“沁州黃”小米總黃酮提取工藝的研究

付麗紅，任文靜，李玉娥

(山西農業(yè)大學 食品科學與工程學院，山西 太谷 030801)

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“沁州黃”小米總黃酮提取工藝的研究

付麗紅，任文靜，李玉娥

(山西農業(yè)大學 食品科學與工程學院，山西 太谷 030801)

摘要：“沁州黃”小米是山西特色品種，營養(yǎng)豐富，為提高其綜合利用價值，本試驗采用有機溶劑提取法提取“沁州黃”小米黃酮化合物，通過響應面試驗設計，研究顆粒大小、料液比、乙醇濃度、浸提時間和pH值5個因素對黃酮提取率的影響。結果表明：顆粒大小100目，料液比1∶50，乙醇濃度50%，浸提時間0.5 h，pH值4的條件下黃酮類物質的提取率為87.60%。

關鍵詞：“沁州黃”小米；總黃酮；提取

小米(SetariaitalicaL.)屬禾木科，狗尾草屬。小米營養(yǎng)價值高，富含蛋白質、維生素和礦物質等營養(yǎng)物質[1]，同時含有淀粉酶抑制劑、芥子油甙、多酚和單寧等化合物[2,3]。據(jù)《本草綱目》記載，小米具“有氣味咸，微寒無毒，主治養(yǎng)賢氣，去脾胃中熱”的功效?，F(xiàn)代醫(yī)學表明，小米提取物具有抗氧化[4]、抗菌[5]、抗癌[6]、降低糖尿病[7]和提高膽固醇代謝[8]等作用。

黃酮類化合物(Flavonoids)主要指具有2-苯基色原酮結構的化合物，研究發(fā)現(xiàn)該化合物具有清除自由基、抗腫瘤、消炎、鎮(zhèn)痛以及保護心血管系統(tǒng)活性等作用[9,10]。因此，尋找天然高效的黃酮類化合物是當前研究的熱點之一。但目前對天然黃酮類化合物的研究主要集中在植物上，對谷物黃酮類化合物的研究開發(fā)較少。山西隸屬黃河流域，是谷子的發(fā)源地之一，盛產優(yōu)質黃小米，具有代表性的是晉東南地區(qū)“沁州黃”小米。本試驗主要研究“沁州黃”小米籽粒中總黃酮提取工藝，旨在豐富谷物黃酮類化合物的種類，提升小米加工利用價值。

1材料與方法

1.1材料與試劑

山西沁縣沁州黃小米，市售。

蘆丁購自BBI公司，無水乙醇、NaNO2、Al(NO3)3、NaOH均為國產分析純。

1.2儀器與設備

MP200B電子天平，上海精密科學儀器有限公司；SHY-2A水浴恒溫振蕩器，江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠；SHZ-Ⅲ型循環(huán)真空泵，上海亞榮生化儀器廠；723可見分光光度計，上海菁華科技儀器有限公司。

1.3試驗方法

1.3.1標準曲線的繪制

采用NaNO2-Al(NO3)3比色法繪制標準曲線。以蘆丁濃度C為橫坐標，吸光度A為縱坐標，得標準曲線的回歸方程為：A=0.528 6C-0.001 1，相關系數(shù) R2=0.999 4，相關性良好，可用于后續(xù)試驗。

1.3.2“沁州黃”小米總黃酮提取工藝流程

“沁州黃”小米→粉碎→乙醇熱浸提→抽濾取上清液→定容→采用NaNO2-Al(NO3)3比色法510 nm測吸光度，計算黃酮化合物的提取率。

1.3.3黃酮提取率

黃酮提取率計算公式為：

(1)

其中，C：提取液中黃酮含量(g·L-1)；V：提取液體積/mL；N：稀釋倍數(shù)；M：小米總黃酮質量10.07 mg·g-1。

M值的測定：稱取1.0 g小米粉末，加入50 mL 60%乙醇放于100 mL圓底燒瓶內，置于水浴鍋上，50 ℃條件下回流提取12 h，過濾、定容于100 mL，NaNO2-Al(NO3)3比色法測吸光度，計算出 “沁州黃”小米總黃酮含量為10.07 mg·g-1。

1.3.4單因素試驗

1.3.4.1顆粒大小

將小米粉碎至0、20、40、60、80、100目，稱取2.5 g于200 mL三角瓶中，按照料液比1∶20(g/mL)，加入60%的乙醇，在40 ℃條件下恒溫水浴振蕩1 h，考察顆粒大小對總黃酮的影響。

1.3.4.2料液比

稱取一定顆粒大小的小米粉2.5 g于200 mL三角瓶中，料液比分別按照1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50加入60%的乙醇，在40 ℃條件下恒溫水浴振蕩1 h，考察料液比對小米總黃酮提取效果的影響。

1.3.4.3乙醇濃度

取2.5 g小米粉于三角瓶中，按照1.3.1.2確定的最適料液比，分別加入不同濃度的乙醇，依次為0%、20%、40%、60%、80%、100%，在40 ℃條件下恒溫水浴振蕩1 h，考察乙醇濃度對黃酮提取效果的影響。

1.3.4.4浸提時間

稱取2.5 g小米粉于200 mL三角瓶中，按照1.3.1.2和1.3.1.2確定的最佳比例和濃度加入乙醇，在40 ℃下分別恒溫水浴振蕩0.5、1、2、3、4、5 h后，測定吸光度確定最適浸提時間。

1.3.4.5pH

稱取2.5 g小米粉，加入質量分數(shù)為60%乙醇溶液，分別調節(jié)溶液pH至3、5、7、9、11，在40 ℃下恒溫水浴振蕩，確定溶液pH對對黃酮提取效果的影響。

1.3.5響應面分析

根據(jù)單因素結果設計響應面因素，進行響應面分析。

2結果與分析

2.1單因素實驗

2.1.1顆粒大小對“沁州黃”小米黃酮提取率的影響

由圖1可見，將小米研磨成不同大小的顆粒，隨著顆粒粒度的增加，有機溶劑乙醇與顆粒接觸的比表面積增大，有利于有機溶劑快速滲透到小米顆粒中，提取醇溶性物質，從而提高黃酮類化合物提取率，因此選取100目的小米顆粒進行后續(xù)研究。

圖1　顆粒大小對小米黃酮提取率的影響Fig.1　Effect of grain sizes on the extraction rate of flavonoids from millet

2.1.2料液比對“沁州黃”小米總黃酮提取率的影響

由圖2可見，小米黃酮提取率隨著料液比的增加而增加，當料液比為1∶40時達到最大值，隨后其提取率趨于穩(wěn)定。隨著料液比增加，顆粒和浸提液間黃酮濃度差增大，傳質推動力增加，加快傳遞速率，增加提取效果；當料液比達到1∶40，其提取率開始趨于穩(wěn)定，所以，小米黃酮最佳料液比為1∶40。

圖2　料液比對小米總黃酮提取率的影響Fig.2　Effect of liquid/material ratio on the extraction rate of flavonoids from millet

2.1.3乙醇濃度對“沁州黃”小米黃酮提取率的影響

提取黃酮類化合物時低濃度乙醇溶液，大量的水溶性物質會溶出，不利于黃酮的提??；而隨著乙醇濃度的增加，醇溶和脂溶性的雜質會大量溶出，在同一體系中，與浸提目標發(fā)生競爭，影響浸提的效果。從圖3得出，小米黃酮化合物提取最佳乙醇溶度為60%。

圖3　乙醇濃度對小米黃酮提取率的影響Fig.3　Effect of ethanol volume fraction on the extraction rate of flavonoids from millet

2.1.4醇提時間對“沁州黃”小米黃酮提取率的影響

隨著浸提時間的增加，有利于黃酮類化合物從固相介質傳遞到液相有機溶液介質，其提取率逐漸增加。浸提1 h后，隨著時間的延長，浸提出的黃酮化合物發(fā)生分解，導致其提取率有所降低。所以，提取小米黃酮物的最佳浸提時間為1 h。

圖4　浸提時間對小米黃酮提取率的影響Fig.4　Impact time on the extraction rate of flavonoids from millet

2.1.5溶液pH對“沁州黃”小米黃酮提取率的影響

由圖5可以看出，溶液pH值5～7范圍內，黃酮提取率最佳。過酸或過堿都會破壞黃酮化合物的結構，從而影響浸提率。

圖5　pH對小米黃酮提取率的影響Fig.5　Impact of solution pH on the extraction rate

2.2響應面試驗結果及分析

在單因素基礎上選用料液比(X1)、乙醇濃度(X2)、浸提時間(X3)和pH(X4)對小米黃酮影響顯著的4個因素，進行響應面分析。

表1　響應面試驗因素和水平

回歸方程為：

Y=52.95-1.01A-30.77B-7.93C-5.23D+2.09AB-4.20AC-3.36AD-0.86BC+8.94BD-0.57CD-1.61A2-5.18B2-4.00C2-5.46D2

(2)

表3　方差分析表

注：*表示在α=0.05水平上顯著；**表示在α=0.01水平上極顯著。

Notes: *means the difference is significant at the 0.05 level; **means the difference is significant at the 0.05 level.

圖6　預測值與實驗值之間的擬合程度曲線Fig.6　Fitted line plot indicating the closeness between predicted values and experimental values

試驗值和預測值各點越接近對角線表明二者的吻合程度越高，預測模型的結果越可靠。圖6試驗值與預測值的高度一致性表明響應面分析所得的黃酮提取率預測模型方程能較好的反映實際試驗結果。

2.3驗證性試驗

根據(jù)Design Expert Software所建立的數(shù)學模型進行優(yōu)化分析可知，小米黃酮提取最佳工藝參數(shù)為：料液比(W/V)1∶50，提取時間0.5 h，pH值4，乙醇濃度50%，在此條件下黃酮提取率預測值為88.36%。經(jīng)過試驗驗證所得的提取率為87.60%，與預測值基本吻合，表明預測結果實際可行。

3結論

本試驗以乙醇作為提取劑，通過單因素和響應面試驗優(yōu)化得到提取黃酮最佳工藝條件，可為“沁州黃”小米黃酮深入研究和開發(fā)提供理論依據(jù)。

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(編輯：馬榮博)

The technical resrearch on extraction of total flavonoids from “Qin zhou huang” millet

Fu Lihong, Ren Wenjing, Li yu’e

(CollegeofFoodScienceandEngineering,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China)

Abstract:“Qin zhou huang” is rich in nutrition as characteristic species of shanxi. This paper was to improve the comprehensive utilization. The organic solvent extraction method was used to extracting total flavonoids from “Qin zhou huang” millet. According to the response surface, the optimal parameters for extraction total flavonoids from millet were obtained. The results were as follows: particle size 100mL, liquid/material ratio 1∶50, ethanol volume fraction 50%, extraction time 0.5 h and pH 4. The extracting yield of flavonoids finally was 87.61%.

Key words:“Qin zhou huang” millet; Total flavonoids; Extracting

中圖分類號：TS202.3

文獻標識碼：A

文章編號：1671-8151(2016)03-0219-05

基金項目：山西農業(yè)大學博士啟動基金(2013YJ32)

作者簡介：付麗紅(1984-)，女(漢)，山西大同人，講師，博士，研究方向：食品科學

收稿日期：2015-12-10修回日期：2016-01-04