萌发糙米中多酚物质超声提取工艺的优化*

孙兆远，侯会绒

(江苏食品职业技术学院，江苏淮安，223003)

萌发糙米中多酚物质超声提取工艺的优化*

孙兆远，侯会绒

(江苏食品职业技术学院，江苏淮安，223003)

以 萌发糙米为原料提取多酚类化合物，探讨超声作用时间、乙醇浓度、料液比等因素对总酚得率的影响。应用Box-Behnken中心组合实验和响应面分析法，最终确定萌发糙米中多酚类物质提取适宜条件为超声作用时间11.08 min、乙醇体积分数80%、料液比(g∶mL)为1∶17.62，此条件下多酚提取得率为60.13 μg/g。

萌 发糙米，多酚，超声提取，响应曲面

多酚类物质是广泛存在于自然界中的一类酚羟基结构的化合物，主要包括类黄酮、酚酸、单宁等物质［1］，具有很强的抗氧化性和抗自由基能力［2］，能阻碍氧化物破坏脂类和低密度脂蛋白［3］、抑制血小板凝聚［4］、降低冠心病和癌症的几率［5］，还具有延缓组织和延缓人体衰老等功效，是很好的抗氧化物质［6］。蔬菜和水果是人类主要的酚类物质来源，然而更多的研究表明，谷类食品消费是增加酚类物质来源的一种方式［7］。谷物食品含有独一无二的酚类也是重要的酚类物质来源［8］，特别是在亚洲。但是组分来自谷物中的酚类物质往往与糠层相连，在加工的过程中大都留在了米糠之中。

萌发糙米作为一种新的食品受到了广泛关注。稻谷萌发过程中，淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶被激活，糙米质构有所改善且营养物质变得容易消化和吸收［9］。同时苯丙烷代谢增强，多酚类物质含量增多，抗氧化能力增强［6］，具有很高的开发价值。本研究以萌发糙米为原料提取多酚类化合物，以多酚得率为指标，探讨乙醇浓度、料液比、提取时间、温度等因素对多酚提取得率的影响，并进行了响应面分析，经过优选综合得出提取多酚的最佳提取方案。

1 材料与仪器

1.1 实验材料

苏北大米，由淮安市清浦区苏鑫米厂提供;萌发糙米，自制;Folin-Ciocalteu试剂、阿魏酸，Sigma公司;其他试剂均为国产分析纯。

1.2 实验仪器

HP250GS-C型智能人工气候箱，武汉瑞华;WF180万能粉碎机，上海光学仪器厂;RE-2000A旋转蒸发器，上海亚荣;SHA-C恒温水浴振荡器，上海医疗器械厂;TDL-40C低速大容量离心机，上海安亭;TU-1900紫外可见分光光度计，北京普析;JA1003A电子精密天平，上海伦捷;JY92–DN超声波细胞粉碎机，宁波新芝。

2 实验方法

2.1 样品处理

糙米萌发条件:清洗干净的400 g糙米在2 000 mL水中32℃条件下浸泡21 h，选取芽长1 mm的萌发糙米作为试样。将萌发糙米低温冻干，用万能粉碎机粉碎，40目的筛子过筛后于－20°C条件下储存至分析。

2.2 多酚类物质的提取

准确称取一定质量磨碎萌发糙米样品5.0 g，己烷(4×50 mL，30 min每次)脱脂，抽滤后放于烘箱中烘干。用100 mL一定浓度乙醇溶液浸泡并放于超声细胞粉碎机中超声处理，离心后取上清液，重复3次。混合上清液真空浓缩，HCl调整pH值为2～3后，用乙酸乙酯萃取。乙酸乙酯提取液用Na2SO4脱水，旋转蒸干后用甲醇溶解并定容至5 mL［10］，之后用Folin-Ciocalteu法测定提取得率。

2.3 多酚含量的测定

2.3.1 标准曲线的绘制

分别吸取 0、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00 mL 1.0 mg/mL阿魏酸标准溶液于50 mL比色管中，加入2 mL 20%Folin-Ciocalteu试剂，混匀后静置5 min再加入5 mL 7.5%Na2CO3溶液混匀，用去离子水定容至50 mL，35℃下避光静置30 min，以去离子水做空白，在768nm波长下测定吸光度值，以吸光度值为纵坐标，阿魏酸标准溶液浓度为横坐标，绘制标准曲线(图1)。由图1可知阿魏酸在10～60μg/mL范围内线性回归方程为:y=0.008 09 x+0.000 71，相关系数为0.998 99，结果符合朗伯比尔定律，方程可用于萌发糙米提取液多酚定量测定。

图1 阿魏酸标准曲线

2.3.2 样品测定

吸取1.0 mL萌发糙米提取液置于50 mL比色管中，按照2.3.1方法测定吸光度值，根据标准曲线回归方程计算出萌发糙米中多酚含量。

3 结果与分析

3.1 单因素实验结果

3.1.1 超声作用时间对多酚提取得率的影响

精确称取7份5.0g的磨碎萌发糙米样品，脱脂烘干后，加入100 mL体积分数80%乙醇，分别超声处理 2、4、6、8、10、12、14 min，按照 2.2 方法进行多酚提取并测定，实验结果见表1。

表1 超声作用时间对多酚提取得率的影响

由表1可知，多酚提取得率先随着超声作用时间的延长快速增加，这主要是因为超声波的机械粉碎和空化效应等作用，使物质分子运动的频率和速度增大，溶剂的穿透力增强，使得萌发糙米中多酚类物质溶出速度和溶出数量快速增加［11］。当超声作用时间为10 min时，多酚提取得率出现峰值，并随时间延长而缓慢降低。这是因为超声波产生的热效应使得溶液温度增高，部分不稳定酚类物质分解或转化造成的。因此选择超声作用时间为10 min较好。

3.1.2 乙醇浓度对多酚提取得率的影响

精确称取7份5.0g的磨碎萌发糙米样品，脱脂烘干后，分别加入 100 mL体积分数30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%乙醇，分别超声处理10 min后，按照2.2方法进行多酚提取并测定，结果见表2。

表2 乙醇浓度对多酚提取得率的影响

萌发糙米中的多酚含有多种物质，各类物质的极性不同［12］，因此提取过程中应尽量选择与混合多酚极性最相近的提取溶剂。由表2可知，当乙醇体积分数为30%时有15.12 μg/g的提取率，这主要是水溶性的绿原酸、原儿茶酸等酚酸;随着乙醇浓度的增大极性较小的阿魏酸、咖啡酸等物质也逐步被较高浓度的乙醇溶液提取出来;当乙醇体积分数达到80%时，极性很小的对羟基苯甲酸等酚酸被提取出来;但乙醇体积分数大于80%时，由于溶液极性太小，而部分溶于水的极性酚酸反而析出。因此选择体积分数为80%乙醇溶液做提取剂。

3.1.3 料液比对多酚提取得率的影响

精确称取7份5.0g的磨碎萌发糙米样品，脱脂烘干后，分别加入 50、60、70、80、90、100、110 mL 体积分数80%乙醇(料液比分别为 1∶10、1∶12、1∶14、1∶16、1∶18、1∶20、1∶22)，分别超声处理 10 min 后，按照2.2进行多酚提取并测定，实验结果见表3。

表3 料液比对多酚提取得率的影响

由表3可知，料液比为1∶10时，萌发糙米提取得率较低(仅为15.80 μg/g，这主要是因为萌发糙米中淀粉含量很高，超声处理产生的热量使得淀粉部分糊化，溶液黏度增加，离心时不能彻底分层，即使过滤也不能将所有酚类物质从黏稠的溶液中分离出来。随着料液比的不断增加，酚酸在萌发糙米与溶剂中的浓度差增大，提取得率不断增大，当达到1∶18时出现峰值。当料液比大于1∶18时多酚提取得率出现缓慢降低，这可能是因为乙醇添加量增加，加热浓缩时间延长，致使某些不稳定酚酸发生分解。从提取得率和能耗等成本多方面考虑应选定料液比为1∶18。

3.2 响应面分析方案及结果

在前期单因素实验的基础上，根据Box-Benhnken的中心组合设计原理，以超声作用时间、乙醇浓度、料液比3个因素为自变量，多酚提取得率为响应值，设计了三因素三水平共15个实验点的响应面分析实验，其中12个为析因实验，最后3个为中心实验。其因素水平分析选取见表4，实验方案与结果见表5。

表4 Box-Benhnken实验设计因素水平编码表

表5 Box-Benhnken实验设计方案与结果

3.3 回归方程结果与分析

采用sas8.01 system for windows软件RSREG命令对Box-Benhnken实验结果(表5)进行回归分析(结果见表6、表7)，并建立二次响应面回归方程。

从该模型的方差分析(表6)可知，回归方程一次项、二次项和总和F值均极显著(P值＜0.01)，失拟项F值显著(P＜0.05)，方程总决定系数 R2=0.956 8，表明此模型拟合程度良好。由决定系数可知，一次项、二次项决定系数均大于交互项决定系数，说明响应面分析所选用的这3个因素的交互效应较小。

根据表7中一次项参数估计可知，三因素对多酚提取得率影响到次序为时间＞料液比＞浓度，且时间、浓度对提取得率是正效应，而料液比是负效应。

表6 方差分析表

3.4 响应面分析及提取工艺优化

为了观察三因素协同作用对萌发糙米多酚提取得率的影响，对二次回归方程进行降维分析。固定其中一个变量中“0”水平，用SAS软件，根据回归方程作响应面图。

3.4.1 超声时间与乙醇浓度协同作用分析

固定料液比为1∶18，绘制超声时间与乙醇浓度对提取得率影响的相应曲面图，结果见图2、图3。

由图2、图3可知，随着时间的延长，提取得率先减小后增大;随着浓度的增大，提取得率先减小后增大;由三维图片可知，图3中图形向上凸，说明超声时间与乙醇浓度的协同作用明显，即乙醇浓度的增加促进了超声时间对提取得率的影响。

3.4.2 超声时间与料液比协同作用分析

固定乙醇体积分数为80%，绘制超声时间与料液比对提取得率影响的相应曲面图，结果见图4、图5。

由图4、图5可知，随着时间的延长，提取得率先减小后增大;随着料液比的增大，提取得率先减小后增大;由三维图片可知，图5中图形向上凸，说明超声时间与料液比的协同作用明显，即料液比的增加促进了超声时间对提取得率的影响。

表7 回归方程二次回归方程参数

图2 时间与浓度对提取得率影响的等高线

图3 时间与浓度对提取得率影响的三维立体图

图4 时间与料液比对提取得率影响的等高线

3.4.3 乙醇浓度与料液比协同作用分析

固定超声时间为10 min，绘制乙醇浓度与料液比对提取得率影响的相应曲面图，结果见图6、图7。

由图6、图7可知，随着乙醇浓度的增加，提取得率先减小后增大;随着料液比的增大，提取得率先减小后增大;由三维图片可知，图7中图形向上凸，说明乙醇浓度与料液比的协同作用明显，即料液比的增加促进了乙醇浓度对提取得率的影响。

图5 时间与浓度对提取得率影响的三维立体图

图6 浓度与料液比对提取得率影响的等高线

图7 浓度与料液比对提取得率影响的三维立体图

3.4.4 最佳提取工艺条件的确定

由SAS软件拟合二次回归模型得出最优条件和最优值，结果见表8。

表8 提取条件、最优结果及验证试验结果

分析方程模拟最优值(表8)可知，当提取得率最大 时，x1、x2、x3的 最 优 编 码 值 为 0.538 799、－0.032 833、－0.190 204，经编码换算后可知，预计最佳提取条件为:超声作用时间11.08 min、乙醇体积分数80%、料液比为1∶17.62，预计最大提取得率为61.284 16 μg/g。

为验证方程与实际情况的吻合程度，进行最佳提取条件验证实验，验证实验结果60.13 μg/g，与模拟结果基本符合。因此确定最佳提取条件为超声作用时间 11.08 min、乙醇体积分数 80%、料液比为1∶17.62，此条件下多酚提取得率分别为60.13 μg/g。

4 结论

通过响应面法，优化萌发糙米多酚提取参数(超声作用时间、乙醇浓度、料液比)，最终确定萌发糙米中多酚类物质提取最佳条件为超声作用时间11.08 min、乙醇体积分数80%、料液比为1:17.62，此条件下多酚提取得率分别为60.13 μg/g。

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Optimization of Ultrasonic Extraction of Polyphenol in Pre-germinated Brown Rice by Response Surface Analysis

Sun Zhao-yuan，Hou Hui-rong
(Jiangsu Food Science College，Huaian 223003，China)

Studies were made on extracting polyphenol from pre-germinated brown rice.The effects of ultrasonic extraction time，ethanol concentration and proportion of material and solution on yield were discussed.Box-Behnken center-united experiment design and response surface methodology were used to optimize the extraction technology of polyphenol of pre-germinated brown rice.The optimal conditions of extraction were concluded as follows:ultrasonic extraction time 11.08min，ethanol concentration 80%，proportion of material and solution 1∶17.62.the actual detection value of polyphenol extraction rate was 60.13 μg/g，that is almost equal to the predictable value.

pre-germinated brown rice，polyphenol，ultrasonic extraction，response surface analysis

硕士，讲师。

*淮安市2008年度科技支撑计划(工业)项目(HAG08056)

2010－08－10，改回日期:2010－10－28