薏米磷脂提取工藝初步研究

程碧君，李天嬌，李應(yīng)華

（1.吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院食品工程學(xué)院，吉林吉林 132101；2.漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品學(xué)院，河南漯河 462002）

薏米屬禾本科，別名“藥王米”，薏仁米、薏苡仁是家喻戶曉、經(jīng)常食用的一種谷類食品，也常被作為中藥使用[1]。醫(yī)學(xué)以為，薏米味淡而甜，具有補(bǔ)脾健肺、清熱利濕的功效[2]。薏米也是一種能消除粉刺、雀斑等的美容食品，經(jīng)常食用皮膚會變得光澤細(xì)膩，是保健和潤膚的好產(chǎn)品[3]。薏米的營養(yǎng)價值很高，不僅含有蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、多種微量元素和多種藥用成分[4]，而且還含有人體必需的亮氨酸、精氨酸、賴氨酸、酪氨酸等，是典型的“綠色食品”，堪稱為“禾本科之王”[5]。

磷脂是一類含有磷酸基團(tuán)的脂類化合物，其主要存在于植物種子及動物的腦、肝、卵中，是構(gòu)成生物膜的重要組成部分[6]。磷脂不僅能改善脂質(zhì)代謝等生理功能[7]，同時，由于磷脂是雙親性分子，可以有效降低物質(zhì)之間的界面能，起到乳化的作用[8]。磷脂又可分為卵磷脂、腦磷脂、磷脂酰絲氨酸、磷脂酰甘油、磷脂酰肌醇和心磷脂，且這些磷脂又分別與人體不同部位的功能相關(guān)[9]。

磷脂不僅是生物膜的重要組成部分，還具有促進(jìn)神經(jīng)傳導(dǎo)[10]、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝[11]、防止肝硬化[12]的作用。目前，磷脂可應(yīng)用于食品及飼料中[13]。而且，由于磷脂的表面活性和膠體性，磷脂在藥物中可作為載體使用[14]?，F(xiàn)代人身體中又普遍缺乏磷脂，孕婦體內(nèi)缺乏卵磷脂，將影響胎兒大腦的正常發(fā)育[15]。嬰幼兒期間缺乏卵磷脂，將影響其大腦及智力發(fā)育[16]。成人缺乏卵磷脂，大腦將處于疲勞狀態(tài)，此狀況長期持續(xù)下去，將會造成反應(yīng)遲鈍、頭昏頭痛、失眠多夢、記憶力下降、健忘、注意力難以集中等現(xiàn)象[17]。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對磷脂的提取進(jìn)行了大量研究。張麗等人[18]研究了超聲波輔助的方法提取鰹魚腦中磷脂，確定了提取的工藝參數(shù)，并用氣相色譜法測定了鰹魚腦磷脂的組成，為鰹魚深加工提供了基礎(chǔ)。李翔宇等人[19]研究優(yōu)化了藻類中磷脂提取的工藝，利用響應(yīng)面法得到最佳的提取條件，在此條件下藻類中磷脂型DHA得率為80.8%。趙彥巧等人[20]研究了芝麻油渣中磷脂的提取工藝，研究利用了超臨界提取的方法確定提取的萃取壓力、萃取溫度和萃取時間，在最佳提取條件下芝麻油渣中磷脂的提取率為35.58%。Stefanov K等人[21]利用酶催化法提取磷脂酰膽堿，得到高純度的磷脂酰膽堿產(chǎn)物。Lekh R J等人[22]研究應(yīng)用磷脂酶將大豆磷脂的提取純度明顯提高，為大豆磷脂提取工藝奠定了基礎(chǔ)。世界衛(wèi)生組織（WHO） 和聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FRO） 中的專家發(fā)表聲明，人體對磷脂的攝入不做限制要求，磷脂作為食品添加劑也不做限制[23]。

由于薏米中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，大多研究都集中在蛋白、脂肪等方向，針對薏米中磷脂的研究相對較少。試驗(yàn)以薏米為原料，研究薏米磷脂的提取工藝，通過對提取工藝中的單因素試驗(yàn)分析，確定了薏米磷脂提取的最佳工藝，以期為薏米磷脂的生物學(xué)功能研究奠定基礎(chǔ)，為薏米磷脂產(chǎn)品開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 試驗(yàn)材料與試劑

材料：薏米，購于當(dāng)?shù)爻小?/p>

試劑：磷標(biāo)準(zhǔn)品（磷酸二氫鈉）、乙醇、石油醚、丙酮、乙醇、鹽酸、氨水、氯化鋅（ZnCl2）、亞硝酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉、硝酸鋁（均為分析純），天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司提供。

1.1.2 試驗(yàn)儀器

AL204型電子天平，梅特勒-托利公司產(chǎn)品；RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠產(chǎn)品；TG-18D型離心機(jī)，湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司產(chǎn)品；DH9-9240A型真空干燥箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司產(chǎn)品；721型分光光度計(jì)，上海菁華科技儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 薏米磷脂的提取

參考徐同成等人[24]的方法，首先取100 g薏米于粉碎機(jī)中粉碎，取出放置燒杯中，加入500 mL丙酮，攪拌30 min，用紗布過濾，收集濾渣。將濾渣放入燒杯中，重復(fù)提取2次。合并提取液，以轉(zhuǎn)速5 000 r/min離心20 min，上清液減壓濃縮，得到粗磷脂。制備乙醇-石油醚混合溶劑，取500 mL石油醚和1 L乙醇放入燒杯中混合均勻，將粗磷脂加入乙醇-石油醚混合溶劑中攪拌30 min后，加入金屬沉淀劑（ZnCl2），以轉(zhuǎn)速5 000 r/min離心20 min，沉淀物置于容器中，進(jìn)行抽真空干燥，即可得到薏米磷脂。

1.2.2 薏米磷脂提取率的測定

根據(jù)GB/T 5537—2008國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行磷脂含量測定。取薏米磷脂25 g（m0）置于燒杯中，加熱至80℃，加水2 mL，充分?jǐn)嚢瑁赞D(zhuǎn)速5 000 r/min離心20 min。上清液用已知質(zhì)量的濾紙（m1）進(jìn)行抽濾，并用丙酮將沉淀沖洗入濾紙上，繼續(xù)用丙酮洗滌濾紙和沉淀，洗至無油跡為止。靜置一段時間，待丙酮揮發(fā)后，置于105℃烘箱中烘至恒質(zhì)量（m2）。

式中：m0——樣品質(zhì)量，g；

m1——濾紙質(zhì)量，g；

m2——沉淀物和濾紙質(zhì)量，g。

1.2.3 單因素試驗(yàn)

按照1.2.1薏米磷脂的提取方法，以丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)、丙酮pH值、金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為影響因素進(jìn)行薏米磷脂提取工藝的優(yōu)化研究。

（1）丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對薏米磷脂提取的影響。分別以丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%，60%，70%，80%，90%時，在丙酮pH值為7.5，金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的條件下進(jìn)行薏米磷脂的提取。以此單因素試驗(yàn)來確定薏米磷脂提取工藝最佳的丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

（2）丙酮pH值對薏米磷脂提取的影響。分別以丙酮pH值5.5，6.5，7.5，8.5，9.5時，在丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%，金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的條件下進(jìn)行薏米磷脂的提取。以此單因素試驗(yàn)來確定薏米磷脂提取工藝最佳的丙酮pH值。

（3）金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)對薏米磷脂提取率的影響。將準(zhǔn)備的氯化鋅粉末溶于水，調(diào)制成10%，20%，30%，40%，50%的5種金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的試劑，在丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%，pH值為7.5的條件下進(jìn)行薏米磷脂的提取。以此單因素試驗(yàn)來確定薏米磷脂提取工藝最佳的金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3 薏米磷脂提取正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在薏米磷脂提取工藝中，以丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)、丙酮pH值、金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為單因素利用SPSS軟件進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

2 結(jié)果與分析

2.1 丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對薏米磷脂提取率的影響

丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對薏米磷脂提取率的影響見圖1。

圖1 丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對薏米磷脂提取率的影響

由圖1可知，隨著丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)從50%升高至80%時，薏米磷脂的提取率呈現(xiàn)顯著上升的趨勢；隨著丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)從80%繼續(xù)升高至90%時，薏米磷脂的提取率差異不顯著；當(dāng)丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%時，薏米磷脂的提取率達(dá)到最大值，所以在丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%時為最佳提取率。

2.2 丙酮pH值對薏米磷脂提取率的影響

丙酮pH值對薏米磷脂提取率的影響見圖2。

圖2 丙酮pH值對薏米磷脂提取率的影響

由圖2可知，丙酮pH值為5.5～6.5時，薏米磷脂的提取率呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢；丙酮pH值為6.5～7.5時，薏米磷脂的提取率呈現(xiàn)顯著上升趨勢；丙酮pH值為7.5～9.5時，薏米磷脂的提取率呈現(xiàn)顯著下降趨勢；當(dāng)丙酮pH值為7.5時，薏米磷脂的提取率達(dá)到最大值，所以最佳的丙酮pH值為7.5。

2.3 金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)對薏米磷脂提取率的影響

金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)對薏米磷脂提取率的影響見圖3。

圖3 金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)對薏米磷脂提取率的影響

由圖3可知，隨著金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)從10%升高至40%時，薏米磷脂的提取率呈現(xiàn)顯著上升的趨勢；隨著金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)從40%繼續(xù)升高至50%時，薏米磷脂的提取率差異不顯著；當(dāng)金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%時，薏米磷脂的提取率達(dá)到最大值，所以最佳的金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%。

2.4 薏米磷脂提取正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，分別選擇單因素的最佳值附近的數(shù)值設(shè)計(jì)因素水平表，設(shè)置為三因素三水平，利用SPSS軟件進(jìn)行設(shè)置正交試驗(yàn)數(shù)值，根據(jù)軟件設(shè)計(jì)的正交試驗(yàn)組合條件進(jìn)行提取試驗(yàn)，得到相應(yīng)的薏米磷脂提取率，利用SPSS軟件進(jìn)行均值和方差分析等。

正交試驗(yàn)結(jié)果見表2，方差分析結(jié)果見表3。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

表3 方差分析結(jié)果

根據(jù)SPSS軟件設(shè)計(jì)的正交試驗(yàn)組合進(jìn)行薏米磷脂的提取試驗(yàn)，并將提取的試驗(yàn)結(jié)果依次按順序填入設(shè)計(jì)的正交試驗(yàn)表格中，利用SPSS軟件進(jìn)行方法分析、均值分析、極差分析、顯著性差異分析等。

通過正交試驗(yàn)和方差分析，得知3個單因素對薏米磷脂提取純化工藝影響的重要性。其中，極差R值的大小決定著單因素對工藝影響的重要性，如果R值越大，說明單因素對提取工藝影響越大；R值越小，說明單因素對提取工藝影響越小。根據(jù)極差R值可以得到各因素對提取工藝的影響大小，即丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)（A）＞丙酮pH值（B） ＞金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)（C）。3個單因素顯著性都達(dá)到顯著水平（p＜0.05）。薏米磷脂最佳提取工藝為A2B2C2，即丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%，丙酮pH值7.5，金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%，在此條件下薏米磷脂的提取率為61.736%。

2.5 薏米磷脂的最佳提取方法

利用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)法相結(jié)合來確定最佳的薏米磷脂提取條件，確定試驗(yàn)的單因素條件為丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)、丙酮pH值和金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)，得到各個單因素的最佳值，取單因素的最佳值及兩邊的數(shù)值設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，利用SPSS軟件進(jìn)行分析。結(jié)果表明，丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對薏米磷脂提取工藝影響程度最大，金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)對薏米磷脂提取工藝影響程度最小。

3 結(jié)論

通過對薏米磷脂提取純化工藝中的丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)、丙酮pH值和金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)這3個影響因素最為單因素進(jìn)行試驗(yàn)，得到最佳的單因素試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行正交試驗(yàn)和方差分析，得到了薏米磷脂提取純化的最佳工藝參數(shù)為丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%，丙酮pH值7.5，金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%，此提取工藝條件下薏米磷脂的提取率為61.736%。