微波輔助提取莜麥酚類物質(zhì)工藝的研究

呂俊麗,任志龍,游新勇,劉中原

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010； 2.包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品藥品工程學(xué)院,內(nèi)蒙古 包頭 014035)

微波輔助提取莜麥酚類物質(zhì)工藝的研究

呂俊麗1,任志龍2,游新勇1,劉中原1

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010； 2.包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品藥品工程學(xué)院,內(nèi)蒙古 包頭 014035)

莜麥?zhǔn)莾?nèi)蒙地區(qū)特色作物之一，具有降血糖、降血脂等生理功能。以內(nèi)蒙古莜麥為原料，以多酚得率為依據(jù)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)微波輔助有機(jī)溶劑提取酚類物質(zhì)的工藝進(jìn)行優(yōu)化，得出最佳提取工藝為：微波功率700 W，乙醇體積分?jǐn)?shù)50%，提取時(shí)間60 min，提取溫度60℃時(shí)，此時(shí)酚類物質(zhì)的得率為1.239 mg/g。

莜麥；酚類；微波;乙醇；提取

莜麥屬于禾本科植物，是內(nèi)蒙古地區(qū)特色作物之一，其富含蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸、膳食纖維、多酚等營(yíng)養(yǎng)成分，具有降血糖、降血脂、清除自由基等多種生理功能[1-2]。目前對(duì)于莜麥的研究和利用多集中在蛋白質(zhì)、油脂及膳食纖維方面，對(duì)多酚類物質(zhì)方面的研究相對(duì)較少。而多酚類物質(zhì)在抗氧化、預(yù)防“三高”及心腦血管疾病方面的功效顯著，因此日益受到人們的重視。有關(guān)植物中酚類化合物的研究多集中在果蔬方面，這是由于果蔬中的酚類物質(zhì)通常以游離態(tài)存在而易于被提取[3-7]，而對(duì)糧谷類作物中多酚類化合物的研究相對(duì)較少，與其他谷類作物相比，莜麥中的多酚含量豐富并且相對(duì)穩(wěn)定，且主要以結(jié)合態(tài)存在。

有機(jī)溶劑提取法主要停留在提取游離酚層面，如何有效提取莜麥中包括結(jié)合態(tài)在內(nèi)的多酚類物質(zhì)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。微波輔助提取法可使物料內(nèi)部迅速升溫，細(xì)胞瞬時(shí)破碎，可以提高多酚得率及工作效率。此法已廣泛應(yīng)用于各種多酚提取，如茶多酚[8]、蘋(píng)果多酚[9]等，而此法在莜麥多酚提取方面的研究相對(duì)較少。

本研究以內(nèi)蒙古莜麥為原材料，對(duì)微波輔助有機(jī)溶劑提取莜麥全粉中多酚的工藝進(jìn)行優(yōu)化，旨在為多酚的研究和利用提供依據(jù)，同時(shí)對(duì)莜麥全粉類食品的開(kāi)發(fā)提供一定的參考，從而帶動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 原料

莜麥全粉：莜麥粒(呼和浩特市蒙田種苗有限公司)經(jīng)粉碎機(jī)粉碎后過(guò)20目篩，冷藏備用。

沒(méi)食子酸;福林酚;無(wú)水乙醇、碳酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、氫氧化鈉,均為分析純。

1.2 主要儀器設(shè)備

SQP型萬(wàn)分之一天平,3102型電子分析天平,紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì),DFT-200手提式高速萬(wàn)能粉碎機(jī),臺(tái)式高速冷凍離心機(jī),HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別精確吸取0.1 mg/ml的沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液0.10、0.20、0.30、0.40、0.50 ml于10 ml容量瓶中，然后加入1 ml Folin-Ciocalteau試劑，搖勻后依次加入2 ml 15%Na2CO3溶液，定容到10 ml，室溫下避光反應(yīng)2 h后于760 nm測(cè)定吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，方程為y=1.240 3x-0.000 6，R2=0.999 7。

1.3.2 莜麥中酚類物質(zhì)的測(cè)定

精確移取待測(cè)提取液1 ml于10 ml容量瓶中，依次加入1ml Folin-Ciocalteu顯色劑，搖勻后加入2 ml 15%Na2CO3溶液定容到10 ml，室溫下避光反應(yīng)2 h后，于波長(zhǎng)760 nm處測(cè)定吸光值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算總多酚的沒(méi)食子酸當(dāng)量，總酚含量以每克莜麥粉中的沒(méi)食子酸當(dāng)量(mg)表示[10]。

1.3.3 微波輔助有機(jī)溶劑提取莜麥多酚的單因素試驗(yàn)

以莜麥多酚得率為依據(jù)，分別對(duì)微波功率、乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間、提取溫度、料液比、微波時(shí)間做單因素試驗(yàn)，以確定各因素的影響效果和最佳水平。

1.3.3.1 微波功率對(duì)莜麥多酚提取的影響

準(zhǔn)確稱取2.50 g莜麥粉5份于錐形瓶中，分別加入體積分?jǐn)?shù)70%的乙醇溶液50 ml，分別在微波功率為300、400、500、600、700 W提取60 s，然后在50℃恒溫水浴鍋提取60 min，分別測(cè)定五組提取液酚類物質(zhì)的得率，確定最佳微波功率。

1.3.3.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)莜麥多酚提取的影響

準(zhǔn)確稱取2.50 g莜麥粉5份于錐形瓶中，分別加入體積分?jǐn)?shù)40%、50%、60%、70%、80%的乙醇溶液50 ml，在微波功率600 W提取60 s，然后50℃恒溫水浴提取60 min，分別測(cè)定五組提取液的酚類物質(zhì)得率，確定最佳乙醇體積分?jǐn)?shù)。

1.3.3.3 提取溫度對(duì)莜麥多酚提取的影響

準(zhǔn)確稱取2.50 g莜麥粉5份于錐形瓶中，分別加入體積分?jǐn)?shù)60%的乙醇溶液50 ml，在微波功率600 W提取60 s，然后分別水浴30、40、50、60、70℃恒溫提取60 min，分別測(cè)定五組提取液酚類物質(zhì)得率，確定最佳提取溫度。

1.3.3.4 提取時(shí)間對(duì)莜麥中酚類物質(zhì)得率的影響

準(zhǔn)確稱取2.50 g莜麥粉5份于錐形瓶中，分別加入體積分?jǐn)?shù)60%的乙醇溶液50 ml，在微波功率600 W進(jìn)行提取60 s，然后在60℃恒溫水浴鍋分別提取30、40、50、60、70 min，分別測(cè)定五組提取液的酚類物質(zhì)得率，確定最佳提取時(shí)間。

1.3.3.5 料液比對(duì)莜麥多酚提取的影響

準(zhǔn)確稱取2.50 g莜麥粉5份于錐形瓶中，分別加入體積分?jǐn)?shù)60%的乙醇溶液25.0、37.5、50.0、62.5、75.0 ml，在微波功率600 W提取60 s，然后在60℃恒溫水浴鍋提取50 min，分別測(cè)定五組提取液酚類物質(zhì)得率，確定最佳料液比。

1.3.3.6 微波時(shí)間對(duì)莜麥多酚提取的影響

準(zhǔn)確稱取2.50 g莜麥粉5份于錐形瓶中，分別加入體積分?jǐn)?shù)60%的乙醇溶液62.5 ml，在微波功率600 W分別提取40、50、60、70、80 s，然后水浴60℃恒溫提取50 min，分別測(cè)定五組提取液的酚類物質(zhì)得率，確定最佳微波時(shí)間。

1.3.4 微波輔助有機(jī)溶劑法提取莜麥中酚類物質(zhì)工藝條件優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取A(微波功率)、B(乙醇體積分?jǐn)?shù))、C(提取時(shí)間)、D(提取溫度)四個(gè)因素，進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以酚類物質(zhì)的得率為依據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)。正交試驗(yàn)的因素水平見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

1.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Origin軟件進(jìn)行處理并制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 微波功率對(duì)莜麥多酚得率的影響

微波功率對(duì)莜麥多酚得率的影響結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可知，當(dāng)其他條件一定時(shí)，隨著微波功率的升高，莜麥中酚類物質(zhì)的得率呈升高趨勢(shì)，當(dāng)微波功率超過(guò)600 W后酚類物質(zhì)的得率呈下降趨勢(shì)。這是因?yàn)槲⒉üβ蔬^(guò)高，會(huì)聚集大量熱量，這可能會(huì)導(dǎo)致莜麥中的多酚受熱分解；同時(shí)過(guò)高的溫度使乙醇揮發(fā)，乙醇體積分?jǐn)?shù)降低，從而降低酚類物質(zhì)的提取效果[11]。故本試驗(yàn)選取600 W作為微波功率。

圖1 微波功率對(duì)莜麥酚類化合物得率的影響

2.1.2 微波時(shí)間對(duì)莜麥多酚得率的影響

微波時(shí)間對(duì)莜麥多酚得率的影響見(jiàn)圖2。由圖2可知，莜麥中酚類物質(zhì)的得率在60 s內(nèi)隨著微波時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，60 s后酚類物質(zhì)得率呈下降趨勢(shì)。因此，本試驗(yàn)選取微波時(shí)間為60 s。

圖2 微波時(shí)間對(duì)莜麥多酚得率的影響

2.1.3 料液比對(duì)莜麥多酚得率的影響

料液比對(duì)莜麥多酚得率的影響結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，酚類物質(zhì)得率隨著溶劑量的增加而逐步上升，但當(dāng)料液比超過(guò)1∶25時(shí)，增大溶劑量，多酚得率的增幅相對(duì)較緩。也有研究表明，隨著溶劑量的增加，擴(kuò)散達(dá)到平衡，再增加溶劑量不能使浸出物質(zhì)增加[12]。綜合經(jīng)濟(jì)等方面的因素，本試驗(yàn)選取1∶25為最佳料液比。

圖3 料液比對(duì)莜麥多酚得率的影響

2.1.4 提取溫度對(duì)莜麥多酚得率的影響

由圖4可知，從30～60℃，隨著溫度的升高總多酚得率增加，這是由于溫度升高，使得莜麥粉組織軟化快，可溶性物質(zhì)的溶解和擴(kuò)散速度增加，從而促進(jìn)莜麥多酚的溶出。但當(dāng)溫度繼續(xù)升高，得率反而下降。為了避免溫度過(guò)高，某些酚類物質(zhì)被破壞而影響其得率，選取60℃作為最佳提取溫度。

圖4 提取溫度對(duì)莜麥酚類物質(zhì)得率的影響

2.1.5 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)莜麥多酚得率的影響

由圖5可以看出，乙醇體積分?jǐn)?shù)低于60%時(shí)，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)增加，莜麥中酚類物質(zhì)得率也逐漸提高。這是因?yàn)檩溨械姆宇愇镔|(zhì)大多數(shù)與多糖等結(jié)合形成氫鍵，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)逐漸增加，溶液的極性增加，對(duì)氫鍵的斷裂作用逐漸增強(qiáng)，使得結(jié)合態(tài)多酚游離出來(lái)；當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)高于60%時(shí)，多酚得率隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加而下降。故本試驗(yàn)選取60%為最佳乙醇體積分?jǐn)?shù)。

圖5 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)莜麥酚類物質(zhì)得率的影響

2.1.6 提取時(shí)間對(duì)莜麥多酚得率的影響

提取時(shí)間對(duì)莜麥多酚得率的影響見(jiàn)圖6。由圖6可以看出，隨著提取時(shí)間增加，莜麥中酚類物質(zhì)得率逐漸上升，當(dāng)提取時(shí)間為50 min時(shí)，多酚得率最高，再增加浸提時(shí)間，得率反而下降。這可能是由于提取時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，溶解的多酚易發(fā)生氧化等化學(xué)反應(yīng)[13]，且時(shí)間延長(zhǎng)，耗能增加，故選擇最佳提取時(shí)間為50 min。

圖6 提取時(shí)間對(duì)莜麥多酚得率的影響

2.2 微波輔助有機(jī)溶劑法提取工藝優(yōu)化

微波輔助有機(jī)溶劑法提取工藝優(yōu)化結(jié)果見(jiàn)表2。從表2中的正交試驗(yàn)結(jié)果和極差分析可以看出，影響莜麥中酚類物質(zhì)得率的四個(gè)因素按影響主次順序?yàn)椋築>C>D>A，即乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間、提取溫度、微波功率；其中最優(yōu)工藝條件的組合為A3B1C3D2，即微波功率700 W，乙醇體積分?jǐn)?shù)50%，提取時(shí)間60 min，提取溫度60℃。該組合在正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，在此條件下，莜麥酚類物質(zhì)的提取率為1.239 mg/g。此數(shù)值與王燕等[14]的研究結(jié)果相近。

表2 L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)正交優(yōu)化試驗(yàn)確定影響微波輔助有機(jī)溶劑法提取莜麥中酚類物質(zhì)的各因素按主次順序依次為：乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間、提取溫度、微波功率，其最佳工藝條件為：微波功率700 W，乙醇體積分?jǐn)?shù)50%，提取時(shí)間60 min，提取溫度60℃，在此條件組合下酚類物質(zhì)得率為1.239mg/g。

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(責(zé)任編輯：趙琳琳)

Microwave-assisted organic solvent extraction of poly-phenols from oat

LU Jun-li1, REN Zhi-long2, YOU Xin-yong1, LIU Zhong-yuan1

(1. College of Life Science and Technology, Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou 014010, China； 2. School of Food and Drug, Baotou Light Industry Vocational Technical College, Baotou 014035, China)

Naked oats is one of the characteristics crops in Inner Mongolia. Now, It has many physiological functions, such as reducing blood glucose and blood lipid. We used oat from Inner Mongolia as raw material and extracted poly-phenols in it with microwave-assisted organic solvent extraction method. On the basis of poly-phenols yields and single factor experiment, the orthogonal experiments were carried out to optimize the microwave-assisted extraction process. The optimum extraction processes were as follows: microwave power 700 W, ethanol concentration 50%, extraction time 60 min, extraction temperature 60℃, the extraction yield of oat poly-phenols 1.239 mg/g.

oats; phenolics; microwave；ethanol；extraction

2016-10-22；

2017-03-10

內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目(NJZY14171)；內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金項(xiàng)目( 2014BS0312)；內(nèi)蒙古科技大學(xué)創(chuàng)新基金項(xiàng)目(2014QDL005)。

呂俊麗(1982-)，女，講師，博士研究生，專業(yè)為食品營(yíng)養(yǎng)與化學(xué)。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.04.007

S512.6;TS202.3

A

1003-6202(2017)04-0026-04