超聲波輔助提取全麥粉中烷基間苯二酚的工藝優(yōu)化

彭田園，趙仁勇，王香玉

（河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

超聲波輔助提取全麥粉中烷基間苯二酚的工藝優(yōu)化

彭田園，趙仁勇*，王香玉

（河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

烷基間苯二酚（ARs）是小麥麩皮中的酚類類脂，具有多種生理活性，也是糧食行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（LS/T 3244—2015）評判全麥粉的重要生物標(biāo)記物。為高效、穩(wěn)定地提取全麥粉中的ARs，采用超聲波輔助提取手段，研究了超聲功率、提取時間及料液比3個因素對ARs提取量的影響。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過正交試驗(yàn)對提取工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明：超聲波輔助提取全麥粉中ARs的最佳工藝參數(shù)為超聲功率285 W、提取時間2 min、料液比1∶50（g/mL）。此條件下ARs提取量不低于連續(xù)振蕩提取法，但將提取時間由48 h縮短至2 min，且樣品用量少、重復(fù)性好，適用于全麥粉中ARs的快速提取。

全麥粉；烷基間苯二酚；超聲波；提取

0 引言

烷基間苯二酚（alkylresorcinols，ARs）是 1，3－間苯二酚苯環(huán)5位被含有奇數(shù)個碳原子的烷基取代的一類衍生物的總稱，屬于酚類類脂，具有雙親性。ARs分布于小麥籽粒皮層，是小麥中主要的酚類成分，由多種同系物組成，其烷基側(cè)鏈含有奇數(shù)個碳原子（13～27 個），命名為 C13∶0—C27∶0，主要成分為 C19∶0和 C21∶0， 總含量范圍為 320～1 010 μg/g[1]。5%左右的小麥ARs其側(cè)鏈含有酮基、羥基等取代基或1—3個雙鍵，且大多存在于8、11、14位碳原子上，與含18個碳原子的不飽和脂肪酸相似[2－3]。ARs 是現(xiàn)行糧食行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) （LS/T 3244—2015）評判全麥粉的重要生物標(biāo)記物[4－5]，也是全麥粉的重要成分之一，其雙親性賦予ARs一定的功能特性，如抗癌、抗氧化、抑制酶活和促進(jìn)傷口愈合等，對多種慢性疾病有一定的改善作用[6－7]。因此，ARs日益受到人們的關(guān)注與重視。

目前，研究者們廣泛采用振蕩提取法來提取全麥粉中的ARs[8]。振蕩提取法具有操作簡單、對設(shè)備要求低等優(yōu)點(diǎn)，但存在提取時間長（24～48 h）[9－12]、效率低等缺陷。采用索氏抽提法提取ARs，可得到同系物種類多、含雜少的ARs提取物，且用時較短（2 h）[13]。但索氏抽提法與振蕩法相比，具有樣品用量多、不適用于批量提取等缺點(diǎn)。超臨界二氧化碳（SC－CO2）萃取法用于提取ARs，其提取量以及各同系物含量與振蕩提取法之間沒有顯著差異，但前者無論在有機(jī)溶劑用量還是在提取時間上均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于后者[9]。使用輔助試劑（如乙醇）調(diào)整極性以及調(diào)整溫度和壓力可提高SC－CO2提取ARs的選擇性[14－15]。然而與其他提取方法相比，SC－CO2萃取法的設(shè)備成本較高。

因此，選擇快速的、適合全麥粉中ARs的提取方法，用于科研、醫(yī)藥等領(lǐng)域中ARs的定性、定量分析顯得尤為重要。超聲波具有空化效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)，在提取過程中可加強(qiáng)可溶性物質(zhì)在兩相中的傳質(zhì)，提高其溶解速度和提取率。此外，超聲波輔助提取法對提取物中熱穩(wěn)定性差的活性組分的破壞性較低[16]。有關(guān)超聲波技術(shù)輔助提取植物中活性組分方面的研究已有大量文獻(xiàn)報道[17]，但其在提取全麥粉中ARs方面的應(yīng)用報道較少。

本研究擬采用超聲波技術(shù)輔助提取全麥粉中的ARs，以ARs提取量為評價指標(biāo)，通過單因素及正交試驗(yàn)優(yōu)化提取工藝參數(shù)，為全麥粉中ARs的快速提取提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

太空6號、平安8號、豐德存1號、百農(nóng)207、許科316、矮抗58等小麥樣品，由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥所提供。

乙酸乙酯及乙酸（分析純）：天津市恒興試劑制造有限公司；甲醇（色譜純）：天津市賽孚瑞科技有限公司；重氮鹽Fast Blue B Zn（純度≥95%）、烷基間苯二酚同系物C15∶0標(biāo)準(zhǔn)品（純度≥98%）：美國Sigma-Aldrich公司；氮?dú)猓亨嵵轁芍锌萍加邢薰尽?/p>

1.2 儀器與設(shè)備

3100實(shí)驗(yàn)粉碎磨：瑞典Perten公司；GR-P2073 LG冰箱：泰州樂金電子冷機(jī)有限公司；PL1502-S分析天平：瑞士Mettler Toledo公司；101A-2電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海市實(shí)驗(yàn)儀器總廠；Vortex-2 Genie旋渦混合器：美國Scientific Industries公司；UV-2550紫外可見分光光度計：日本Shimadzu公司；Scientz-IID超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)：寧波新芝生物科技有限公司；MD200-2氮吹儀：杭州奧盛儀器有限公司；5810 R冷凍離心機(jī)、移液器：德國Eppendorf公司；ZHWY-111B恒溫培養(yǎng)振蕩器：上海智誠分析儀器制造有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 全麥粉制備

取100 g左右的小麥籽粒，采用實(shí)驗(yàn)粉碎磨制備全麥粉樣品（全部通過Φ0.8 mm篩板），參照GB/T 21305—2007標(biāo)準(zhǔn)方法測定其水分含量。全麥粉樣品置于-20℃條件下密封儲存，備用。

1.3.2 ARs標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

參照全麥粉糧食行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[4]。

1.3.3 全麥粉中ARs的提取及測定

1.3.3.1 振蕩提取法

參照全麥粉糧食行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采用振蕩提取法提取全麥粉中的ARs，提取時間為48 h[4]。

1.3.3.2 超聲波輔助提取法

稱取全麥粉樣品（精確至0.1 mg，根據(jù)料液比和乙酸乙酯用量計算樣品量），置于50 mL離心管中，加入40 mL乙酸乙酯，使用Φ6變幅桿進(jìn)行超聲提取。每次超聲處理時，將離心管置于冰浴中[18]，且變幅桿處于離心管的固定位置，設(shè)定功率（最大功率950 W），處理一定的時間（其中超聲開1 s，關(guān)1 s，即1 min內(nèi)的有效超聲時間為30 s）。提取液在3 000 r/min條件下離心10 min，取一定量上清液至離心管中，用氮?dú)獯蹈伞?/p>

1.3.3.3 ARs含量的測定

參照糧食行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[4]，采用比色法測定全麥粉中的ARs含量。

1.3.4 超聲波輔助提取全麥粉中ARs的工藝參數(shù)的優(yōu)化

采用太空6號全麥粉樣品進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。

1.3.4.1 單因素試驗(yàn)

針對超聲功率、提取時間及料液比3個因素進(jìn)行試驗(yàn)，研究各因素對ARs提取量的影響。

（1）超聲功率對ARs提取量的影響。提取時間為 3 min，料液比為 1∶40（g/mL），超聲功率分別設(shè)為 95、190、285、380、475、570 W，按 1.3.3.2及1.3.3.3方法提取全麥粉中的ARs并計算提取量。

（2）超聲時間對ARs提取量的影響。超聲功率為 285 W，料液比為 1∶40（g/mL），提取時間分別設(shè)為 1、2、3、4、5 min，按 1.3.3.2 及 1.3.3.3 方法提取全麥粉中的ARs并計算提取量。

（3）料液比對ARs提取量的影響。超聲功率為285 W，提取時間為 3 min，料液比分別設(shè)為1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60 （g/mL）， 按 1.3.3.2及1.3.3.3方法提取全麥粉中的ARs并計算提取量。

1.3.4.2 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行L9（34）的正交試驗(yàn)，優(yōu)化超聲波輔助提取全麥粉中ARs的工藝參數(shù)。

1.3.5 重復(fù)性試驗(yàn)

采用超聲波輔助提取最佳工藝及振蕩提取法提取太空6號全麥粉中的ARs并測定其提取量，設(shè)置重復(fù)試驗(yàn)6次。

1.4 振蕩提取法與超聲波輔助提取法之間的比較

分別采用1.3.3.1振蕩提取法以及在最佳參數(shù)條件下的超聲波輔助法提取平安8號、豐德存1號、百農(nóng)207、許科316、矮抗58全麥粉樣品中的ARs，對比分析兩種方法獲得的ARs提取量。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

如無特別說明，所有數(shù)據(jù)均為二次平行試驗(yàn)結(jié)果的平均值，測定結(jié)果均以干基計。采用SAS 9.1軟件進(jìn)行方差和線性回歸分析，采用Origin 9.0軟件進(jìn)行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

試驗(yàn)樣品為 ARs同系物 C15∶0標(biāo)準(zhǔn)品，按1.3.2方法測定吸光度，以C15∶0質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制ARs標(biāo)準(zhǔn)曲線（見圖1）。 結(jié)果表明，C15∶0 在質(zhì)量濃度為 0.5～5 μg/mL范圍內(nèi)與其吸光度呈良好的線性關(guān)系，回歸方程為 y=0.240 8x－0.006 2（R2=0.999 6）。ARs具有特殊官能團(tuán)，可與重氮鹽Fast Blue B Zn發(fā)生特異性顯色反應(yīng)[9]，因此，可根據(jù)該C15∶0標(biāo)準(zhǔn)曲線測定樣品中的ARs同系物總含量。

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 超聲功率對ARs提取量的影響

如圖2所示，隨著超聲功率的增加，ARs提取量先增加后下降；超聲功率為285 W時，ARs提取量最大。功率為190 W和285 W時，提取量之間沒有顯著性差異（P＞0.05）。超聲波具有加強(qiáng)攪拌、破壞細(xì)胞壁等作用，同時也增強(qiáng)了有機(jī)溶劑的穿透能力，可促進(jìn)ARs的溶出，從而增加ARs提取量。功率過低時超聲的機(jī)械作用、空化作用較弱，提取效率低，但過高的超聲功率可能會破壞ARs，導(dǎo)致其提取量降低[19]。

圖2 超聲功率對ARs提取量的影響Fig.2 Effect of ultrasonic power on extraction yield of ARs

2.2.2 提取時間對ARs提取量的影響

由圖3可知，隨提取時間的延長，ARs提取量增加，當(dāng)提取時間為3 min時，ARs提取量最大；隨著提取時間進(jìn)一步延長，ARs提取量顯著下降（P＜0.05）。超聲提取時間過長時，ARs可能會分解，導(dǎo)致其提取量下降[20－21]。

圖3 提取時間對ARs提取量的影響Fig.3 Effect of extraction time on extraction yield of ARs

2.2.3 料液比對ARs提取量的影響

由圖4可見，ARs提取量隨料液比的降低而增加，但當(dāng)料液比降至 1∶50（g/mL）后，ARs提取量隨之降低。料液比的降低可增加兩相濃度差及兩相的接觸面積，促進(jìn)ARs的溶出，有利于增加ARs提取量，縮短提取時間。反之，料液比過高，ARs不能被充分提取，提取效率低、樣品用量多。當(dāng)料液比降低至1∶50（g/mL）后，傳質(zhì)速度達(dá)到極限，繼續(xù)降低料液比不再有效提高ARs提取量[22]；過低的料液比反而可能促使其他物質(zhì)的滲出，增加提取液中的雜質(zhì)含量，不利于提取ARs。

圖4 料液比對ARs提取量的影響Fig.4 Effect of solid－to－liquid ratio on extraction yield of ARs

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇超聲功率（A）、提取時間（B）、料液比（C）3個因素，以 ARs提取量為評價指標(biāo)，進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)。正交試驗(yàn)因素與水平如表1所示，正交試驗(yàn)結(jié)果與分析如表2所示，方差分析結(jié)果如表3所示。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 2 The results and analysis of orthogonal experiment

表3 方差分析Table 3 Variance analysis

方差分析結(jié)果表明，超聲功率對ARs提取量具有極顯著影響（P＜0.01），超聲功率為285 W 及380 W時ARs提取量最大，兩者之間的差異不顯著。根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮ARs的提取量、提取效率及樣品用量，確定超聲波輔助提取全麥粉中ARs的最佳工藝參數(shù)為A2B1C2，即超聲功率285 W、提取時間 2 min、料液比 1∶50（g/mL）。

從表4可以看出，以最佳工藝參數(shù)提取太空6號樣品中的 ARs，提取量為 392.7±4.52 μg/g，與正交試驗(yàn)預(yù)期結(jié)果完全一致。

2.4 重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果

方差分析結(jié)果表明，超聲波輔助提取法與振蕩提取法所得ARs提取量之間的差異不顯著（P＞0.05）。超聲波輔助提取法及振蕩提取法的RSD值分別為1.14%和0.67%，表明兩種方法提取全麥粉中ARs的重復(fù)性均較好。

2.5 不同小麥樣品的ARs提取量比較

在最佳工藝參數(shù)條件下采用超聲波輔助提取不同全麥粉樣品中的ARs，并與振蕩提取法所得ARs提取量作對比，結(jié)果如表5所示。方差分析結(jié)果表明，超聲波輔助法用于提取全麥粉中ARs的提取量不低于振蕩法，適用于全麥粉中的ARs提取，如豐德存1號、百農(nóng)207及矮抗58全麥粉樣品采用超聲波輔助法提取所得的ARs含量顯著高于振蕩法（P＜0.05），而平安8號及許科316全麥粉樣品經(jīng)兩種方法提取所得ARs含量之間沒有顯著性區(qū)別（P＞0.05）。在提取不同全麥粉樣品中的ARs時兩種方法之間存在差異，可能與樣品本身含有的ARs同系物的種類及結(jié)構(gòu)有關(guān)[23]，超聲波輔助方法有助于將樣品中的ARs快速釋放到提取溶劑中[24]。

3 結(jié)論

本研究采用超聲波輔助法提取全麥粉中的ARs，通過單因素及正交試驗(yàn)研究超聲功率、提取時間和料液比對ARs提取量的影響，優(yōu)化了最佳的提取工藝參數(shù)，即超聲功率為285 W、提取時間為 2 min、料液比為 1∶50（g/mL）。在最佳工藝參數(shù)條件下，超聲波輔助提取法對ARs的提取量不低于振蕩法，且該方法將提取時間由48 h縮短至2 min，極大提高了提取效率，同時具有樣品用量少、重復(fù)性好（RSD=1.14%）的優(yōu)點(diǎn)，適用于快速提取全麥粉中的ARs。

表4 采用不同方法從太空6號樣品中獲得的ARs提取量Table 4 Comparison on extraction yields of ARs extracted with different methods from the same wheat sample μg·g－1

表5 采用不同方法從不同樣品中獲得的ARs提取量Table 5 Comparison on extraction yields of ARs extracted with different methods from different wheat samples μg·g－1

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OPTIMIZATION OF ULTRASONIC-ASSISTED EXTRACTION OF ALKYLRESORCINOLS FROM WHOLE WHEAT MEAL

PENG Tianyuan，ZHAO Renyong， WANG Xiangyu
（School of Food Science and Technology，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001，China）

Alkylresorcinols （ARs）， the main phenolic lipids in wheat brans， are of many biological activities，and become the important biomarkers for judgment of whole wheat meal according to the Chinese grain industry standard （LS/T 3244—2015）.For the purpose of developing an effective and stable extraction method， the ultrasound technique was applied.The effects of ultrasonic power，extraction time and the ratio of solid to liquid on extraction yield of ARs were investigated in this study.On the basis of single-factor experiment results，the orthogonal experiment was conducted to optimize the conditions for extraction of ARs from whole wheat meal.The optimum parameters were obtained with ultrasonic power of 285 W，extraction time of 2 min，and solid to liquid ratio of 1:50 g/mL，under which the ARs yields by ultrasonic-assisted method were not less than its counterparts by continuous shaking，but the extraction time was greatly shortened from 48 h to 2 min.Therefore，the ultrasonic-assisted method is more suitable for ARs extraction from whole wheat meal with small quantity requirement for sample and good repeatability.

whole wheat meal；alkylresorcinols；ultrasound；extraction

TS201.2

：B

1673－2383(2017)04－0014－06

http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20170828.0857.006.html

網(wǎng)絡(luò)出版時間：2017－8－28 8:57:12

2017－02－17

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31171653）；公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201303070－01）

彭田園(1993—），女，河南項(xiàng)城人，碩士研究生，研究方向?yàn)榧Z食資源利用與轉(zhuǎn)化。

*通信作者