超声波辅助提取黑米中抗氧化物质

张志辉，于国萍

(东北农业大学，黑龙江哈尔滨150030)

超声波辅助提取黑米中抗氧化物质

张志辉，于国萍*

(东北农业大学，黑龙江哈尔滨150030)

在乙醇提取的基础上，用超声波辅助提取黑米中的抗氧化物质。以花色苷含量、DPPH自由基清除率、总抗氧化能力(TAC)为指标进行单因素实验对条件优化。通过三个不同方面的指标来反映提取的效果。实验结果表明:超声波作用下缩短了提取时间。最佳的单因素指标为:超声功率280W、提取时间20min、乙醇浓度70%、液固比(mL/mg)20∶1、提取温度50℃，此时的花色苷含量为12.56mg/g，DPPH自由基清除率为54.41%，TAC为52.38u/mL。

超声波辅助提取，黑米，花色苷

黑米为特种水稻的一种，因其营养丰富并且具有一定的生理保健作用而备受人们青睐。黑米的保健作用与黑米中所含有的花色苷有关［1］，黑米中含有的花色苷以矢车菊素-3-葡萄糖苷为主［2］。花色苷类化合物除了赋予植物丰富的色彩外，还具有抗氧化［3］、抗疲劳［4］、抗炎［5-7］、调节血脂［8］及抑制肿瘤等多种功能。因此对黑米花色苷的研究具有十分重要的意义。目前，关于黑米花色苷的提取和测定方法已有报道，但指标较单一，本工作拟利用超声波辅助提取黑米花色苷，应用花色苷含量、DPPH自由基清除率、总抗氧化能力(TAC)为指标从三个不同的方面来综合分析提取的效果，优化提取黑米花色苷的最优参数，为黑米花色苷的开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

黑米 市售;所有其余试剂 均为分析纯。

紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司;离心机 北京医用离心机厂;电子天平北京赛多利斯仪器系统有限公司;pH计 梅特勒-托利多仪器有限公司;KQ-400KDE型高功率数控超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司;真空干燥箱 上海一恒科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 超声波辅助提取黑米花色苷的工艺流程 黑米→粉碎过80目筛→称重→一定浓度乙醇提取(超声波辅助)→离心→取滤液稀释适当倍数检测不同指标

1.2.2 单因素实验 称取粉碎过筛后的黑米5g加入三角瓶中，根据不同的料液比加入浸提剂，按照不同的条件(超声波功率、超声时间、浸提剂的体积分数、料液比、温度)进行超声波提取，提取后离心，取上清液进行测定，研究不同条件对黑米花色苷含量、DPPH自由基清除率、TAC值的影响。

1.2.3 测定方法

1.2.3.1 黑米花色苷含量的测定 pH示差法［9］：分别在pH为1.0和4.5处测定其吸光值，分别用pH为1.0的氯化钾缓冲液和pH为4.5的醋酸钠缓冲液将粗提物稀释适当倍数，稀释后分别在室温下静置50、80min，在518、700nm处测定其吸光值。

其中，矢车菊花素-3-葡萄糖苷在pH1的缓冲溶液中 MW 为 449.2，DF为稀释倍数 20，ε为26.900L/(mol·cm)。

1.2.3.2 黑米花色苷清除 DPPH自由基活性的测定［10］取25.6mg DPPH配制成浓度为6.5×10-5moL/L的DPPH溶液。取0.1mL试样溶液和3.9mL DPPH乙醇溶液混合，反应30min后在517nm处测定吸光值。

其中，A0为DPPH与试样溶剂混合;Ai为DPPH与试样混合;Aj为DPPH溶剂与试样混合。

1.2.3.3 黑米花色苷总抗氧化能力的测定［11］取0.1mL样液，按试剂盒说明书的测定方法进行测定。定义在37℃时，1mL/min样液使反应体系的吸光度值增加0.01为1个TAC单位(u)，即u/mL。

2 结果与讨论

2.1 单因素实验及结果

2.1.1 超声功率对黑米花色苷提取的影响 乙醇浓度70%，液固比为30∶1，提取温度为50℃，提取时间为30min，超声功率分别为160、200、240、280、320、360W测定黑米花色苷的含量、DPPH自由基清除率、TAC值，结果见图1～图2。

图1 超声功率对黑米花色苷含量的影响

图2 超声功率对DPPH自由基清除率和TAC的影响

由图2可以看出，超声功率对花色苷含量有较大影响，随着超声功率的增加，超声波产生的水合与渗透作用增加，加速了花色苷的提取，超声功率在280W时的提取效果最好，当超声功率大于280W时，花色苷含量下降，这是由于超声波产生的剧烈振动又导致了部分花色苷降解。DPPH自由基清除率和TAC与花色苷含量曲线图的趋势一致，这从氧化的角度证明了在280W时，提取液中花色苷的总抗氧化能力最强、清除自由基的能力最高。因此，超声功率选280W为最佳。

2.1.2 超声时间对黑米花色苷提取的影响 超声功率280W、乙醇浓度70%，液固比为30∶1，提取温度为50℃，提取时间分别为 10、20、30、40、50、60、70、80min，测定黑米花色苷的含量、DPPH自由基清除率、TAC值，结果见图3～图4。

图3 超声提取时间对黑米花色苷含量的影响

图4 超声提取时间DPPH自由基清除率和TAC的影响

由图3看出，随着超声时间的增加花色苷含量增加，在达到20min后，花色苷含量的增加趋于平缓，由图4可以看出，提取液中清除自由基能力和总抗氧化能力在数值上有所增加，但是没有显著性差异，花色苷在20min时含量的增加，其中包含一部分花色苷，还包含有一小部分与花色苷结构相似的物质，但这些物质没有太强的抗氧化能力，因此使DPPH自由基清除率和TAC在20min时没有显著性差异。我们选择超声时间20min为最佳。

与张名位［12］采用的传统方法，浸提式提取黑米花色苷花费4h相比较，本方法提取仅需要20min，缩短了提取时间，耗能少，因此采用超声波辅助提取黑米花色苷具有十分重要的意义。

2.1.3 乙醇浓度对黑米花色苷提取的影响 超声功率280W、超声提取时间20min，液固比为30∶1，提取温度为50℃，乙醇浓度分别为40%、50%、60%、70%、80%、90%，测定黑米花色苷的含量、DPPH自由基清除率、TAC值，结果见图5～图6。

图5 乙醇浓度对黑米花色苷含量的影响

图6 乙醇浓度对DPPH自由基清除率和TAC的影响

由图5可以看出，黑米花色苷的含量随着乙醇浓度的增加而增加，在乙醇浓度70%时的花色苷含量是最大的。图6中乙醇浓度在70%有显著性差异，花色苷是由苷元和糖基组成［13］，不同的乙醇浓度具有不同的极性，因此最佳的乙醇浓度选择70%。

2.1.4 液固比对黑米花色苷提取的影响 超声功率280W、超声提取时间20min，乙醇浓度70%，提取温度为50℃，液固比(mL/mg)分别为10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1，测定黑米花色苷的含量、DPPH自由基清除率、TAC值，结果见图7～图8。

图7 液固比对黑米花色苷含量的影响

图8 液固比对DPPH自由基清除率和TAC的影响

由图7～图8可以看出，随着液固比的增加，花色苷含量、DPPH自由基清除率、TAC值都增加，在20∶1时都有显著性差异，液固比的增加必然会在较大程度上增加传质推动力［14］。在50∶1时的DPPH自由基清除率和TAC值都有显著性差异，但考虑到经济因素及后续处理的难度，因此液固比选在20∶1最佳。

2.1.5 提取温度对黑米花色苷提取的影响 超声功率280W、超声提取时间20min，乙醇浓度70%，液固比为20∶1，提取温度分别为30、40、50、60、70℃，测定黑米花色苷的含量、DPPH自由基清除率、TAC值，结果见图9～图10。

图9 提取温度对黑米花色苷含量的影响

由图9～图10可以看出，随着温度的增加花色苷含量、DPPH自由基清除率、TAC值都随着增加，在50℃时有最大值。超过50℃后，随着温度的增加，花色苷含量、DPPH自由基清除率、TAC的值都显著下降，花色苷的降解速率明显地受到温度的影响［15］。因此温度选50℃为最佳值。

图10 提取温度对DPPH自由基清除率和TAC的影响

3 结论

在超声波辅助提取作用下，对各因素进行了优化，经过综合分析每个因素三个指标的数值得到了最优的单因素指标，为超声功率280W、提取时间20min、乙醇浓度70%、液固比(mL/mg)20∶1、提取温度50℃，此时的花色苷含量为12.56mg/g，DPPH自由基清除率为54.41%，TAC为52.38u/mL。

［1］孙玲，张名位，池建伟，等.黑米的抗氧化性及其与黄酮和种皮色素的关系［J］.营养学报，2000，22(3):246-249.

［2］Xia Xiaodong，Ling Wenhua，Ma Jing，et al.An anthocyaninrich extract from black rice enhances atherosclerotic plaque stabilization in apolipoprotein E-deficient mice［J］.J Nurr，2006，136(8):2220-2225.

［3］李新华，李月文.黑米色素抗氧化能力的研究［J］.粮油加工，2010(6):106-108.

［4］邓文辉，李新生.黑米色素抗疲劳的生化机理及研究展望［J］.食品工业科技，2010，31(6):372-374.

［5］Wang Qing，Xia Min，Liu Chi，et al.Cyanidin-3-O-betaglucoside inhibits iNOS and COX-2 expression by inducing liver X receptor alpha activation in THP-1 macrophages［J］.Life Sciences，2008，83(5，6):176-184.

［6］Xia Min，Ling Wenhua，Zhu Huilian，et al.Anthocyanin attenuatesCD40-mediated endothelialcellactivation and apoptosis by inhibiting CD40-induced MAPK activation［J］. Atherosclerosis，2009，202(1):41-47.

［7］Xia Min，Ling Wenhua，Zhu Huilian，et al.Anthocyanin prevents CD40-activated proinflammatory signaling in endothelial cells by regulating cholesterol distribution［J］.Arteriosclerosis，Thrombosis and Vascular Biology，2007，27(3):519-524.

［8］秦玉，凌文华.黑米花色苷提取物胶囊对高血脂症病人的降血脂作用［J］.食品科学，2008，29(10):540-543.

［9］LeeJungmin，DurstRoesrtW，WrolstadRonaldE. Determination of total monomeric anthocyanins pigment content of fruit juices，beverages，natural colorants，and wines by the pH differential method:collaborative study［J］.Journal of AOAC International，2005，88(5):1269-1278.

［10］彭长连，陈少薇.用清除有机自由基DPPH法评价植物抗氧化能力［J］.生物化学与生物物理进展，2000，27(6): 658-661.

［11］张名位，郭宝江，张瑞芬，等.黑米抗氧化活性成分的分离纯化和结构鉴定［J］.中国农业科学，2006，39(1):153-160.

［12］张名位.黑米抗氧化与降血脂的活性成分及其作用机理［D］.华南师范大学，2003.

［13］孔令瑶，汪云，曹玉华，等.黑米色素的组成与结构分析［J］.食品与生物技术学报，2008，27(2):25-29.

［14］李大婧，宋江峰，刘春泉，等.超声波辅助提取黑豆皮色素工艺优化［J］.农业工程学报，2009，25(2):273-279.

［15］凌文华，郭红辉.植物花色苷［M］.北京:科学出版社，2009:59.

Ultrasound-assisted extraction of antioxidants of black rice

ZHANG Zhi-hui，YU Guo-ping*
(Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China)

Ethanol was used for extracting antioxidants of black rice under ultrasound assistance.Based on the anthocyanin content，DPPH free radical clearance rate，total antioxidant capacity(TAC)，the single factor method was used for the optimization of ultrasonic extraction.The extracted result was reflected by three different aspects indicators.Results showed that:extraction time was reduced by ultrasonic-assisted.The results showed that the optimal extraction conditions were:ultrasonic power 280W，extraction time 20min，70%ethanol concentration，liquid -solid ratio(mL/mg)20∶1，extraction temperature 50℃.Then the anthocyanin content was 12.56mg/g，DPPH free radical clearance rate was 54.41%，TAC was 52.38u/mL.

ultrasonic-assisted extraction;black rice;anthocyanins

TS210.1

A

1002-0306(2011)12-0338-04

2011-08-02 *通讯联系人

张志辉(1986-)，女，硕士研究生，研究方向:农产品精深加工。