表面活性劑強化微波提取玉米須總黃酮及其穩(wěn)定性研究

季曉暉

（陜西理工學院化學與環(huán)境科學學院，陜西漢中723000）

表面活性劑強化微波提取玉米須總黃酮及其穩(wěn)定性研究

季曉暉

（陜西理工學院化學與環(huán)境科學學院，陜西漢中723000）

以玉米須為原料，采用表面活性劑T-ween80強化微波提取玉米須總黃酮。在單因素試驗研究的基礎上，通過正交試驗優(yōu)化了提取工藝條件。得到的最佳微波提取工藝條件為：Tween-80體積分數(shù)0.5%，料液比1∶20 g/mL，微波功率400 W，微波時間9 min，微波溫度50℃，此條件下玉米須總黃酮提取率達6.798%。穩(wěn)定性試驗結果表明：玉米須總黃酮提取液在弱酸至弱堿條件下穩(wěn)定性較好，高溫環(huán)境不利于總黃酮提取液的保存及使用，各種常用飼料添加劑對玉米須總黃酮提取液穩(wěn)定性影響較小。

玉米須；總黃酮；提??；穩(wěn)定性

［Abstract］The extraction technology of total flavonoids from corn silk were enhanced by the surfactant through microwave.The extraction technologies were optimized through orthogonal test based on single factor experiments.The results showed that the optimum conditions were Tween-80 volume fraction of 0.5%，microwave time of 9min，microwave temperature of 50℃，microwave power of 400 W，ratio of solid to solvent of 1∶20（g/mL），the extraction rate of total flavonoids was 6.798%under optimal extraction conditions.The stability of total flavonoids study results showed that the extracted liquid in the weakly acidic to alkaline conditions was good，high temperature environment wasn't conducive to the total flavonoids extraction liquid preservation and use，and the commonly used feed additives had weak effect on the stability of the extraction of total flavonoids from corn silk.

［Key words］corn silk；total flavonoids；extraction；stability

研究表明，玉米須中含有多種生物活性成分，如黃酮類、多糖類、生物堿、有機酸等。其中黃酮類化合物具有抗氧化、清除自由基、抗腫瘤、抗菌、抗病毒、保肝護肝等多種生物活性，在促進動物生長、提高生產性能及改善繁殖能力等方面具有顯著作用（劉璐等，2014；占今舜等，2014；王在貴等，2010）。利用廢棄的玉米須提取黃酮類化合物，有助于提高玉米的經濟效益。本試驗借助表面活性劑的吸附、潤濕、分散、增溶等作用來強化微波提取玉米須總黃酮，改變總黃酮在水中的溶解度，提高提取率，并能減少提取成本（韓偉等，2014）。在單因素試驗基礎上，通過正交試驗優(yōu)化了玉米須總黃酮的提取工藝，并對玉米須總黃酮提取液的穩(wěn)定性進行研究，旨在為玉米須資源在飼料中的合理利用提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器玉米須采自漢中農村，清洗除雜后干燥粉碎，過60目篩，于陰涼干燥處放置備用；蘆丁 （中國藥品生物制品檢驗所，純度≥98%）；乙醇、Tween-80、維生素C、維生素E、檸檬酸鈉、氯化鈉、碳酸氫鈉、谷氨酸鈉、L-賴氨酸等均為分析純。

TU-1810紫外-可見分光光度計：北京普析通用儀器有限公司；SHZ-D（Ⅲ）循環(huán)水式真空泵：鞏義市予華儀器有限公司；GR-200電子天平：日本AND；電熱鼓風干燥箱 101型：北京科偉永興儀器有限公司；DHG-9075A型電熱鼓風干燥箱：上海一恒科技有限公司；WF-2000微波快速反應系統(tǒng)：上海屹堯分析儀器有限公司；80-1型離心機：江蘇金壇正基儀器有限公司；FW117中草藥粉碎機：天津泰斯特儀器有限公司；pHS-3TC （0.01級）精密酸度計：上海天達儀器有限公司。

1.2試驗方法

1.2.1蘆丁標準曲線的繪制采用 NaNO2-Al （NO3）3比色法測定玉米須中總黃酮含量（劉軍海等，2015）。精密稱取0.0100 g于100℃烘干至恒重的蘆丁標準品，移入100 mL容量瓶中，用體積分數(shù)為60%的乙醇溶解定容，配制濃度為0.2 mg/mL的蘆丁標準液；再將配好的0.2 mg/mL的蘆丁標準液分別吸取0、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10 mL移入7個25 mL容量瓶中，先加入0.3 mL質量分數(shù)為5%的NaNO2，搖勻，靜置6 min，再加入0.3 mL質量分數(shù)為10%的Al（NO3）3靜置6 min，待溶液充分絡合，顏色不再變化后加入4 mL質量分數(shù)為4%的NaOH，最后用體積分數(shù)為60%的乙醇定容至刻度線，在510 nm處測定吸光度，分別以蘆丁標準溶液濃度及測定的吸光度為橫縱坐標繪制標準曲線，如圖1所示，得到的回歸方程為：

y=0.57273x+0.01413，R2=0.99636；

式中：y表示吸光度值；x表示蘆丁標準溶液濃度，mg/mL。

圖1　蘆丁溶液標準曲線

1.2.2玉米須總黃酮的提取及提取率的計算將備用的玉米須粉末和乙醇水溶液按照一定的料液比配制好后移入微波反應系統(tǒng)，設定微波功率、微波時間、微波溫度進行微波提取，提取后所得的混合液經過抽濾、離心得到上清液，按照1.2.1的方法測定吸光度，分別計算玉米須中黃酮的提取率。

式中：V為測定液的體積，mL；Q為稀釋總倍數(shù)；y為待測液吸光度。

1.3正交試驗設計在單因素試驗的基礎上，選擇Tween-80體積分數(shù)（A）、料液比（B）、微波功率（C）、微波溫度（D）、微波時間（E）為影響因素，選擇合適的水平范圍，以提取率為指標，選擇L16（45）進行正交試驗，正交試驗設計見表1。

表1　L16（45）正交試驗設計因素與水平

1.4玉米須總黃酮提取液穩(wěn)定性試驗按照1.2.1的方法測定玉米須總黃酮提取液在不同pH、溫度及常用飼料添加劑條件下的吸光度，根據(jù)吸光度變化情況評價黃酮提取液穩(wěn)定性。

2　結果與分析

2.1Tween-80體積分數(shù)對玉米須總黃酮提取率的影響試驗過程中設定微波功率300 W，微波溫度50℃，料液比1∶20 g/mL，微波時間6 min，探討Tween-80體積分數(shù)分別為0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%時對玉米須總黃酮提取率的影響，結果如圖2所示。

圖2　Tween-80體積分數(shù)對玉米須總黃酮提取率的影響

表面活性劑Tween-80作為液體飼料添加劑的乳化劑可安全放心使用 （鄧衛(wèi)東等，2005）。Tween-80具有雙親結構，在玉米須總黃酮提取過程中可以有效降低玉米須顆粒與溶劑水之間的界面張力，加速了蒸餾水向玉米須顆粒內部的擴散，同時表面活性劑在水溶液中形成的膠束會不斷地增溶提取出來的總黃酮（胡楠等，2009）。由圖2可知，隨著Tween-80體積分數(shù)的增加，玉米須總黃酮的提取率不斷增大，當Tween-80的體積分數(shù)為0.5%時，提取率最大，之后隨著Tween-80體積分數(shù)的增大，提取率不增反減。表面活性劑體積分數(shù)增大的同時也會導致體系的黏度增大，同時其增溶作用也會使其他雜質不斷溶出，提取液品質較差，因此Tween-80體積分數(shù)不宜過大，0.5%較合適，選擇0.1%～0.7%為正交優(yōu)化試驗水平范圍。

2.2料液比對玉米須總黃酮提取率的影響試驗過程中設定微波功率300 W，微波溫度50℃，微波時間6 min，Tween-80體積分數(shù)0.5%，探討料液比分別為1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30 g/mL時對玉米須總黃酮提取率的影響，結果如圖3所示。

圖3　料液比對玉米須總黃酮提取率的影響

由圖3可知，玉米須總黃酮提取率在1∶10～1∶30 g/mL料液比范圍內先增大后減小。主要分為兩個階段，料液比為1∶10～1∶20 g/mL時，提取率隨著料液比的增大而不斷增大，料液比為1∶20 g/mL時料液比最大，隨后隨著料液比的增大，總黃酮提取率略微減小。料液比小一方面限制了傳質速率，另一方面也沒有給總黃酮足夠的溶出空間，因此提取率低；隨著料液比的增大傳質速率增大，玉米須中大部分黃酮都能溶出，因此提取率不斷增大，料液比過大不僅不會增大提取率，而且還增大了提取成本，因此確定1∶20 g/mL為較佳料液比，選擇1∶10～1∶25為正交優(yōu)化試驗水平范圍。

2.3微波功率對玉米須總黃酮提取率的影響試驗過程中設定料液比1∶20 g/mL，微波溫度50℃，微波時間6 min，Tween-80體積分數(shù)0.5%，探討微波功率分別為200、300、400、500、600 W時對玉米須總黃酮提取率的影響，結果如圖4所示。

圖4　微波功率對玉米須總黃酮提取率的影響

由圖4可以看出，玉米須總黃酮提取率隨微波功率的增大先增大后減小，這是由于微波輻射過程中具有一定的破壁作用，微波功率過小，在提取過程中，總黃酮的溶出速率較慢，所以提取率較低；微波功率較大雖然在提取初期有利于總黃酮的溶出，但是隨著提取時間的延長，其他大分子也會快速溶出。同時微波的局部熱效應使得部分黃酮結構遭到破壞，也會使玉米須顆粒內部局部固化，阻礙總黃酮的溶出，因此提取率下降。綜上，選擇400 W的微波功率有利于玉米須總黃酮的提取，選擇200～500 W為正交優(yōu)化試驗的水平范圍。

2.4微波溫度對玉米須總黃酮提取率的影響試驗過程中設定料液比1∶20 g/mL，微波功率400W，微波時間10 min，Tween-80體積分數(shù)0.5%，探討微波溫度分別為40、45、50、55、60℃時對玉米須總黃酮提取率的影響，結果如圖5所示。

圖5　微波溫度對玉米須總黃酮提取率的影響

微波輻射產生的熱效應通過溫度來反映，微波提取玉米須總黃酮過程中將微波能轉化為熱能進行快速加熱，這種熱效應會穿透玉米須顆粒細胞壁進入分子內部，加快黃酮分子的熱運動，隨著微波溫度的升高，黃酮分子在提取劑中的擴散系數(shù)不斷增大，玉米須內部更多的黃酮溶出，提取率增大，微波溫度為55℃時提取率最大，過高的微波溫度則易造成局部熱量聚集，導致一部分提取到的黃酮發(fā)生分解或氧化聚合，因此提取率下降。故選擇55℃為較佳微波溫度，45～60℃為正交優(yōu)化試驗的水平范圍。

2.5微波時間對玉米須總黃酮提取率的影響試驗過程中設定料液比1∶20 g/mL，微波功率400 W，微波溫度50℃，Tween-80體積分數(shù)0.5%，探討微波時間分別為3、6、9、12、15 min時對玉米須總黃酮提取率的影響，結果如圖6所示。

圖6　微波時間對玉米須總黃酮提取率的影響

充足的微波時間為微波在玉米須顆粒內部均勻加熱提供了保障，使其達到活化狀態(tài)，增強玉米須分子內部的有效碰撞，促進總黃酮的擴散及溶出。微波時間短，不能將玉米須顆粒中的總黃酮完全提取，微波時間過長又容易導致總黃酮分解，因此選擇適宜的微波時間對玉米須總黃酮的提取至關重要。由圖6可知，在3～9 min，玉米須總黃酮提取率隨微波時間的延長不斷增大，9 min時對應的提取率最大，微波時間再延長提取率減小，綜合提取率及能耗，選擇9 min為較佳微波時間，3～12 min為正交試驗優(yōu)化水平范圍。

2.6正交試驗結果及分析按照1.3的試驗設計進行L16（45）正交優(yōu)化試驗，結果如表2所示。

表2　正交試驗結果

正交試驗中各因素所對應的極差（R）值越大表明在提取過程中對玉米須總黃酮提取率的影響越大。由表2可知，各因素對玉米須總黃酮提取率的影響順序為：Tween-80體積分數(shù)＞微波功率＞微波溫度＞微波時間＞料液比。通過正交試驗結果中各因素所對應的均值K可以選出最優(yōu)組合為A3B3C3D2E3，即Tween-80體積分數(shù)0.5%，料液比1∶20 g/mL，微波功率400 W，微波溫度50℃，微波時間9 min。由于正交試驗中沒有此組合，因此要對其進行驗證。在此條件下進行三次平行試驗，所得提取率分別為6.786%、6.793%、6.814%，效果優(yōu)于其他組合的提取率，故取其平均值6.798%為正交優(yōu)化條件下玉米須總黃酮的最終提取率。

3　玉米須總黃酮提取液的穩(wěn)定性試驗

3.1pH對玉米須總黃酮提取液穩(wěn)定性的影響用質量分數(shù)為5%的氫氧化鈉、0.1 mol/L的鹽酸調節(jié)提取液的pH，分別為2、4、6、7、8、10，以未調節(jié)pH的為對照組，研究不同pH對玉米須總黃酮提取液穩(wěn)定性的影響，結果如表3所示。

由表3可以看出，pH為6時，提取液吸光度與對照組吸光度基本一致，說明玉米須黃酮提取液在中性偏酸條件下較為穩(wěn)定。在堿性和酸性條件下，提取液吸光度均有所減小，說明提取液在堿性和酸性條件下穩(wěn)定性較差。

3.2溫度對玉米須總黃酮提取液穩(wěn)定性的影響將黃酮提取液分別在30、40、50、60、70、80℃保存12 h和24 h，以保存前的為對照組，研究不同溫度對玉米須總黃酮提取液穩(wěn)定性的影響，結果如表4所示。

由表4可以看出，隨著溫度的升高，玉米須總黃酮提取液的吸光度下降，溫度高于60℃時，吸光度迅速下降。說明提取液在溫度高于60℃時，結構易破壞，穩(wěn)定性較差，且時間越長越不穩(wěn)定。這與2.4中結果一致。說明玉米須總黃酮提取液不宜在高溫下使用和保存。

表4　溫度對玉米須總黃酮提取液穩(wěn)定性的影響

3.3飼料添加劑的影響將維生素C、維生素E、檸檬酸鈉、氯化鈉、碳酸氫鈉、谷氨酸鈉、L-賴氨酸等飼料添加劑分別按照質量分數(shù)0.01%的比例加入等量的總黃酮提取液中，研究不同飼料添加劑對玉米須總黃酮提取液穩(wěn)定性的影響，結果如表5所示。

表5　飼料添加劑對玉米須總黃酮提取液穩(wěn)定性的影響

由表5可以看出，飼料添加劑對玉米須黃酮提取液穩(wěn)定性的影響不大。碳酸氫鈉、谷氨酸鈉等弱堿性物質，以及弱酸性物質維生素C對玉米須黃酮提取液的穩(wěn)定性有一定影響，但影響很小。其余維生素E、氯化鈉、L-賴氨酸等飼料添加劑對提取液基本沒有影響。因此，玉米須總黃酮提取液可用于飼料加工中。

4　結論

4.1表面活性劑 Tween-80能強化玉米須總黃酮的微波提取效果，與傳統(tǒng)工藝相比，具有提取成本低、快速、高效、環(huán)保等特點。在單因素試驗的基礎上通過正交試驗優(yōu)化得到的微波提取玉米須總黃酮的最佳工藝參數(shù)為：Tween-80體積分數(shù)0.5%，料液比1∶20 g/mL，微波功率400 W，微波溫度50℃，微波時間9 min，玉米須總黃酮提取率高達6.798%。

4.2玉米須總黃酮提取液在弱酸至弱堿條件下穩(wěn)定性較好，高溫容易破壞提取液中總黃酮結構；各種常用飼料添加劑對玉米須總黃酮提取液穩(wěn)定性幾乎沒有影響。

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S816.7

A

1004-3314（2016）11-0014-05

10.15906/j.cnki.cn11-2975/s.20161104