甜玉米芯多酚純化工藝研究

林樅雨，王 鑫，李鑒昊，王佳寧，馬永強

（1.哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院，黑龍江省普通高等學校食品科學與工程重點實驗室，黑龍江哈爾濱 150076；2.哈爾濱桃李食品有限公司，黑龍江哈爾濱 150078）

甜玉米芯多酚純化工藝研究

林樅雨1，王 鑫1，李鑒昊2，王佳寧1，*馬永強1

（1.哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院，黑龍江省普通高等學校食品科學與工程重點實驗室，黑龍江哈爾濱 150076；2.哈爾濱桃李食品有限公司，黑龍江哈爾濱 150078）

以甜玉米芯為原料，對多酚純化的工藝條件及其抗氧化活性進行研究。對多酚純化工藝條件進行單因素試驗分析，以純化后多酚純度為指標，采用AB-8型樹脂確定甜玉米芯多酚純化的最佳工藝條件為pH值7，靜態(tài)吸附5 h，靜態(tài)解析5 h，洗脫體積分數(shù)60%，洗脫流速2 mL/min，進樣質(zhì)量濃度2.5 mg/mL，進樣流速2 mL/min，在此條件下可得純度最佳的多酚純化液。

甜玉米芯；多酚；純化；大孔樹脂

0 引言

我國植物資源十分豐富，甜玉米因其獨特口感備受歡迎。隨著玉米產(chǎn)品消費越來越高檔化，國內(nèi)玉米的研究主要集中于可以食用的籽粒上，對于甜玉米芯營養(yǎng)成分的提取純化和利用方面的研究卻很少[1]，每年數(shù)萬噸的玉米芯被焚燒，造成浪費資源的同時又污染環(huán)境[2]。因此，利用玉米芯提取多酚，可以成為農(nóng)產(chǎn)品發(fā)展的新方向。玉米芯深加工試驗大大提高了玉米副產(chǎn)品的利用價值，具有很高的社會經(jīng)濟效益和廣闊發(fā)展前景[3]。

研究發(fā)現(xiàn)，植物多酚在化學、生物和制藥等方面有活性作用。植物多酚結(jié)構(gòu)具有復雜性，因此有多種分類方法，從化學結(jié)構(gòu)上看，植物單寧可分為水解單寧和縮合單寧兩大類，兩類單寧的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)截然不同，因此化學性質(zhì)和應用范圍差別較大[4]。植物多酚作為許多植物中很主要的功能性成分，已成為天然產(chǎn)物研究的熱點[5]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

甜玉米芯（產(chǎn)地綏化），市售；D101，D4020，AB-8，S-8，NKA-9型大孔樹脂；無水乙醇、鹽酸、碳酸鈉、沒食子酸、福林酚試劑。

1.2 儀器與設備

R209型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海申勝生物技術(shù)有限公司產(chǎn)品；SHB-IV型雙A循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長城科工貿(mào)有限公司產(chǎn)品；722型紫外分光光度計，上海元析儀器有限公司產(chǎn)品；KQ-250DE型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司產(chǎn)品；TG16-WS型離心機，上海一恒科學儀器有限公司產(chǎn)品；DK-98-1型電熱恒溫水浴鍋，天津市泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品；SHZ-8型水浴恒溫振蕩器，上海博訊實業(yè)有限公司產(chǎn)品；LabV1型恒流泵，保定申辰泵業(yè)有限公司產(chǎn)品；ALC-210.2型電子天平，賽多利斯科學儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 甜玉米芯多酚提取純化工藝研究

1.3.1 甜玉米芯多酚提取

取5份預處理后的甜玉米芯10 g于500 mL的燒杯中，以1∶25的料液比加入體積分數(shù)為60%的乙醇，用保鮮膜蓋嚴，放置于功率為250 W的超聲振蕩器中超聲處理60 min，將超聲處理后的樣液放置于50℃的水浴鍋中分別浸提2 h。水浴完畢后，以轉(zhuǎn)速4 000 r/min離心10 min。離心后的樣液經(jīng)過抽濾獲得澄清液體。澄清液體經(jīng)旋蒸后定容至500 mL，作為粗提液待用。

1.3.2 標準曲線的繪制[6]

采用福林酚法，以沒食子酸為標準品，測定甜玉米芯中多酚成分的含量。準確稱取50.00 mg沒食子酸，先加入少量蒸餾水待沒食子酸溶解后，加蒸餾水定容至500 mL，混勻后得質(zhì)量濃度為100 μg/mL的沒食子酸標準溶液。量取標準液0.05，0.10，0.15，0.20，0.25，0.30 mL，并置于10 mL比色管中，加蒸餾水定容至2 mL，搖勻后加1.0 mL福林酚試劑，4 min后加入10%碳酸鈉溶液1.0 mL，于25℃水浴條件下靜置2 h，測定溶液于波長765 nm處的吸光度。以吸光度為縱坐標、沒食子酸含量（μg） 為橫坐標，得線性回歸方程。

1.3.3 大孔樹脂的預處理[7]

將AB-8，S-8，D101，D4020，NKA-9型等5種類型樹脂用95%的乙醇溶液浸泡24 h，去除樹脂表面吸附的雜質(zhì)。倒掉乙醇溶液，先用蒸餾水一直沖洗大孔樹脂達到中性，用質(zhì)量分數(shù)為5%的鹽酸浸泡樹脂12 h，然后再用蒸餾水沖洗直至中性，再加入質(zhì)量分數(shù)為5%的氫氧化鈉溶液，浸泡12 h后再用蒸餾水洗至中性并浸泡備用。

1.3.4 大孔樹脂的靜態(tài)吸附與解析

在大孔樹脂預處理結(jié)束后，用濾紙吸干樹脂表面存在的水分，準確稱取2.0 g不同種類的樹脂分別置于50 mL離心管中，加入30 mL質(zhì)量濃度為2.5 mg/mL的甜玉米芯多酚粗提液，置于水浴恒溫振蕩器中，以轉(zhuǎn)速120 r/min振蕩8 h，每隔1 h測定多酚含量，并按式（1）和（2）計算各項指標。

式中：C0——樹脂吸附前多酚質(zhì)量濃度，mg/mL；

C1——樹脂吸附后多酚質(zhì)量濃度，mg/mL；

V——多酚粗提液體積，mL；

M——樹脂質(zhì)量，g。

樹脂在靜態(tài)吸附結(jié)束后抽濾，用蒸餾水充分沖洗此時的樹脂，去除其他吸附物，用濾紙把樹脂吸干，放入50 mL離心管中，加入30 mL體積分數(shù)為60%的乙醇溶液，在水浴恒溫振蕩器中振蕩5 h，每隔1 h測定多酚含量，根據(jù)解析量隨時間變化的關(guān)系繪制出樹脂的解析曲線，相關(guān)指標按照式（3）和（4）計算。

式中：C2——乙醇解析后多酚質(zhì)量濃度，mg/mL；

V'——乙醇解析后多酚的溶液體積，mL。

M，C0，C1，V含義同前公式。

通過試驗得到的數(shù)據(jù)，計算出各種樹脂對多酚的吸附率、解析率及吸附解析平衡時間，對這些指標進行逐個分析，選出純化效果最佳的樹脂。

1.3.5 大孔樹脂的動態(tài)吸附與解析

將預處理后的大孔樹脂裝入玻璃層析柱中，預先在柱子底端加一層薄薄的棉花，加一定體積的蒸餾水，在層析柱口用玻璃棒引流，緩慢加入處理后的樹脂到預定的徑長比處。打開旋轉(zhuǎn)塞排水至水層與樹脂高度一致時，沿著玻璃棒緩慢加入多酚粗提液，等到高度與樹脂平齊時關(guān)閉旋塞，動態(tài)吸附6 h。吸附結(jié)束后用2倍柱體積的蒸餾水沖洗，去除雜質(zhì)后用2倍柱體積的乙醇溶液上柱，將多酚物質(zhì)解析出來，收集后進行旋蒸和定容，測定解析液中多酚濃度。

1.3.6 甜玉米芯多酚純化工藝的單因素試驗

（1）pH值對甜玉米芯多酚純化工藝的影響。在大孔樹脂預處理結(jié)束后，用濾紙吸干樹脂表面存在的水分，準確稱取2.0 g的AB-8型樹脂置于小型離心管中，用蒸餾水把多酚粗提液的質(zhì)量濃度稀釋成2.5 mg/mL，用0.1 mol/L的檸檬酸與碳酸氫鈉溶液調(diào)節(jié)多酚粗提液的pH值，使其分別達到3，5，7，9，11，同時用沒有調(diào)節(jié)pH值的樣液作為對照組。取30 mL粗提液于離心管中，置于水浴恒溫振蕩器中，在恒定轉(zhuǎn)速下振蕩8 h，測定多酚含量，計算吸附量。

（2）進樣質(zhì)量濃度對甜玉米芯多酚純化工藝的影響。以1∶15的徑長比按照濕法裝柱法裝填樹脂，用蒸餾水把多酚粗提液的質(zhì)量濃度分別稀釋成1.5，2.0，2.5，3.0，3.5 mg/mL，吸取40 mL不同質(zhì)量濃度樣液進行上樣的操作，吸附3 h后用2倍柱體積的蒸餾水清洗除雜，旋動旋塞并調(diào)節(jié)樣液的流速至4 mL/min，用體積分數(shù)60%的乙醇溶液解析樹脂上的多酚物質(zhì)。旋蒸后定容，測定洗脫液吸光度，計算吸附量。

（3）進樣流速對甜玉米芯多酚純化工藝的影響。以1∶15的徑長比按照濕法裝柱法裝填樹脂，用蒸餾水把多酚粗提液的質(zhì)量濃度稀釋成2.5 mg/mL，吸取40 mL的該樣液經(jīng)恒流泵通過樹脂，分別以1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 mL/min的速度進行上樣操作，吸附3 h后用2倍柱體積的蒸餾水清洗除雜，旋動旋塞并調(diào)節(jié)樣液的流速至4 mL/min，用體積分數(shù)60%的乙醇溶液解析樹脂上的多酚物質(zhì)。旋蒸定容后測定洗脫液吸光度，計算吸附量。

（4）洗脫體積分數(shù)對甜玉米芯多酚純化工藝的影響。以1∶15的徑長比按照濕法裝柱法裝填樹脂，用蒸餾水把多酚粗提液的質(zhì)量濃度稀釋成2.5 mg/mL，吸取40 mL的該樣液進行上樣操作，吸附3 h后用2倍柱體積的蒸餾水清洗去除雜質(zhì)，旋動旋塞并調(diào)節(jié)樣液的流速至4 mL/min，分別用體積分數(shù)為30%，40%，50%，60%，70%的乙醇溶液解析樹脂上的多酚物質(zhì)。旋蒸后定容測定洗脫液吸光度，計算出相應的多酚質(zhì)量濃度。

（5）洗脫流速對甜玉米芯多酚純化工藝的影響。以1∶15的徑長比按照濕法裝柱法裝填樹脂，用蒸餾水把多酚粗提液的質(zhì)量濃度稀釋成2.5 mg/mL，吸取40 mL的該樣液進行上樣的操作，吸附3 h后用2倍柱體積的蒸餾水清洗除雜，旋動旋塞并使樣液的流速分別至2，3，4，5，6 mL/min，用體積分數(shù)60%的乙醇溶液解析樹脂上的多酚物質(zhì)。旋蒸后定容測定洗脫液吸光度，計算出相應的多酚質(zhì)量濃度。

1.4 正交試驗

根據(jù)5個單因素試驗，選擇進樣質(zhì)量濃度、進樣流速、洗脫體積分數(shù)和洗脫流速4個因素，設立3個水平，利用正交試驗設計L9（34）對甜玉米芯多酚的純化進行優(yōu)化。

正交試驗因素與水平設計見表1。

表1 正交試驗因素與水平設計

2 結(jié)果與分析

2.1 沒食子酸標準曲線

標準曲線見圖1。

圖1 標準曲線

如圖1繪制標準曲線，在沒食子酸含量為0～35 μg時呈線性關(guān)系。此標準曲線的線性回歸方程為Y=0.022 1X+0.009 6，相關(guān)系數(shù) R2=0.998 9。證明該曲線線性關(guān)系良好，可用于計算甜玉米芯多酚的含量。

2.2 大孔樹脂的靜態(tài)吸附特性

吸附率隨吸附時間變化曲線見圖2。

圖2 吸附率隨吸附時間變化曲線

由圖2可知，伴隨著吸附時間的延長，多酚的吸附量總體上呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，而且AB-8與D101型樹脂的多酚吸附率高于D4020，S-8，NKA-9型等3種樹脂。AB-8型樹脂在8 h時達到了最大的吸附率，其值為71.20%；但是5，6，7，8 h的多酚吸附率差異不大，從生產(chǎn)實際方面考慮，選取5 h為AB-8型樹脂的最佳吸附時間。D101型樹脂在8 h時吸附率達到了最大吸附率，其值為55.82%；5 h之后樹脂的吸附率變化不顯著，所以選取5 h為最佳吸附時間。同理，NKA-9，D402，S-8型大孔樹脂最佳吸附時間均為5 h。

2.3 大孔樹脂的靜態(tài)解析特性

解析率隨時間變化曲線見圖3。

圖3 解析率隨時間變化曲線

隨著解析時間延長，解析率也逐漸增大，8 h時解析率達到最大值；但5，6，7，8 h解析率差距不大，考慮到節(jié)約試驗時間的問題，選擇5 h為最佳解析時間。由圖3可知，AB-8型大孔樹脂解析率明顯高于其他幾種樹脂，故選用AB-8型大孔樹脂進行多酚純化研究。

2.4 大孔樹脂的靜態(tài)吸附解析單因素試驗

2.4.1 pH值對甜玉米芯多酚純化的影響

吸附量隨pH值變化曲線見圖4。

由圖4可知，甜玉米芯多酚在酸性條件下比較穩(wěn)定，pH值對多酚吸附量的影響不是很大。當環(huán)境變堿性時，純度隨pH值增大而減小。多酚類含有多個羥基，水溶液中呈酸性，堿性條件下，氫離子會結(jié)合氫氧根，從而破壞多酚結(jié)構(gòu)，降低了吸附量，沒有調(diào)節(jié)pH值的粗提液純化效果較好，所以粗提液的pH值不需要調(diào)節(jié)。

2.4.2 進樣質(zhì)量濃度對甜玉米芯多酚純化工藝效果的影響

吸附量隨進樣質(zhì)量濃度變化曲線見圖5。

圖4 吸附量隨pH值變化曲線

圖5 吸附量隨進樣質(zhì)量濃度變化曲線

比較低的進樣質(zhì)量濃度對于樹脂對目標物質(zhì)的吸附很有利。但是，樹脂基礎濃度過低的多酚溶液，會造成接觸面積變小，降低樹脂與溶液接觸面積，也就降低了二者的接觸機會，吸附效果不好。由圖5可知，多酚的吸附量在2.5 mg/mL的粗提物質(zhì)量濃度處達到了最大值。進樣質(zhì)量濃度超過2.5 mg/mL時，吸附量變化并不明顯，所以最佳進樣質(zhì)量濃度確定為2.5 mg/mL。

2.4.3 進樣流速對甜玉米芯多酚純度的影響

吸附量隨進樣流速變化曲線見圖6。

圖6 吸附量隨進樣流速變化曲線

由圖6可知，進樣流速越慢，吸附量越大，其中以流速為1 mL/min最佳。流速過快，樹脂尚未吸附完全，多酚類物質(zhì)即流出，而緩慢流速則利于樣液中多酚在樹脂中充分擴散和吸附，進樣流速為1 mL/min和2 mL/min時的吸附量差距不大，考慮到節(jié)約試驗時間，故選擇進樣流速為2 mL/min。

2.4.4 洗脫體積分數(shù)對甜玉米芯多酚純度的影響

多酚質(zhì)量濃度隨洗脫體積分數(shù)變化曲線見圖7。

圖7 多酚質(zhì)量濃度隨洗脫體積分數(shù)變化曲線

由圖7可知，多酚質(zhì)量濃度曲線伴隨著乙醇體積分數(shù)的增加，呈現(xiàn)出先上升后平穩(wěn)的趨勢。當乙醇體積分數(shù)達到60%時，多酚質(zhì)量濃度最大。洗脫劑極性影響了各種物質(zhì)的溶解性，高體積分數(shù)的乙醇在增加酚類物質(zhì)析出的同時，也會溶解更多的非酚類有機物質(zhì)，因此可能會影響多酚的純度。為了保持多酚高質(zhì)量濃度，選擇最佳洗脫體積分數(shù)為60%。

2.4.5 洗脫流速對甜玉米芯多酚純度的影響

多酚質(zhì)量濃度隨洗脫流速變化曲線見圖8。

圖8 多酚質(zhì)量濃度隨洗脫流速變化曲線

洗脫流速太快會延長解析時間，產(chǎn)生嚴重的拖尾現(xiàn)象；而過低的洗脫流速會延長實際生產(chǎn)周期。圖8反映出了樹脂動態(tài)吸附解析多酚特性隨洗脫流速變化的影響情況，洗脫流速加快，多酚質(zhì)量濃度呈現(xiàn)先下降的趨勢。洗脫流速在2 mL/min時達到最大值，故選擇2 mL/min作為甜玉米芯多酚純化工藝的最佳洗脫流速。

2.5 正交試驗優(yōu)化純化條件

正交試驗設計及結(jié)果見表2。

由表2可知，通過分析各因素對多酚純化條件影響程度從小到大依次為進樣流速、洗脫體積分數(shù)、洗脫流速、進樣質(zhì)量濃度。最優(yōu)方案為A1B2C2D2，即進樣質(zhì)量濃度2.5 mg/mL，進樣流速2 mL/min，洗脫體積分數(shù)60%，洗脫流速2 mL/min，此時多酚純度為74.02%。

表2 正交試驗設計及結(jié)果

3 結(jié)論

（1）以甜玉米芯為原料，采用大孔樹脂層析法對多酚粗提液進行純化，以吸附量和解析率為指標篩選得到最佳樹脂型號為AB-8。

（2）通過靜態(tài)吸附和解析試驗，確定最佳時間均為5 h。

（3）利用單因素試驗和正交試驗確定最佳純化工藝為pH值7，進樣質(zhì)量濃度2.5 mg/mL，進樣流速2 mL/min，洗脫體積分數(shù)60%，洗脫流速2 mL/min；此時多酚純化效果最好，純度為74.02%。

[1]魏璐.玉米花絲多酚提取純化及鑒定技術(shù)研究 [D].長春：吉林大學，2014.

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[4]張?zhí)熵?鮮核桃保鮮及核桃種皮中多酚化合物的測定、純化及功能研究 [D].昆明：昆明理工大學，2014.

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[7]于震.落葉松樹皮多酚的提取、純化及抗氧化活性研究 [D].哈爾濱：東北林業(yè)大學，2014.

The Research of the Polyphenol in Sweet Corn Cob Purification Technology

LIN Congyu1，WANG Xin1，LI Jianhao2，WANG Jianing1，*MA Yongqiang1
（1.Key Laboratory for Food Science and Engineering in Heilongjiang College and University，College of Food Engineering，Harbin University of Commerce，Harbin，Heilongjiang 150076，China；2.Harbin Peach Food Co.，Ltd.，Harbin，Heilongjiang 150078，China）

This experienment uses sweet corn cobs as raw material to study the best conditions of polyphenols and antioxidant activity.In purified polyphenols recovery，use purity of indicators and know that the sweet corn cob polyphenol purification optimum conditions are pH 7，adsorption time of 5 hours，5 hours to desorption and the elution concentration 2.5 mg/mL，elution flow rate 2 mL/min，elution volume fraction of 60%，resin type of AB-8.

sweet corn cobs；polyphenols；purified；macroporous resin

TS914.1

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.02.014

1671-9646（2017）02a-0043-05

2016-11-09

林樅雨（1991— ），男，在讀碩士，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏。

*通訊作者：馬永強（1963— ），男，碩士，教授，博士生導師，研究方向為食品生物技術(shù)品。