大麥若葉青汁粉多酚超聲助提工藝優(yōu)化研究

陳瓊 阮夢婷 常冉 張晴晴 蔣變玲 馮凡 徐禮生

摘 要：本實驗利用超聲波輔助提取大麥若葉青汁粉中的總多酚，將大麥若葉青汁粉多酚得率作為響應(yīng)值，通過單因素實驗篩選出乙醇百分含量（EtOH%）、超聲功率（P）和超聲時間（T）三個主要因素，運用響應(yīng)面法（RSM）對大麥若葉青汁粉總多酚的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化并通過單樣本t檢驗進(jìn)行驗證。結(jié)果表明，大麥若葉青汁粉多酚提取方案最佳為選擇20：1液料比（RL/S）和61%乙醇，在70W超聲功率下提取32min，在該條件下大麥若葉青汁粉中多酚的得率實測值為12.04mg/g。模型預(yù)測值為11.92mg/g，通過單樣本t檢驗得，與實測值之間差異不顯著，說明響應(yīng)面法可較好地優(yōu)化大麥若葉青汁粉總多酚的提取得率。

關(guān)鍵詞：大麥若葉;總多酚;響應(yīng)面法;超聲助提

中圖分類號：TS207.3;O657 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1673-260X（2021）05-0016-05

引言

大麥（Hordeum vulgare），亦稱赤膊麥、飯麥或牟麥，屬大麥屬禾本科，為一年生早熟草本植物[1]。大麥的芽和苗均可供藥用[2]。而大麥若葉是生長至15～30cm的大麥嫩葉通過一定加工工序制成的粉末，明代李時珍的《本草綱目》甚至早在唐代孫思邈的《普濟(jì)方》均曾記錄麥苗的功效[3]。而大麥若葉保健品始于20世紀(jì)六七十年代日本醫(yī)學(xué)博士荻原義秀的解毒經(jīng)歷和研究，隨后很快風(fēng)靡亞洲和北美等地[4，5]，從而引發(fā)對大麥苗的重視和研究熱[6]。據(jù)文獻(xiàn)報道，大麥若葉具有范圍廣泛的食療功能，包括治療哮喘、胃病便秘、肝疾、糖尿病以及冠心病等，且其抑制腫瘤、抗氧化抗衰老、降血糖血脂、抗胃潰瘍和緩解疲勞的功能已有佐證[7，8]。

近來大麥苗中的多酚因其抗氧化性和抑制膽堿酯酶活性受到較多關(guān)注[9，10]。多酚類是植物次級代謝產(chǎn)物，藥理活性較為廣泛，如具有抗感染抗菌、抑癌、增強(qiáng)免疫、預(yù)防心血管疾病等活性[11]，以及消炎、抗增殖、抗衰老作用[12]。而關(guān)于大麥若葉青汁粉中總多酚提取的研究尚缺乏資料，目前植物多酚主要提取方式主要包括：傳統(tǒng)溶劑萃取、生物酶解提取、樹脂吸附提取、高壓脈沖提取、閃式提取、微波或超聲提取、超臨界提取等方法，其中前四種方法雖提取得率高，但提取所需時間較長且成本較高，不適用于大批量工業(yè)化生產(chǎn)[13];閃式提取法經(jīng)組織破碎后，因黏度增大、乳化等因素會造成過濾困難或堵塞[14];對于后三種方法，綜合向靜等[15]及包海蓉等[16]在多酚物質(zhì)提取研究中發(fā)現(xiàn)，超聲提取更優(yōu)。綜上，鑒于超聲提取耗時短、效率高和成分不受高溫影響等方面的優(yōu)點[17]，本文利用超聲波輔助提取大麥若葉青汁粉多酚，考察EtOH%、RL/S、P和T四種因素對大麥若葉青汁粉多酚得率的影響，并利用RSM法對其提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大麥若葉青汁粉購于隨州市萬松堂康匯有限公司;沒食子酸（≥98%）購于中國藥品生物制品檢定所;福林酚試劑來自上海荔達(dá)科技公司。

紫外可見分光光度計（722N型）、超聲波清洗機(jī)（KQ5200DE型）分別來自上海元析儀器有限公司、昆山市超聲儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 總多酚的測定

標(biāo)準(zhǔn)曲線（標(biāo)曲）的繪制和樣品的測定參考胡明明等人方法[18]：本文標(biāo)曲為A（吸光度）=0.0129C（沒食子酸濃度，μg/mL）-0.0311，R2=0.9989。

青汁粉中總多酚測定：將提取液于156×g離心力下離心15min后取上清并稀釋5倍為待測液。測定大麥若葉青汁粉多酚得率公式如下。

Y=（C×N×V）/M

式中Y：大麥若葉青汁粉多酚得率（BGTP）mg/g;C：從標(biāo)曲中計算得到的多酚質(zhì)量濃度，mg/mL;M：大麥若葉青汁粉質(zhì)量，g;N：大麥若葉青汁粉稀釋倍數(shù);V：大麥若葉青汁粉提取液體積mL。

1.2.2 單因素實驗

精確稱取0.500g大麥若葉青汁粉，按表1工藝條件進(jìn)行提取，分別考察乙醇百分含量（EtOH%）、液料比（RL/S）、超聲功率（P）和時間（T）對BGTP得率的影響。

1.2.3 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗設(shè)計

因液料比在20：1后不顯著影響總多酚的提取率，故不將料液比作為RSM法優(yōu)化的考慮因素。根據(jù)單因素實驗結(jié)果，確定總多酚提取的影響因素為T、P、EtOH%，設(shè)因素代碼分別為A、B、C，選取相應(yīng)因素下總多酚提取率最高的三個水平（-1、0、1），以大麥若葉多酚得率為響應(yīng)值，采用3因素3水平RSM分析法，選用Box-Benhnken實驗設(shè)計見表2。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析

結(jié)果表示為“3次平行試驗的均值”±標(biāo)準(zhǔn)偏差，采用SPSS20.0進(jìn)行單樣本t檢驗和差異性分析（p<0.01或者p<0.05），運用Design-Expert 8.06軟件進(jìn)行RSM試驗設(shè)計及分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果與分析

2.1.1 EtOH%對大麥若葉青汁粉多酚得率的影響

由圖1可知，當(dāng)EtOH%為60%時，青汁粉多酚得率最大，而后顯著降低（p<0.05）。推測在高濃度乙醇使大麥若葉青汁粉中的蛋白質(zhì)產(chǎn)生變性，多糖發(fā)生凝集，阻礙部分與多糖或者蛋白質(zhì)相結(jié)合的結(jié)合多酚的傳質(zhì)，從而阻礙多酚的提取[19]。大麥若葉青汁粉中多酚極性與60%乙醇相接近，有利于多酚溶解，從而導(dǎo)致提取得率最大;乙醇濃度過大降低了溶劑體系的極性從而導(dǎo)致大麥若葉多酚的溶解度降低[20]。所以大麥若葉青汁粉多酚得率在60%乙醇體積分?jǐn)?shù)下提取最優(yōu)。

2.1.2 P對得率的影響

由圖2，在功率70W時，大麥若葉青汁粉多酚達(dá)到最大，而后隨功率增加顯著降低。推測當(dāng)功率超過70W時，多酚結(jié)構(gòu)會被破壞，從而導(dǎo)致其得率降低[18]。所以超聲功率70W使得大麥若葉青汁粉總多酚得率最優(yōu)。

2.1.3 T對大麥若葉青汁粉多酚得率的影響

由圖3可知，大麥若葉青汁粉總多酚得率在超聲30min時最大;提取時間大于30min時，大麥若葉青汁粉總多酚得率顯著下降。推測為超聲時間過短，導(dǎo)致大麥若葉青汁粉中多酚物質(zhì)沒有完全溶解到乙醇溶液中;而過長超聲時間可能會造成多酚物質(zhì)被氧化破壞[21];或者溶液中其他物質(zhì)析出，與多酚競爭溶劑或干擾檢測，降低了大麥若葉青汁粉總多酚得率;另一方面多酚結(jié)構(gòu)在長時間的超聲剪切作用下遭到破壞而使提取率降低[22]。所以選擇超聲時間在30min左右。

2.1.4 液料比對大麥若葉青汁粉多酚得率的影響

由圖2，可知當(dāng)液料比為10：1～20：1時，大麥若葉青汁粉中總多酚得率增加顯著;當(dāng)液料比大于20：1時，其提取率變化不再顯著，故液料比不作為響應(yīng)面優(yōu)化的因素。為節(jié)約試劑以及應(yīng)用時企業(yè)降低成本，本文選擇液料比20：1。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化提取條件結(jié)果分析

2.2.1 Box-Behnken試驗設(shè)計及結(jié)果

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，設(shè)定因素代碼A為乙醇百分含量（EtOH%）、B為超聲功率（P）、C為超聲時間（T）以及選取三個水平（-1、0、1），根據(jù)Box-Benhnken設(shè)計得到17組實驗方案，并據(jù)此進(jìn)行提取分析，相關(guān)數(shù)據(jù)如表3。

2.2.2 模型的建立和方差分析

經(jīng)表4數(shù)據(jù)多元回歸分析，得到大麥若葉青汁粉中總多酚提取率（Y）與各因素EtOH%（A）、P（B）、T（C）之間回歸方程為Y=-211.709+2.775A+3.322B +1.403C+0.00707AB+0.00173AC–0.00187BC– 0.0274A2–0.0261B2–0.0218C2;模型的回歸系數(shù)R2=0.9807，擬合性良好，可用來分析和預(yù)測大麥若葉青汁粉多酚的提取條件。而信噪比（Adeq precisior）為15.154>>4，說明模型預(yù)測值和實際值擬合，模型適合指導(dǎo)工藝優(yōu)化。C、A2、B2、C2以及AB對青汁粉多酚得率影響見表4（*以及**分別表示因素對青汁粉提取率影響顯著和極顯著）。由F檢驗得，各因素影響大小順序為：C（T）>B（P）>A（EtOH%）。

2.2.3 各因素間交互作用分析

圖5為各因素交互作用對大麥若葉青汁粉多酚得率影響的響應(yīng)面圖和等高線圖。響應(yīng)曲面坡度越緩，說明因素對青汁粉提取得率的影響越低，反之越高;因素間交互作用越弱則等高線越近似圓形[23]。EtOH%和P因素間交互作用顯著，可直觀地由圖5（a）反映出。

2.3 響應(yīng)面最優(yōu)條件優(yōu)化、預(yù)測和驗證

模型預(yù)測大麥若葉青汁粉總多酚的最佳提取方案為：T=31.57min，P=70.62W，EtOH=60.67%，而大麥若葉青汁粉多酚提取得率預(yù)測為11.92mg/g，為驗證響應(yīng)面預(yù)測值的可靠性，將上述得到的最優(yōu)實驗數(shù)據(jù)組進(jìn)行實驗驗證，為了操作的便捷，把實驗參數(shù)調(diào)整為超聲32min，功率70W，乙醇濃度61%，液料比為20：1，實際測得大麥若葉青汁粉總多酚得率為12.04mg/g，將實驗所得值與預(yù)測值進(jìn)行單因素T檢驗，見表4。分析得出t為0.85，雙側(cè)Sig.值為0.49>0.05，兩組數(shù)據(jù)之間不存在顯著差異，說明響應(yīng)面可以很好地預(yù)測大麥若葉青汁粉中總多酚得率。

3 結(jié)論

本選采用超聲輔助提取大麥若葉青汁粉中總多酚，用RSM法預(yù)測大麥若葉青汁粉多酚提取的最佳工藝條件，通過實驗驗證最佳工藝條件下大麥若葉青汁粉的多酚得率，結(jié)果表明，大麥若葉青汁粉最優(yōu)提取方案為選用乙醇61%，料液比20：1mL/g，在70W超聲功率下超聲32min，實際測得大麥若葉青汁粉總多酚為12.04mg/g，和預(yù)測值11.92之間無顯著差異。運用響應(yīng)面法可有效地優(yōu)化超聲提取大麥若葉青汁粉總多酚，為大麥若葉青汁粉中多酚物質(zhì)的利用提供了可靠的理論依據(jù)。

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