黑76號(hào)小麥麩皮花色苷提取工藝優(yōu)化

朱振寶， 梁茜茜， 易建華

(1.陜西科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院， 陜西 西安 710021； 2.陜西科技大學(xué) 陜西省食品加工工程技術(shù)研究中心， 陜西 西安 710021 )

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黑76號(hào)小麥麩皮花色苷提取工藝優(yōu)化

朱振寶1,2， 梁茜茜1， 易建華1,2

(1.陜西科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院， 陜西 西安 710021； 2.陜西科技大學(xué) 陜西省食品加工工程技術(shù)研究中心， 陜西 西安 710021 )

采用酸化乙醇提取黑76號(hào)小麥麩皮花色苷，考察了pH、乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取溫度、提取時(shí)間、液料比和提取次數(shù)對(duì)提取效果的影響，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化了黑76號(hào)小麥麩皮花色苷的提取工藝參數(shù).試驗(yàn)結(jié)果表明，黑76號(hào)小麥麩皮花色苷最佳提取條件為:pH1.0，乙醇體積分?jǐn)?shù)60%，提取溫度70 ℃，提取時(shí)間90 min，液料比20∶1(mL/g)，在此條件下，黑76號(hào)小麥麩皮中花色苷粗提物提取量為48.01 mg/100 g.乙醇體積分?jǐn)?shù)是影響小麥麩皮花色苷提取的主要因素，達(dá)到極顯著水平，其次為溫度，而時(shí)間與液料比對(duì)小麥麩皮花色苷提取影響均不顯著.

黑76號(hào)小麥； 麩皮； 花色苷； 提取工藝

0 引言

彩粒小麥按顏色分有黑粒、紫粒、藍(lán)粒、綠粒、紅粒等類(lèi)型[1,2]，與普通小麥相比，其粒色較深.研究發(fā)現(xiàn)，小麥麩皮中的蛋白質(zhì)、維生素和礦物質(zhì)含量等高于相應(yīng)的面粉，尤其是彩粒小麥，除含有比普通小麥更多的常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分外，還富含普通小麥缺乏的花青素、黃酮等生物活性物質(zhì)，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健功能，應(yīng)用價(jià)值和開(kāi)發(fā)潛力較大[3,4].

花色苷是花青素與糖以糖苷鍵結(jié)合而成的一類(lèi)化合物，廣泛分布于人們?nèi)粘ｏ嬍车墓任?、豆?lèi)、水果和蔬菜中，具有強(qiáng)抗氧化作用[5].花青素是一類(lèi)水溶性色素，具有降糖、降血壓、抗疲勞、抗癌等多種保健功能[6-8].

近年來(lái)彩粒小麥的花色苷研究引起了人們的重視.研究發(fā)現(xiàn)不同粒色小麥花青素含量和組成的差異使其具有不同顏色和生物活性[9].Xiaozhen T等[10]也研究了黑粒、紫粒、綠粒小麥麩皮花青素及其相關(guān)性質(zhì).利用彩粒小麥麩皮提取花色苷可以增加其附加值，有利于開(kāi)發(fā)天然色素、拓寬彩粒小麥利用途徑.本實(shí)驗(yàn)以西北農(nóng)林科技大學(xué)何一哲老師自主培育的黑76號(hào)小麥為原料，具有地域性，目前尚未有人報(bào)道.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與試劑

實(shí)驗(yàn)材料為黑76號(hào)彩粒小麥，籽粒顏色為深黑色，西北農(nóng)林科技大學(xué)何一哲老師提供；鹽酸、乙醇、醋酸鈉,天津市天力化學(xué)試劑有限公司；氯化鉀，天津市津北精細(xì)化工有限公司；實(shí)驗(yàn)室用水，為蒸餾水和超純水.

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

MLU-202型號(hào)布勒實(shí)驗(yàn)?zāi)?，布?無(wú)錫)商業(yè)有限公司；標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩(40目)，浙江省上虞市大亨橋化驗(yàn)儀器廠；電子天平，上海精科天美科學(xué)儀器有限公司；紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，尤尼柯(上海)儀器有限公司；離心機(jī)、pB-10型精密pH計(jì)，賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 黑76號(hào)小麥麩皮花色苷的提取

花色苷提取工藝流程[11]：小麥麩皮→溶劑浸提→振蕩→離心→取上清液在最大吸收波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度值.

1.3.2 麩皮花色苷最大吸收波長(zhǎng)的確定

對(duì)黑76號(hào)小麥進(jìn)行預(yù)處理.潤(rùn)麥，使其水分達(dá)到14.5%，利用布勒實(shí)驗(yàn)?zāi)ミM(jìn)行磨粉處理，取麩皮，過(guò)40目篩，于-18 ℃避光冷藏保存?zhèn)溆?

參照文獻(xiàn)[12]，采用酸化乙醇提取黑76號(hào)小麥麩皮花色苷，并稍作修改.稱(chēng)取1.000 g麩皮，用20 mL 50%乙醇溶液溶解，采用l mol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)至pH1.0，于室溫下低速振蕩1 h，用60 ℃水浴提取60 min后將提取液移入離心管于6 000 r/min、4 ℃離心10 min，取上清液，稀釋至合適的倍數(shù)，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)于400～600 nm下進(jìn)行掃描，確定麩皮花色苷中花色苷的最大吸收波長(zhǎng).

1.3.3 麩皮花色苷提取單因素試驗(yàn)

麩皮花色苷提取單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示.

表1 麩皮花色苷提取單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.4 麩皮花色苷提取條件的正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，選取L16(45)正交試驗(yàn)表，確定最佳的提取條件組合.

1.3.5 花色苷含量的測(cè)定

參考王少波等[13,14]的研究，利用pH示差法測(cè)定花色苷含量.以一種樣品為例，設(shè)置3個(gè)測(cè)試管，每管吸取0.2 mL稀釋后的提取液，分別加入2.8 mL兩種緩沖液：pH1.0(125 mL 0.2 mol/L KCl，385 mL 0.2 mol/L HCl)， pH4.5(400 mL 1 mol/L CH3COONa，240 mL 1 mol/L HCl，360 mL H2O)，混勻.于暗室靜置100 min，測(cè)定其吸光值.花青素含量根據(jù)Fuleki(Fuleki，iT，1968)的公式計(jì)算.

(1)

式(1)中：C為花色苷的濃度(mg/g)，ApH1.0、ApH4.5分別為溶液在pH1.0和pH4.5時(shí)的最大吸光度；V為提取液總體積(mL)；M為矢車(chē)菊-3-葡萄糖苷的相對(duì)分子量，其值為449.2；ε為矢車(chē)菊-3-葡萄糖苷的消光系數(shù)，其值為29 600；m為樣品質(zhì)量(g).

1.3.6 麩皮花色苷粗提物得率的計(jì)算

參照文獻(xiàn)[15]，在最佳工藝條件下提取的花色苷溶液，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)(溫度<40 ℃)，冷凍干燥，計(jì)算得率.

(2)

1.3.7 數(shù)據(jù)分析方法

所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，每次平行3次測(cè)定.SPSS軟件分析單因素顯著性，用DPS軟件分析正交試驗(yàn)結(jié)果，用Origin作圖.

2 結(jié)果與討論

2.1 黑76號(hào)小麥麩皮花色苷最大吸收波長(zhǎng)的確定

黑76號(hào)小麥麩皮花色苷400～600nm吸收波長(zhǎng)下的吸光度如圖1所示.以往研究表明，花色苷特征吸收峰在500～530nm附近[16].由圖1可知，小麥麩皮色素最大吸收波長(zhǎng)為525nm，可見(jiàn)該色素為花色苷類(lèi)色素.因此，選擇525nm作為實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)波長(zhǎng).

圖1 黑76號(hào)小麥麩皮花色苷于400～600 nm掃描光譜圖

2.2pH對(duì)花色苷提取的影響

pH對(duì)花色苷提取的影響如圖2所示.由圖2可以看出，pH越低，所提取的花色苷含量越多.研究同時(shí)顯示，提取液pH1.0較其他pH下提取的花色苷更澄清，并有鮮艷的酒紅色光澤.以往研究也表明，花色苷在低pH下能較好地保持原始狀態(tài)，有利于進(jìn)行性質(zhì)、功能等的研究[17].另外，在預(yù)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，pH<1.0時(shí)，提取液酸度過(guò)高，易腐蝕皮膚，試驗(yàn)操作不安全，也不利于工業(yè)生產(chǎn)，因此，在研究提取黑76號(hào)小麥麩皮花色苷最優(yōu)條件的正交試驗(yàn)過(guò)程中，pH將不作為一個(gè)因素進(jìn)行考慮，而是固定為pH1.0.

圖2 不同pH對(duì)花色苷提取量的影響

2.3 乙醇濃度對(duì)花色苷提取的影響

乙醇濃度對(duì)花色苷提取的影響如圖3所示.圖3表明，隨著乙醇濃度增高，花色苷含量增加，但乙醇濃度到達(dá)60%后，花色苷含量趨于穩(wěn)定.綜合成本因素考量，乙醇濃度選擇60%左右為宜.

圖3 不同乙醇濃度對(duì)花色苷提取量的影響

2.4 溫度對(duì)花色苷提取的影響

圖4為不同溫度對(duì)花色苷提取量的影響.由圖4可得出，隨著提取溫度升高，花色苷提取量不斷增加，且70 ℃時(shí)達(dá)到最高值，之后趨于降低.提取溫度升高，分子運(yùn)動(dòng)速度加快，滲透、擴(kuò)散、溶解速度加快，因此有利于小麥花色苷提取，但提取溫度高于70 ℃后，隨溫度繼續(xù)升高，花色苷含量開(kāi)始降低，這是因?yàn)闇囟冗^(guò)高，花色苷的熱穩(wěn)定性變差，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化所致，使熱不穩(wěn)定成分或揮發(fā)性成分分解或揮發(fā)；另外，當(dāng)溫度接近乙醇的沸點(diǎn)(78.5 ℃)時(shí)，乙醇易揮發(fā)[18]，故選70℃左右為花色苷提取溫度為宜.

圖4 不同溫度對(duì)花色苷提取量的影響

2.5 提取時(shí)間對(duì)花色苷提取的影響

圖5為提取時(shí)間對(duì)提取黑76號(hào)小麥麩皮花色苷的影響.圖5表明，花色苷含量隨提取時(shí)間的延長(zhǎng)而增加.數(shù)據(jù)處理顯示，30～90min之間存在極顯著差異(p<0.01)，但在90～180 min之間差異不顯著(p>0.05)，所以提取時(shí)間選擇確定90 min左右比較適宜.

圖5 不同時(shí)間對(duì)花色苷提取量的影響

2.6 液料比對(duì)花色苷提取的影響

圖6為液料比對(duì)提取黑76號(hào)小麥麩皮花色苷的影響.由圖6可以看出，隨著液料比的增加，花色苷提取量先增后減.當(dāng)液料比為20∶1和25∶1(mL/g)時(shí)，花色苷提取量較高.在10∶1、15∶1和20∶1、25∶1(mL/g)之間存在極顯著差異(p<0.01)，但在20∶1和25∶1(mL/g)之間差異不顯著(p>0.05)，說(shuō)明20∶1(mL/g)提取量最大，繼續(xù)增大液料比，提取量增加不大，提取液的濃縮工作量增加，且增大了提取成本，因此，提取液料比選擇20∶1(mL/g)左右為宜.

圖6 不同液料比對(duì)花色苷提取量的影響

2.7 提取次數(shù)對(duì)花色苷提取的影響

提取次數(shù)對(duì)花色苷提取的影響如圖7所示.由圖7可以看出，隨著提取次數(shù)的增加，花色苷含量增大.數(shù)據(jù)處理表明，1、2次之間存在極顯著差異(p<0.01)，而2、3、4、5次之間差異不顯著(p>0.05)，說(shuō)明提取2次時(shí)花色苷已經(jīng)基本提取完全，而繼續(xù)增加提取次數(shù)將增大提取成本；另外，對(duì)比以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)提取次數(shù)對(duì)花色苷提取影響較小，所以實(shí)驗(yàn)固定提取2次為最佳提取次數(shù).

圖7 不同提取次數(shù)對(duì)花色苷提取量的影響

2.8 最佳提取條件的確定

單因素實(shí)驗(yàn)表明，乙醇濃度、提取溫度、提取時(shí)間以及液料比對(duì)小麥花色苷提取影響較大，因此在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了正交試驗(yàn)，其結(jié)果如表2、3所示.

由表2和表3可知，各因素的影響力為A乙醇濃度>B提取溫度>C提取時(shí)間>D液料比，且乙醇體積分?jǐn)?shù)的影響達(dá)到極顯著水平.最優(yōu)組合是A4B4C2D1，即70%酸化乙醇，15∶1(mL /g)的液料比在80 ℃下浸提90 min.通過(guò)多重比較發(fā)現(xiàn)，其中，A4、A3差異不顯著，考慮節(jié)約溶劑和便于生產(chǎn)中溶劑回收，試驗(yàn)選擇A3作為最佳水平；由于B3、B4差異不顯著，選擇B3；液料比15∶1、20∶1(mL/g)差異不顯著，但液料比20∶1(mL/g)時(shí)溶液更加澄清，所以，生產(chǎn)中選擇D2為佳.根據(jù)以上分析，生產(chǎn)中最優(yōu)條件為A3B3C2D2，即60%酸化乙醇，液料比20∶1(mL/g)，于70 ℃提取90 min.按照該優(yōu)化條件驗(yàn)證，得其平均花色苷含量為48.01 mg/100 g，與正交試驗(yàn)的最大值50.82 mg/100 g相差甚少，且更加經(jīng)濟(jì)、實(shí)用.

表2 正交表和極差分析結(jié)果

表3 正交試驗(yàn)方差分析結(jié)果

注：*和**表示5%和1%顯著水平；F0.05(3,3)=9.28，F(xiàn)0.01(3,3)=29.46.

2.9 得率的計(jì)算

黑76號(hào)小麥麩皮花色苷在525 nm波長(zhǎng)處測(cè)定，最佳提取pH為1.0，乙醇濃度為60%，溫度為70 ℃，時(shí)間為90 min，液料比為20∶1(mL/g)，提取次數(shù)為2次，此條件下粗提物得率為22.65%.

3 結(jié)論

以黑76號(hào)小麥麩皮為原料，研究了pH、乙醇濃度、提取時(shí)間、提取溫度、液料比及提取次數(shù)6個(gè)單因素對(duì)麩皮色素提取的影響，其中乙醇濃度、提取時(shí)間、提取溫度、液料比對(duì)小麥花色苷提取影響較大；用正交表L16(45)進(jìn)行了5因素4水平的正交試驗(yàn)，確定了酸化乙醇法提取黑76號(hào)小麥麩皮色素的最佳工藝條件為：pH1.0，乙醇體積分?jǐn)?shù)60%，提取溫度70 ℃，提取時(shí)間90 min，液料比20∶1(mL/g)，在此條件下，黑76號(hào)小麥麩皮中花色苷粗提物提取量為48.01 mg/100 g.

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【責(zé)任編輯：蔣亞儒】

Optimization of conditions for anthocyanins extraction from black wheat 76 bran

ZHU Zhen-bao1,2， LIANG Xi-xi1， YI Jian-hua1,2

(1.School of Food and Biological Engineering, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China; 2.Shaanxi Province Research Center of Food Process Engineering and Technology, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China)

In the present work,the anthocyanins form black-wheat 76 bran were extracted by acidified alcohol.And the effects of pH,alcohol concentration,extraction temperature,extraction time,ratio of liquid to material and extraction times were studied.The anthocyanins extracting conditions were optimized by theorthogonal experiment based on single factor tests.The result showed that the obtained optimal extraction conditions were pH1.0,concentration of ethanol 60%,temperature 70 ℃,extraction time 90 min,and ratio of liquid to material 20∶1(mL/g).In such conditions,the yield of anthocyanins extraction is 48.01 mg/100 g.The most significantly affecting factor was the concentration of ethanol followed by extraction temperature.But the effects of extraction time and liquid ratio on extraction of wheat bran anthocyanins were not significant.

black wheat 76； bran； anthocyanins； extraction technology

2017-01-17

陜西省科技廳自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2015JM3085)

朱振寶(1971-)，男，陜西商洛人，副教授，博士，研究方向：功能食品與人類(lèi)營(yíng)養(yǎng)

2096-398X(2017)04-0117-05

TS201.1

A