乙醇浸提米糠中原花青素的工藝研究

楊豆 張衛(wèi)波 樊華 劉錳玉

(陜西理工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院漢中723000)

乙醇浸提米糠中原花青素的工藝研究

楊豆 張衛(wèi)波 樊華 劉錳玉

(陜西理工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院漢中723000)

采用乙醇水溶液在集熱式恒溫加熱磁力攪拌水浴鍋中對(duì)米糠中的原花青素進(jìn)行提取，通過攪拌強(qiáng)化了原花青素的提取效果。單因素實(shí)驗(yàn)分別研究了攪拌速度、乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間、提取溫度、料液比四個(gè)因素對(duì)原花青素提取效果的影響，通過正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了提取工藝條件，得到最優(yōu)的提取工藝參數(shù)為：攪拌速度150r∕min，乙醇體積分?jǐn)?shù)60%，料液比1∶18g∕mL，提取溫度55℃，提取時(shí)間40min，此條件下，原花青素的得率達(dá)3.772%。

米糠；原花青素；乙醇；浸提

0 前言

米糠是營(yíng)養(yǎng)豐富且廉價(jià)的可部分替代玉米的飼料資源，其富含甾醇、原花青素、蛋白質(zhì)、膳食纖維、礦物質(zhì)、維生素等成分，新鮮米糠含有米香味，禽畜適口性好，不僅可以降低飼料成本，還能達(dá)到促生長(zhǎng)、提高飼料中營(yíng)養(yǎng)元素的吸收的目的[1-2]。研究表明，原花青素具有清除自由基抗氧化、抗癌抗衰老、消炎抗腫瘤、保護(hù)組織細(xì)胞、促進(jìn)傷口愈合等多種生理作用，在醫(yī)藥、化妝品、飼料工業(yè)等領(lǐng)域均有應(yīng)用。原花青素用作飼料添加劑具有促消化、提高機(jī)體免疫力、防腹瀉、促進(jìn)骨骼生成、促生長(zhǎng)等效果，是不可多得的天然飼料添加劑，且不會(huì)在動(dòng)物體內(nèi)殘留[3-5]，在飼料工業(yè)中具有很好的開發(fā)利用前景。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

米糠(購(gòu)自漢中農(nóng)貿(mào)市場(chǎng))，清洗后干燥粉碎，石油醚脫脂后，過60目篩于陰涼干燥處放置備用；原花青素標(biāo)準(zhǔn)品（中國(guó)藥品生物制品檢驗(yàn)所，純度≥98%）；乙醇、石油醚。

島津UV-260紫外可見分光光度計(jì)：日本島津；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(fēng)干燥箱101型：北京科偉永興儀器有限公司；DHG-9075A型電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海一恒科技有限公司；pHS-3C型酸度計(jì)：上海雷磁儀器廠；80-1型離心機(jī)：江蘇金壇正基儀器有限公司；DF-101SZ型數(shù)顯轉(zhuǎn)速集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：鞏義市科瑞儀器有限責(zé)任公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)

1.2.1 原花青素標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

參照文獻(xiàn)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線[6]。精密稱取0.1g的原花青素標(biāo)準(zhǔn)品，用體積分?jǐn)?shù)為70%的乙醇溶解后定容，配制濃度為1mg∕mL的原花青素標(biāo)準(zhǔn)溶液。以此標(biāo)準(zhǔn)溶液為基礎(chǔ)，再分別稀釋配制濃度為0.005、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05mg∕mL不同濃度的原花青素溶液，于280nm處測(cè)定吸光度。以原花青素的質(zhì)量濃度(C)為橫坐標(biāo)，不同濃度的溶液的吸光度(A)為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為A=11.3843c+0.0102(R2=0.9998)

1.2.2 原花青素的提取

將乙醇水溶液和原花青素按照一定的料液比放入燒杯中，移入集熱式恒溫加熱磁力攪拌器中進(jìn)行提取，設(shè)定一定的轉(zhuǎn)速、溫度和時(shí)間。提取完成后，將提取液抽濾，取上清液進(jìn)行稀釋，測(cè)定吸光度，計(jì)算原花青素的得率。

1.2.3 原花青素得率的計(jì)算

得率(%)=Wcv∕m×100

式中：v—測(cè)定液的體積(mL)；W—稀釋總倍數(shù)；c—提取液中原花青素質(zhì)量濃度（mg∕mL）；

m—每次提取時(shí)所取的米糠粉末質(zhì)量∕g.

1.3 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別探究了攪拌速度(0、50、100、150、200r∕min)，乙醇體積分?jǐn)?shù)(40、50、60、70、80%)，料液比(1∶9、1∶12、1∶15、1∶18、1∶21g∕mL)，提取溫度(45、50、55、60、65℃)，提取時(shí)間(20、30、40、50、60min)四個(gè)因素不同水平下的提取效果，為正交實(shí)驗(yàn)選擇合適的水平范圍。

1.4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以單因素的五個(gè)因素作為正交實(shí)驗(yàn)的考察因素，以米糠中原花青素的得率為指標(biāo)，采用五因素四水平的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化米糠中原花青素的提取，實(shí)驗(yàn)安排見表1。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

表1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)安排表

2.1 攪拌速度

研究攪拌速度對(duì)米糠中原花青素提取的影響過程中，固定乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、料液比1∶18g∕mL，提取溫度50℃，提取時(shí)間30min，攪拌速度分別為0、50、100、150、200r∕min時(shí)的原花青素得率變化見圖1。

圖1 攪拌速度對(duì)原花青素得率的影響

由圖1可以看出，隨著攪拌速度的增大，米糠中原花青素的得率不斷增大，當(dāng)攪拌速度大于150r∕min時(shí)，原花青素得率基本不變。攪拌促進(jìn)了米糠粉末在乙醇水溶液中的均勻分散，增大了固液接觸面積和濃度梯度，使原花青素更快地溶出。與未攪拌相比，200r∕min的攪拌作用下，原花青素的提取率提高了約99.3%，提取效率得到明顯提升，但從提取成本及能耗考慮，由于150r∕min和200r∕min條件下的得率相差不大，故選擇150r∕min的攪拌速度比較合適。

2.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)

研究乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)米糠中原花青素提取的影響過程中，固定攪拌速度100r∕min、料液比1∶18g∕mL，提取溫度50℃，提取時(shí)間30min，乙醇體積分?jǐn)?shù)分別為50、60、70、80、90%時(shí)的原花青素得率變化見圖2。

圖2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)米糠中原花青素得率的影響

不同體積分?jǐn)?shù)的乙醇的極性不一樣，對(duì)米糠細(xì)胞組織的穿透力不同，因此提取效果有很大差異。從圖2可以看出，在乙醇體積分?jǐn)?shù)在40%～80%范圍內(nèi)，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大，原花青素得率先增大后減小，體積分?jǐn)?shù)為60%的乙醇提取米糠原花青素得率最高。乙醇體積分?jǐn)?shù)再增大，得率反而降低，這可能與其他醇溶性雜質(zhì)成分的溶解有關(guān)，降低了原花青素與乙醇-水的結(jié)合概率，因此選擇體積分?jǐn)?shù)為60%的乙醇較合適。

2.3 料液比

研究料液比對(duì)米糠中原花青素提取的影響過程中，固定攪拌速度100r∕min、乙醇體積分?jǐn)?shù)50%，提取溫度50℃，提取時(shí)間30min，料液比分別為1∶9、1∶12、1∶15、1∶18、1∶1g∕mL時(shí)的原花青素得率變化見圖3。

圖3 料液比對(duì)米糠中原花青素得率的影響

從圖3可知，料液比對(duì)米糠中原花青素的提取具有正向作用，當(dāng)料液比從1∶9g∕mL增大到1∶21g∕mL的過程中，米糠中原花青素得率不斷增大。料液比增大，米糠和提取劑乙醇水溶液之間的濃度梯度就不斷增大，這是提取原花青素的動(dòng)力，但當(dāng)料液比增大到1∶18g∕mL之后，原花青素得率基本不變，綜合考慮提取成本和原花青素得率，選擇1∶18g∕mL較合適。

2.4 提取溫度

研究提取溫度對(duì)米糠中原花青素提取的影響過程中，固定攪拌速度100r∕min、乙醇體積分?jǐn)?shù)50%，料液比1∶18g∕mL，提取時(shí)間30min，提取溫度分別為45、50、55、60、65℃時(shí)的原花青素得率變化見圖4。

圖4 提取溫度對(duì)米糠中原花青素得率的影響

提取溫度對(duì)米糠中原花青素的得率有很明顯的影響，升高溫度有利于分子運(yùn)動(dòng)，增大米糠粉末和提取劑的接觸，但是溫度過高又會(huì)破壞原花青素得率，因此需要對(duì)提取溫度進(jìn)行合理的調(diào)控。由圖4可以看出，提取溫度從45～65℃升溫的過過程中，米糠原花青素得率先增大后減小，55℃時(shí)的提取效果最好，因此選擇此溫度為最適溫度。

2.5 提取時(shí)間

研究提取時(shí)間對(duì)米糠中原花青素提取的影響過程中，固定攪拌速度100r∕min、乙醇體積分?jǐn)?shù)50%，料液比1∶18g∕mL，提取時(shí)間溫度50℃，提取時(shí)間分別為20、30、40、50、60min時(shí)的原花青素得率變化見圖5。

從圖5可以看出，米糠中原花青素的得率隨提取時(shí)間的延長(zhǎng)先增大后減小，提取時(shí)間較短，木糠中大部分的原花青素還未完全溶出，因此相對(duì)應(yīng)的得率較低，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，原花青素得率不斷增大，當(dāng)提取時(shí)間為50min時(shí)，得率最高，再延長(zhǎng)提取時(shí)間，原花青素得率反而降低，可能是長(zhǎng)時(shí)間的提取使米糠中其他醇溶性物質(zhì)競(jìng)相和原花青素溶出，導(dǎo)致得率降低，因此選擇50min為最宜提取時(shí)間。

圖5 提取時(shí)間對(duì)米糠中原花青素得率的影響

3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

為了米糠中原花青素的乙醇浸提工藝條件，以攪拌速度、乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、提取溫度和提取時(shí)間五個(gè)因素作為影響因子，原花青素得率為指標(biāo)，通過L16(45)正交實(shí)驗(yàn)確定最佳提取工藝參數(shù)，按照表1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

從正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表中的極差值越大，說明對(duì)應(yīng)的因素對(duì)提取結(jié)果影響越顯著，據(jù)此可以看出各因素對(duì)米糠中原花青素得率的影響順序?yàn)椋禾崛囟龋咎崛r(shí)間＞乙醇體積分?jǐn)?shù)＞攪拌速度＞料液比。表2中各因素對(duì)應(yīng)的不同水平下的均值越大，說明在正交組合實(shí)驗(yàn)中，此水平下提取效果最好，結(jié)合正交實(shí)驗(yàn)中五個(gè)因素各水平對(duì)應(yīng)的均值可以看出，乙醇浸提米糠中原花青素的最佳提取工藝組合為：A3B2C3D3E3，即攪拌速度150r∕min，乙醇體積分?jǐn)?shù)60%，料液比1∶18g∕mL，提取溫度55℃，提取時(shí)間40min。為了驗(yàn)證最優(yōu)條件下的提取效果，并與其他條件相同時(shí)未攪拌狀態(tài)條件下的提取效果進(jìn)行比較，每個(gè)實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行3次，取其平均值作為最終得率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3中將最優(yōu)組合條件下的提取效果與未攪拌條件下不同提取時(shí)間的效果進(jìn)行了比較，相同條件下，攪拌提取所得的原花青素得率比未攪拌實(shí)驗(yàn)2的得率提高了64.36%，未攪拌狀態(tài)下提取60min的得率才是攪拌狀態(tài)下40min得率的71.42%，因此可以看出，攪拌能強(qiáng)化乙醇浸提米糠中原花青素的效果，同時(shí)還能縮短提取時(shí)間，正交實(shí)驗(yàn)確定的最優(yōu)條件下米糠的得率與單因素及正交中的任何組相比是最高的。

4 結(jié)論

原花青素的飼用價(jià)值極高，高效提取是其在飼料工業(yè)中開發(fā)應(yīng)用的基礎(chǔ)。通過攪拌強(qiáng)化了乙醇浸提米糠原花青素的提取效果，達(dá)到了高效提取的目的。正交實(shí)驗(yàn)確定的各因素對(duì)原花青素提取的影響為：提取溫度＞提取時(shí)間＞乙醇體積分?jǐn)?shù)＞攪拌速度＞料液比，最優(yōu)工藝參數(shù)為：攪拌速度150r∕min，乙醇體積分?jǐn)?shù)60%，料液比1∶18g∕mL，提取溫度55℃，提取時(shí)間40min，此條件下，原花青素的得率達(dá)3.772%。

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S816.44

A

1008-6137（2017）02-0005-05

楊豆（1994-），漢，女，陜西渭南人，研究方向：天然產(chǎn)物提取及應(yīng)用。

2017-02-09.