表面活性剂强化微波提取玉米须总黄酮及其稳定性研究

季晓晖

（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西汉中723000）

表面活性剂强化微波提取玉米须总黄酮及其稳定性研究

季晓晖

（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西汉中723000）

以玉米须为原料，采用表面活性剂T-ween80强化微波提取玉米须总黄酮。在单因素试验研究的基础上，通过正交试验优化了提取工艺条件。得到的最佳微波提取工艺条件为：Tween-80体积分数0.5%，料液比1∶20 g/mL，微波功率400 W，微波时间9 min，微波温度50℃，此条件下玉米须总黄酮提取率达6.798%。稳定性试验结果表明：玉米须总黄酮提取液在弱酸至弱碱条件下稳定性较好，高温环境不利于总黄酮提取液的保存及使用，各种常用饲料添加剂对玉米须总黄酮提取液稳定性影响较小。

玉米须；总黄酮；提取；稳定性

［Abstract］The extraction technology of total flavonoids from corn silk were enhanced by the surfactant through microwave.The extraction technologies were optimized through orthogonal test based on single factor experiments.The results showed that the optimum conditions were Tween-80 volume fraction of 0.5%，microwave time of 9min，microwave temperature of 50℃，microwave power of 400 W，ratio of solid to solvent of 1∶20（g/mL），the extraction rate of total flavonoids was 6.798%under optimal extraction conditions.The stability of total flavonoids study results showed that the extracted liquid in the weakly acidic to alkaline conditions was good，high temperature environment wasn't conducive to the total flavonoids extraction liquid preservation and use，and the commonly used feed additives had weak effect on the stability of the extraction of total flavonoids from corn silk.

［Key words］corn silk；total flavonoids；extraction；stability

研究表明，玉米须中含有多种生物活性成分，如黄酮类、多糖类、生物碱、有机酸等。其中黄酮类化合物具有抗氧化、清除自由基、抗肿瘤、抗菌、抗病毒、保肝护肝等多种生物活性，在促进动物生长、提高生产性能及改善繁殖能力等方面具有显著作用（刘璐等，2014；占今舜等，2014；王在贵等，2010）。利用废弃的玉米须提取黄酮类化合物，有助于提高玉米的经济效益。本试验借助表面活性剂的吸附、润湿、分散、增溶等作用来强化微波提取玉米须总黄酮，改变总黄酮在水中的溶解度，提高提取率，并能减少提取成本（韩伟等，2014）。在单因素试验基础上，通过正交试验优化了玉米须总黄酮的提取工艺，并对玉米须总黄酮提取液的稳定性进行研究，旨在为玉米须资源在饲料中的合理利用提供理论依据。

1　材料与方法

1.1材料与仪器玉米须采自汉中农村，清洗除杂后干燥粉碎，过60目筛，于阴凉干燥处放置备用；芦丁 （中国药品生物制品检验所，纯度≥98%）；乙醇、Tween-80、维生素C、维生素E、柠檬酸钠、氯化钠、碳酸氢钠、谷氨酸钠、L-赖氨酸等均为分析纯。

TU-1810紫外-可见分光光度计：北京普析通用仪器有限公司；SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵：巩义市予华仪器有限公司；GR-200电子天平：日本AND；电热鼓风干燥箱 101型：北京科伟永兴仪器有限公司；DHG-9075A型电热鼓风干燥箱：上海一恒科技有限公司；WF-2000微波快速反应系统：上海屹尧分析仪器有限公司；80-1型离心机：江苏金坛正基仪器有限公司；FW117中草药粉碎机：天津泰斯特仪器有限公司；pHS-3TC （0.01级）精密酸度计：上海天达仪器有限公司。

1.2试验方法

1.2.1芦丁标准曲线的绘制采用 NaNO2-Al （NO3）3比色法测定玉米须中总黄酮含量（刘军海等，2015）。精密称取0.0100 g于100℃烘干至恒重的芦丁标准品，移入100 mL容量瓶中，用体积分数为60%的乙醇溶解定容，配制浓度为0.2 mg/mL的芦丁标准液；再将配好的0.2 mg/mL的芦丁标准液分别吸取0、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10 mL移入7个25 mL容量瓶中，先加入0.3 mL质量分数为5%的NaNO2，摇匀，静置6 min，再加入0.3 mL质量分数为10%的Al（NO3）3静置6 min，待溶液充分络合，颜色不再变化后加入4 mL质量分数为4%的NaOH，最后用体积分数为60%的乙醇定容至刻度线，在510 nm处测定吸光度，分别以芦丁标准溶液浓度及测定的吸光度为横纵坐标绘制标准曲线，如图1所示，得到的回归方程为：

y=0.57273x+0.01413，R2=0.99636；

式中：y表示吸光度值；x表示芦丁标准溶液浓度，mg/mL。

图1　芦丁溶液标准曲线

1.2.2玉米须总黄酮的提取及提取率的计算将备用的玉米须粉末和乙醇水溶液按照一定的料液比配制好后移入微波反应系统，设定微波功率、微波时间、微波温度进行微波提取，提取后所得的混合液经过抽滤、离心得到上清液，按照1.2.1的方法测定吸光度，分别计算玉米须中黄酮的提取率。

式中：V为测定液的体积，mL；Q为稀释总倍数；y为待测液吸光度。

1.3正交试验设计在单因素试验的基础上，选择Tween-80体积分数（A）、料液比（B）、微波功率（C）、微波温度（D）、微波时间（E）为影响因素，选择合适的水平范围，以提取率为指标，选择L16（45）进行正交试验，正交试验设计见表1。

表1　L16（45）正交试验设计因素与水平

1.4玉米须总黄酮提取液稳定性试验按照1.2.1的方法测定玉米须总黄酮提取液在不同pH、温度及常用饲料添加剂条件下的吸光度，根据吸光度变化情况评价黄酮提取液稳定性。

2　结果与分析

2.1Tween-80体积分数对玉米须总黄酮提取率的影响试验过程中设定微波功率300 W，微波温度50℃，料液比1∶20 g/mL，微波时间6 min，探讨Tween-80体积分数分别为0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%时对玉米须总黄酮提取率的影响，结果如图2所示。

图2　Tween-80体积分数对玉米须总黄酮提取率的影响

表面活性剂Tween-80作为液体饲料添加剂的乳化剂可安全放心使用 （邓卫东等，2005）。Tween-80具有双亲结构，在玉米须总黄酮提取过程中可以有效降低玉米须颗粒与溶剂水之间的界面张力，加速了蒸馏水向玉米须颗粒内部的扩散，同时表面活性剂在水溶液中形成的胶束会不断地增溶提取出来的总黄酮（胡楠等，2009）。由图2可知，随着Tween-80体积分数的增加，玉米须总黄酮的提取率不断增大，当Tween-80的体积分数为0.5%时，提取率最大，之后随着Tween-80体积分数的增大，提取率不增反减。表面活性剂体积分数增大的同时也会导致体系的黏度增大，同时其增溶作用也会使其他杂质不断溶出，提取液品质较差，因此Tween-80体积分数不宜过大，0.5%较合适，选择0.1%～0.7%为正交优化试验水平范围。

2.2料液比对玉米须总黄酮提取率的影响试验过程中设定微波功率300 W，微波温度50℃，微波时间6 min，Tween-80体积分数0.5%，探讨料液比分别为1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30 g/mL时对玉米须总黄酮提取率的影响，结果如图3所示。

图3　料液比对玉米须总黄酮提取率的影响

由图3可知，玉米须总黄酮提取率在1∶10～1∶30 g/mL料液比范围内先增大后减小。主要分为两个阶段，料液比为1∶10～1∶20 g/mL时，提取率随着料液比的增大而不断增大，料液比为1∶20 g/mL时料液比最大，随后随着料液比的增大，总黄酮提取率略微减小。料液比小一方面限制了传质速率，另一方面也没有给总黄酮足够的溶出空间，因此提取率低；随着料液比的增大传质速率增大，玉米须中大部分黄酮都能溶出，因此提取率不断增大，料液比过大不仅不会增大提取率，而且还增大了提取成本，因此确定1∶20 g/mL为较佳料液比，选择1∶10～1∶25为正交优化试验水平范围。

2.3微波功率对玉米须总黄酮提取率的影响试验过程中设定料液比1∶20 g/mL，微波温度50℃，微波时间6 min，Tween-80体积分数0.5%，探讨微波功率分别为200、300、400、500、600 W时对玉米须总黄酮提取率的影响，结果如图4所示。

图4　微波功率对玉米须总黄酮提取率的影响

由图4可以看出，玉米须总黄酮提取率随微波功率的增大先增大后减小，这是由于微波辐射过程中具有一定的破壁作用，微波功率过小，在提取过程中，总黄酮的溶出速率较慢，所以提取率较低；微波功率较大虽然在提取初期有利于总黄酮的溶出，但是随着提取时间的延长，其他大分子也会快速溶出。同时微波的局部热效应使得部分黄酮结构遭到破坏，也会使玉米须颗粒内部局部固化，阻碍总黄酮的溶出，因此提取率下降。综上，选择400 W的微波功率有利于玉米须总黄酮的提取，选择200～500 W为正交优化试验的水平范围。

2.4微波温度对玉米须总黄酮提取率的影响试验过程中设定料液比1∶20 g/mL，微波功率400W，微波时间10 min，Tween-80体积分数0.5%，探讨微波温度分别为40、45、50、55、60℃时对玉米须总黄酮提取率的影响，结果如图5所示。

图5　微波温度对玉米须总黄酮提取率的影响

微波辐射产生的热效应通过温度来反映，微波提取玉米须总黄酮过程中将微波能转化为热能进行快速加热，这种热效应会穿透玉米须颗粒细胞壁进入分子内部，加快黄酮分子的热运动，随着微波温度的升高，黄酮分子在提取剂中的扩散系数不断增大，玉米须内部更多的黄酮溶出，提取率增大，微波温度为55℃时提取率最大，过高的微波温度则易造成局部热量聚集，导致一部分提取到的黄酮发生分解或氧化聚合，因此提取率下降。故选择55℃为较佳微波温度，45～60℃为正交优化试验的水平范围。

2.5微波时间对玉米须总黄酮提取率的影响试验过程中设定料液比1∶20 g/mL，微波功率400 W，微波温度50℃，Tween-80体积分数0.5%，探讨微波时间分别为3、6、9、12、15 min时对玉米须总黄酮提取率的影响，结果如图6所示。

图6　微波时间对玉米须总黄酮提取率的影响

充足的微波时间为微波在玉米须颗粒内部均匀加热提供了保障，使其达到活化状态，增强玉米须分子内部的有效碰撞，促进总黄酮的扩散及溶出。微波时间短，不能将玉米须颗粒中的总黄酮完全提取，微波时间过长又容易导致总黄酮分解，因此选择适宜的微波时间对玉米须总黄酮的提取至关重要。由图6可知，在3～9 min，玉米须总黄酮提取率随微波时间的延长不断增大，9 min时对应的提取率最大，微波时间再延长提取率减小，综合提取率及能耗，选择9 min为较佳微波时间，3～12 min为正交试验优化水平范围。

2.6正交试验结果及分析按照1.3的试验设计进行L16（45）正交优化试验，结果如表2所示。

表2　正交试验结果

正交试验中各因素所对应的极差（R）值越大表明在提取过程中对玉米须总黄酮提取率的影响越大。由表2可知，各因素对玉米须总黄酮提取率的影响顺序为：Tween-80体积分数＞微波功率＞微波温度＞微波时间＞料液比。通过正交试验结果中各因素所对应的均值K可以选出最优组合为A3B3C3D2E3，即Tween-80体积分数0.5%，料液比1∶20 g/mL，微波功率400 W，微波温度50℃，微波时间9 min。由于正交试验中没有此组合，因此要对其进行验证。在此条件下进行三次平行试验，所得提取率分别为6.786%、6.793%、6.814%，效果优于其他组合的提取率，故取其平均值6.798%为正交优化条件下玉米须总黄酮的最终提取率。

3　玉米须总黄酮提取液的稳定性试验

3.1pH对玉米须总黄酮提取液稳定性的影响用质量分数为5%的氢氧化钠、0.1 mol/L的盐酸调节提取液的pH，分别为2、4、6、7、8、10，以未调节pH的为对照组，研究不同pH对玉米须总黄酮提取液稳定性的影响，结果如表3所示。

由表3可以看出，pH为6时，提取液吸光度与对照组吸光度基本一致，说明玉米须黄酮提取液在中性偏酸条件下较为稳定。在碱性和酸性条件下，提取液吸光度均有所减小，说明提取液在碱性和酸性条件下稳定性较差。

3.2温度对玉米须总黄酮提取液稳定性的影响将黄酮提取液分别在30、40、50、60、70、80℃保存12 h和24 h，以保存前的为对照组，研究不同温度对玉米须总黄酮提取液稳定性的影响，结果如表4所示。

由表4可以看出，随着温度的升高，玉米须总黄酮提取液的吸光度下降，温度高于60℃时，吸光度迅速下降。说明提取液在温度高于60℃时，结构易破坏，稳定性较差，且时间越长越不稳定。这与2.4中结果一致。说明玉米须总黄酮提取液不宜在高温下使用和保存。

表4　温度对玉米须总黄酮提取液稳定性的影响

3.3饲料添加剂的影响将维生素C、维生素E、柠檬酸钠、氯化钠、碳酸氢钠、谷氨酸钠、L-赖氨酸等饲料添加剂分别按照质量分数0.01%的比例加入等量的总黄酮提取液中，研究不同饲料添加剂对玉米须总黄酮提取液稳定性的影响，结果如表5所示。

表5　饲料添加剂对玉米须总黄酮提取液稳定性的影响

由表5可以看出，饲料添加剂对玉米须黄酮提取液稳定性的影响不大。碳酸氢钠、谷氨酸钠等弱碱性物质，以及弱酸性物质维生素C对玉米须黄酮提取液的稳定性有一定影响，但影响很小。其余维生素E、氯化钠、L-赖氨酸等饲料添加剂对提取液基本没有影响。因此，玉米须总黄酮提取液可用于饲料加工中。

4　结论

4.1表面活性剂 Tween-80能强化玉米须总黄酮的微波提取效果，与传统工艺相比，具有提取成本低、快速、高效、环保等特点。在单因素试验的基础上通过正交试验优化得到的微波提取玉米须总黄酮的最佳工艺参数为：Tween-80体积分数0.5%，料液比1∶20 g/mL，微波功率400 W，微波温度50℃，微波时间9 min，玉米须总黄酮提取率高达6.798%。

4.2玉米须总黄酮提取液在弱酸至弱碱条件下稳定性较好，高温容易破坏提取液中总黄酮结构；各种常用饲料添加剂对玉米须总黄酮提取液稳定性几乎没有影响。

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S816.7

A

1004-3314（2016）11-0014-05

10.15906/j.cnki.cn11-2975/s.20161104