃下培養(yǎng)24h,用直尺測量抑菌圈直徑。用相同pH的鹽酸和4%標(biāo)準(zhǔn)植酸溶液替代提取液作為對照。

1.2.2.3 最小抑菌濃度(MIC)的測定 參考彭益強(qiáng)[14],王放銀[15]等的方法,取含菌量為106～107CFU/mL菌液100μL,用無菌的涂布棒在營養(yǎng)瓊脂平板上均勻涂布。用無菌鑷子插好牛津杯,將經(jīng)0.22μm濾膜過濾除菌體積分?jǐn)?shù)為1.00%、1.50%、2.00%、2.50%、3.00%的植酸粗提液100μL加入牛津杯里,設(shè)置三個平行實(shí)驗(yàn),在37℃下培養(yǎng)24h,用直尺測量抑菌圈直徑。

1.2.2.4 提取液濃度對植酸抑菌效果的影響 參考謝勇[16],付慧[17]等的方法,根據(jù)供試菌的最小抑菌濃度,配制不同濃度的植酸提取液,取含菌濃度為106～107CFU/mL菌液100μL,用無菌的涂布棒在營養(yǎng)瓊脂平板上均勻涂布。用無菌鑷子插好牛津杯,將經(jīng)0.22μm濾膜過濾除菌體積分?jǐn)?shù)為2.50%、3.00%、3.50%、4.00%、4.50%的植酸粗提液100μL加入牛津杯里,設(shè)置三個平行實(shí)驗(yàn),在37℃下培養(yǎng)24h,用直尺測量抑菌圈直徑。

1.2.2.5 金屬陽離子及濃度對植酸提取液抑菌效果的影響 參考李淑彬[18],廖愛琳[19]等的做法,配制濃度為5.78 μg/mL的植酸提取液,取1mL植酸提取液分別與1mL的100、200、300mmol/L的氯化鈉、氯化鉀、氯化鎂、氯化鈣溶液混合均勻。

取含菌量為106～107CFU/mL菌液100μL,用無菌的涂布棒在營養(yǎng)瓊脂平板上均勻涂布。用無菌鑷子插好牛津杯,將經(jīng)0.22μm濾膜過濾除菌的各濃度溶液100 μL加入牛津杯里,設(shè)置三個平行實(shí)驗(yàn),在37℃下培養(yǎng)24h,用直尺測量抑菌圈直徑,以未處理的植酸提取液作為對照。

1.2.2.6 溫度對植酸提取液抑菌效果的影響 參考常麗欣[20]等的方法,并做一定修改?？紤]到目前常用的滅菌溫度,配制濃度為5.78μg/mL的植酸提取液,分別在0、65、121℃保持20min,在無菌環(huán)境中冷卻至室溫。

取含菌量為106～107CFU/mL菌液100μL,用無菌的涂布棒在營養(yǎng)瓊脂平板上均勻涂布。用無菌鑷子插好牛津杯,將經(jīng)0.22μm濾膜過濾除菌的各溶液100μL加入牛津杯里,設(shè)置三個平行實(shí)驗(yàn),在37℃下培養(yǎng)24h,用尺測量抑菌圈直徑,以常溫下未作處理的植酸提取液作為對照。

1.2.2.7 有機(jī)溶劑對植酸提取液抑菌效果的影響 參照秦慧民[21],楊敏[22]等方法,配制濃度為5.78μg/mL的植酸提取液,取1mL提取液分別與1mL的10%(v/v)的乙醇、丙二醇、丙三醇溶液混合。

取含菌量為106～107CFU/mL菌液100μL,用無菌的涂布棒在營養(yǎng)瓊脂平板上均勻涂布。用無菌鑷子插好牛津杯,將經(jīng)0.22μm濾膜過濾除菌的各溶液100μL加入牛津杯里,設(shè)置三個平行實(shí)驗(yàn),在37℃下培養(yǎng)24h,用直尺測量抑菌圈直徑,以未處理的植酸提取液作為對照。

圖1 單因素條件對植酸提取量的影響Fig.1 Effect of extraction single factors on phytic acid yield from wheat bran

2 結(jié)果與分析

2.1 麥麩中植酸提取方法的優(yōu)化

2.1.1 各單因素對植酸提取液中植酸含量的影響 由圖1a可以看出,當(dāng)提取時間從1h增加至2h時,植酸含量急劇增加,2h以后植酸含量隨時間的增加呈現(xiàn)明顯減少的趨勢,可能是已提取出的植酸隨著提取時間的延長發(fā)生了一定程度的氧化。因此,將2h作為最佳提取時間。由圖1b可以看出,隨著提取溫度從30℃升高到40℃,植酸含量明顯增加,溫度高于40℃后植酸含量隨提取溫度的升高明顯降低。并且在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),當(dāng)提取溫度過高時酸浸液有明顯的異味,可能是麥麩在較長的提取時間內(nèi)由于微生物作用而發(fā)生的發(fā)酵,40℃以后因溫度太高植酸發(fā)生了氧化因而含量下降。因此,將40℃選為最佳提取溫度。由圖1c可以看出,植酸含量隨酸浸液濃度的增大而增大,當(dāng)酸浸液濃度為1.0mol/L時植酸含量達(dá)到最大值,隨后植酸含量有所下降。酸浸液濃度增大降低了植酸的螯合性,但當(dāng)酸浸液濃度增大到一定程度后麥麩中的其他成分如蛋白質(zhì)、多糖等也被溶解出,從而再次和植酸螯合,使植酸的含量降低。因此,確定提取植酸的酸浸液的最佳濃度為1.0mol/L。由圖1d可以看出,當(dāng)料液比在1∶10～1∶20(g/mL)的范圍內(nèi),植酸含量隨料液比的增加而明顯增加,但料液比增加至1∶25(g/mL)時,植酸含量增加趨勢很小,隨著料液比的增大植酸逐漸被完全提取出來后植酸含量不再增加。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明料液比太小,麥麩中的植酸不能完全提出,當(dāng)植酸完全提出后料液比的增大對其沒有影響,考慮工業(yè)中提取植酸的成本等因素,因此選取1∶20(g/mL)作為提取的最佳料液比。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,最佳提取時間和提取溫度與羅倉學(xué)等[12]以菜籽粕為原料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致,可能是因?yàn)樵?0℃和酸浸2h的條件下,能較大程度上將植酸提取出來并保持其穩(wěn)定性,故出現(xiàn)最高點(diǎn)。同時由于所選取的原料不同,所含的蛋白質(zhì)不同以及在浸提液中的溶解性不同,植酸以不同形式的復(fù)合物存在,導(dǎo)致酸浸液濃度和料液比的結(jié)果不同。但其變化趨勢仍相一致,植酸含量隨酸浸濃度的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢,隨料液比的增加出現(xiàn)先增加后趨于平緩的趨勢。

2.1.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化植酸提取條件 在單因素基礎(chǔ)上,本實(shí)驗(yàn)采用Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理,對影響植酸提取較大的4個因素:X1(提取時間)、X2(提取溫度)、X3(酸浸液濃度)、X4(料液比)采用Design Expert8.0.6軟件設(shè)計(jì)四因素三水平中心實(shí)驗(yàn)。因素水平編碼表見表1,響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Arrangement and experimental results of response surface Box-Behnken design

經(jīng)Design Expert8.0.6軟件對表2的結(jié)果進(jìn)行分析,得到四因素與植酸含量的回歸方程如下:

植酸含量(%)=1.18+0.025X1+0.026X2+0.070X3+0.057X4-0.019X1X2-0.014X1X3+0.050X1X4-0.018X2X3-0.024X2X4+0.046X3X4-0.069X12-0.11X22-0.045X32-0.14X42

2.1.3 響應(yīng)面分析 由圖2a、圖2b可以看出,時間與料液比(X1、X4)、酸浸液濃度與料液比(X3、X4)的交互作用對植酸含量影響顯著,曲線較陡,且隨著其數(shù)值的增加或者減少響應(yīng)值降低,響應(yīng)值在中心有一個最大值。

圖2 交互項(xiàng)顯著的因素響應(yīng)曲面圖Fig.2 Interactive significant factors of response surface figure注:a.提取時間與料液比;b.酸浸液濃度與料液比。

表3 植酸含量的方差分析及顯著性結(jié)果Table 3 Variance analysis for yield of Phytic Acid with various extraction conditions

注:*代表在α=0.05上差異顯著;**代表在α=0.01上差異極顯著。

表4 植酸提取液濃度對抑菌效果的影響(cm)Table 4 The influence about concentration on antimicrobial effect of phytic acid extracting solution(cm)

注：“-”表示無抑菌圈出現(xiàn)。對響應(yīng)面和回歸方程進(jìn)行分析后,得到的提取植酸的最優(yōu)工藝條件是:提取時間2.24h,提取溫度39.73℃,酸浸液濃度1.19mol/L,料液比1∶22.02(g/mL)?？紤]到實(shí)際操作的可行情況,將提取植酸的最優(yōu)工藝條件修正為:提取時間2.2h,提取溫度40℃,酸浸液濃度1.2mol/L,料液比1∶22(g/mL)。在此條件下進(jìn)行三次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),得到的植酸含量的結(jié)果為1.215%、1.177%、1.253%,平均值為1.215%,與預(yù)測值1.225%基本相符。

2.2 植酸粗提液對食品中常見細(xì)菌的抑菌效果分析

2.2.1 植酸粗提液對食品常見細(xì)菌抑菌效果初測 采用抑菌圈法分析表明植酸提取液對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和沙門氏菌都有較好的抑制作用,通過與標(biāo)準(zhǔn)植酸和相同pH的鹽酸溶液比較發(fā)現(xiàn),鹽酸的抑菌圈直徑最大,標(biāo)準(zhǔn)植酸樣品的抑菌圈直徑最小。說明植酸有抑菌作用,植酸粗提液抑菌圈直徑大于植酸標(biāo)準(zhǔn)品的原因可能是提取液中含有如酚類等其他水溶性物質(zhì),也具有一定的抑菌作用,故抑菌效果強(qiáng)于對照組。

2.2.2 最小抑菌濃度(MIC)的測定及不同植酸提取液濃度對抑菌效果的影響 由表4可知，植酸提取液對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和沙門氏菌的最小抑菌濃度依次為2.17、2.89、3.61、3.61μg/mL，故大腸桿菌對植酸最敏感。由于大腸桿菌和沙門氏菌是革蘭氏陰性菌，金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌是革蘭氏陽性菌，可推測植酸對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌均有一定抑制作用?？梢钥闯?，在一定范圍內(nèi)隨著植酸提取液濃度的增加，抑菌圈直徑呈現(xiàn)增大的趨勢，抑菌效果增強(qiáng)。并且不同菌的最佳抑菌濃度不同，大腸桿菌和枯草芽孢桿菌在5.78μg/mL的濃度下抑菌效果最好，金黃色葡萄球菌和沙門氏菌在6.05μg/mL的濃度下抑菌效果最好。其原因可能是不同微生物的最適pH不同，呈強(qiáng)酸性的植酸提取液改變其生長環(huán)境的pH，從而影響供試菌的生長。隨植酸提取液濃度的增加，大腸桿菌和枯草芽孢桿菌生長環(huán)境的pH先降低后基本保持不變；金黃色葡萄球菌和沙門氏菌生長環(huán)境的pH降低。

表5 金屬離子及濃度對植酸提取液抑菌效果的影響(cm)Table 5 The influence about metal cations & concentration on antimicrobial effect of phytic acid extracting solution(cm)

注:“-”表示無抑菌圈出現(xiàn)。

表6 溫度對植酸提取液抑菌效果的影響(cm)Table 6 The influence about temperature on antimicrobial effect of phytic acid extracting solution(cm)

表7 有機(jī)溶劑對植酸提取液抑菌效果的影響(cm)Table 7 The influence about organic solvents on antimicrobial effect of phytic acid extracting solution(cm)

注:“-”表示無抑菌圈出現(xiàn)。2.2.3 金屬離子及濃度對植酸提取液抑菌效果的影響 由表5可知,植酸提取液與不同金屬離子混合后抑菌效果相較對照組均減弱。其中對大腸桿菌的抑菌效果是:含有100mmol/L Na+的植酸提取液無抑菌圈出現(xiàn),K+濃度的變化對抑菌圈直徑影響不大,隨 Mg2+濃度增大抑菌圈直徑減小,隨Ca2+濃度增大抑菌圈直徑增加;對金黃色葡萄球菌的抑菌效果是:含有100、200mmol/L Na+、300mmol/L Mg2+和100mmol/L Ca2+的植酸提取液無抑菌圈出現(xiàn),隨K+濃度增大抑菌圈直徑增加;對枯草芽孢桿菌的抑菌效果是:隨Na+、Ca2+濃度增大抑菌圈直徑減小,隨K+、Mg2+濃度增大抑菌圈直徑先減后增;沙門氏菌對Na+、K+、Ca2+敏感,當(dāng)加入這些離子后無抑菌圈出現(xiàn),隨 Mg2+濃度增大抑菌圈直徑增加。可能是因?yàn)橹菜峋哂袠O強(qiáng)的螯合性,與金屬離子螯合后,改變其原來的結(jié)構(gòu)或影響微生物代謝酶的活性。因此植酸提取液作為防腐劑使用在含鈉、鉀、鎂、鈣離子豐富的食品中時,應(yīng)考慮其抑菌效果下降的問題。

2.2.4 溫度對植酸提取液抑菌效果的影響 由表6可知,相較對照組,經(jīng)0、65、121℃處理后的植酸提取液對大腸桿菌的抑菌效果減弱,0℃處理對沙門氏菌的抑菌效果略有增強(qiáng),65℃處理效果減弱，121℃處理幾乎沒有影響;經(jīng)0、65、121℃處理后的植酸提取液對金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌的抑菌效果基本不變。說明不同處理溫度對植酸抑菌效果的影響較小。

2.2.5 有機(jī)溶劑對植酸提取液抑菌效果的影響 由表7可知,乙醇與植酸提取液混合后對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和沙門氏菌基本沒有抑制作用,丙二醇、丙三醇與植酸提取液混合后對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和沙門氏菌都有一定的抑制效果,但相較于對照組,植酸提取液與有機(jī)溶劑混合后,抑菌效果減弱。其原因可能是植酸雖易溶于這些有機(jī)溶劑,但兩者混合后,對微生物生長環(huán)境的pH改變的能力減弱,且有機(jī)溶劑也可能作為微生物的碳源及能源,使得抑菌效果不如對照組。

3 結(jié)論與討論

本實(shí)驗(yàn)在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,以麥麩為原料,從麥麩中提取植酸并測定植酸含量,以植酸含量為響應(yīng)值,進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化麥麩中提取植酸的工藝條件。優(yōu)化后的提取植酸的工藝條件為:提取時間2.2h,提取溫度40℃,酸浸液濃度1.2mol/L,料液比1∶22。在此優(yōu)化條件下進(jìn)行三次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),得到的植酸平均含量為1.215%,與預(yù)測值相符,且重現(xiàn)性好,說明響應(yīng)面法優(yōu)化提取植酸的工藝結(jié)果可靠。

研究發(fā)現(xiàn),麥麩植酸提取液對食品中常見的4種致病菌均有明顯抑制作用,其中對大腸桿菌的抑制效果最好;植酸提取液對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和沙門氏菌的最小抑菌濃度依次為2.17、2.89、3.61、3.61μg/mL;隨植酸提取液濃度增加,抑菌效果增強(qiáng);當(dāng)將不同濃度的Na+、K+、Mg2+和Ca2+與植酸提取液混合后,抑菌效果受到抑制;經(jīng)0、65、121℃處理后的植酸提取液抑菌效果變化較小;與乙醇、丙二醇、丙三醇混合后的植酸提取液抑菌效果也受到抑制。優(yōu)化后植酸平均含量低于單因素結(jié)果可能是由于麥麩的呂種或批次差異。

[1]趙玉生,于然.植酸的食品保鮮機(jī)理及應(yīng)用[J].中國食品添加劑,2007(1):147-150.

[2]歐仕益,陳喜德,符莉，等.利用黑曲霉發(fā)酵麥麩制備阿魏酸、肌醇和低聚糖的研究[J].糧食與飼料工業(yè),2003,(5):31-32.

[3]Beom J L,Deloy G H. Phytic acid protective effect against beef round muscle lipid peroxidation[J].Journal of Food Science,1995,2:24l-244.

[4]楊文玉.植酸制取工藝研究現(xiàn)狀與展望[J].中國油脂,2003,28(4):46-48.

[5]戴傳波,李建橋,李建秀.植酸制取的研究進(jìn)展[J].食品工業(yè)科技,2007,28(2):293-241.

[6]張清華,郭沛榮,許光映.酶法測定亞麻籽中的植酸含量[J].農(nóng)產(chǎn)品加工學(xué)刊,2012,(10):59-61.

[7]時俠清,沙超,姚維東,等.雙吡啶分光光度法測定小麥植酸含量研究[J].安徽科技學(xué)院學(xué)報(bào),2009,23(6):10-14.

[8]曾雪靈,陳永欣,葉明立,等.加速溶劑萃取一離子色譜測定油菜籽餅中的植酸[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版),2006,33(6):667-670.

[9]賈鵬禹,申書昌,鄭連忠.離子色譜法測定米糠中植酸含量[J].齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào),2009,25(1):82-84.

[10]李麗,吳波,李慶龍.磷鉬黃比色法測定小麥麩中的植酸[J].糧食與飼料工業(yè),2008,(4):11-12.

[11]王國蓉,萬文貴,王麗.三氯化鐵滴定法測定植酸含量方法的優(yōu)化及改進(jìn)研究[J].食品科學(xué),2009,30(10):188-190.

[12]羅倉學(xué),史蘭,李振堯.響應(yīng)面法優(yōu)化菜籽粕中植酸提取工藝研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2013,49(5):51-55.

[13]倪清艷,李燕,張海濤.ε-聚賴氨酸的抑菌作用及在保鮮中的應(yīng)用[J].食品科學(xué),2008,29(9):102-105.

[14]彭益強(qiáng),方柏山.植酸抑菌保鮮作用的研究[J].福建化工,2002(4):39-41.

[15]王放銀,段林東,趙良忠.夏枯草抗菌成分的提取及其抑菌效果研究[J].西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,26(6):773-775.

[16]謝永,周南進(jìn),李弼民,等.不同濃度和pH的殼聚糖對幽門螺桿菌抑菌作用的影響[J].中華微生物和免疫學(xué)志,2002,22(1):13-14.

[17]付慧,楊萍,汪秋寬.茶多酚的制備及其抑菌活性的研究[J].食品科技,2012，37(6):273-276.

[18]李淑彬,周仁超,鐘英長.金屬離子對黃柄曲霉生長和抗真菌抗生素合成的影響[J].微生物學(xué)通報(bào),2002,29(3):20-24.

[19]廖愛琳,吳曉萍,易蜀婷,等.殼聚糖對金黃色葡萄球菌抑菌活性的研究[J].中國食物與營養(yǎng),2011,17(4):40-43.

[20]常麗新,賈長紅,高曼,等.丁香葉黃酮的抑菌作用研究[J].食品工業(yè)科技,2010(10):126-128.

[21]秦慧民,朱思明,于淑娟.橙皮苷及銅配合物的抑菌抗氧化活性研究[J].食品科技,2006(6):81-83.

[22]楊敏,袁佳依,陳文學(xué).胡椒提取物抑菌活性研究[J].食品工業(yè)科技,2013,24(4):125-129.

Study on the optimization of extracting phytic acid from wheat bran by response surface methodology and its antimicrobial effect

WANG Yang-dian-dain,LEI Yi,ZHANG Meng-mei,LI Yuan,LI Zhi,ZHANG Zhi-qing*

(College of Food Science,Sichuan Agricultural University,Ya’an 625014 ,China)

The phytic acid in wheat bran was extracted by solution of hydrochloric acid. Based on the single factor experiment test,the extract conditions,such as extraction time,temperature,hydrochloric acid concentration and ratio of solid to liquid were investigated and optimized by response surface methodology. Then a quadratic polynomial mathematical model of phytic acid extraction was established. The antimicrobial spectrum and the minimum inhibition concentration(MIC)ofEscherichiacoli,Staphyloccocusaureus,BacillussubtilisandSalmonellawere studied by means of oxford-cup tests. Also the antimicrobial effect of phytic acid on different concentrations,metal cations and concentration,temperature and organic solvents were discussed. The results indicated that the optimal conditions were as follows:extraction time 2.2h,extraction temperature 40℃,1.2mol/L hydrochloric acid solution,ratio of solid to liquid 1∶22(g/mL). Based on the optimal conditions,the yield of phytic acid was 1.215%. The phytic acid of wheat bran could effectively inhibit the growth of bacteria. The MIC were 2.17,2.89,3.61,3.61μg/mL respectively. The antimicrobial effect becomes stronger with the concentration increasing. The antimicrobial effect of phytic acid was weakened by combination with 100,200,300mmol/L solution of NaCl,KCl,MgCl2,CaCl2and 10%(v/v)ethyl alcohol,proplene glycol,glycerine,the antimicrobial effect of phytic acid was no difference when temperature was 0,65,121℃.

wheat bran;phytic acid;response surface methodology;extraction;antimicrobial effect

2014-09-03

汪洋點(diǎn)點(diǎn)(1992-)，女，本科，研究方向：食品質(zhì)量與安全。

*通訊作者:張志清(1976-)，男，博士，教授，研究方向：糧食、油脂及植物蛋白質(zhì)工程。

國家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃課題(1310626042)。

TS210.9

A

1002-0306(2015)11-0093-07

10.13386/j.issn1002-0306.2015.11.011