燕麦总多酚的微波辅助提取工艺研究

刘仙俊，范向前，史起鹏，*，王雪虎，戚晓阳

（1．太原科技大学化学与生物工程学院，山西太原030021；2．太原理工大学精细化工研究所，山西太原030024）

燕麦总多酚的微波辅助提取工艺研究

刘仙俊1，范向前2，史起鹏1，*，王雪虎1，戚晓阳1

（1．太原科技大学化学与生物工程学院，山西太原030021；2．太原理工大学精细化工研究所，山西太原030024）

以我国裸燕麦为试验材料，微波辅助提取总多酚得率为考察指标，对微波辅助提取工艺方法进行改进，并通过单因素试验和正交试验设计，进一步优化了燕麦总多酚的微波辅助提取工艺。试验结果表明：燕麦总多酚的最佳提取工艺条件为：乙醇浓度70%，微波功率400 W，提取时间30 s，料液比1∶25（g/mL），2级提取。按此工艺进行重复性验证得到燕麦总多酚的平均提取得率为1.667mg/g，试验结果稳定，而且大大缩短了提取时间。

燕麦；总多酚；微波辅助提取；正交试验

燕麦（Avena sativa L.）是禾本科燕麦属草本植物，有裸燕麦和皮燕麦之分，我国的燕麦以裸燕麦为主，山西、甘肃、内蒙、青海等地是我国燕麦的主产地［1］。燕麦具有较高的营养价值，以及降血脂、降血糖、抑制脂质氧化等重要的医用价值［1］。研究燕麦中的生物活性成分，对开发燕麦保健产品具有重要的意义。

研究表明，燕麦作为一种药食同源谷物含有大量的抗氧化活性成分，如植酸、维生素E、甾醇等，而其中最主要的抗氧化成分是多酚类物质，包括简单的酚类如阿魏酸、咖啡酸、香草醛和p-香豆酸，还有黄酮类化合物如榭皮素等［1-2］。大量研究表明多酚类化合物能有效地清除人体内自由基、预防脂质过氧化、抗动脉粥样硬化等［3-9］。

微波辅助提取多酚作为一项新的萃取技术具有快速、高效、节能、防止有效成分的破坏和损失等优点［10-12］，而国内对裸燕麦多酚的微波辅助提取技术研究较少。本文通过单因素试验和正交试验设计对燕麦多酚的微波辅助提取工艺进行了优化，为燕麦多酚的开发利用提供一定的理论基础和工艺参考。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

1.1.1裸燕麦

由山西省农业科学院高寒区作物研究所提供。裸燕麦粒干燥粉碎成末，过40目筛装袋置阴凉处备用。

1.1.2主要试剂

Folin-Ciocalteu试剂：上海喜润化学工业有限公司；没食子酸标准品：美国Sigma公司；无水碳酸钠、无水乙醇：均为分析纯试剂。

1.2主要仪器与设备

WD750B型微波炉：顺德格兰仕电器厂有限公司；UV754N紫外可见分光光度计：上海精密科学仪器有限公司；FA2004电子分析天平：上海舜宇恒平科学仪器有限公司；TDL-5离心机：上海安亭科学仪器厂；贝利粉碎机：济南倍力粉技术工程有限公司；DZC-403型真空干燥箱：天津天宇机电仪器有限公司；HH-2电热恒温水浴锅：北京科伟永兴仪器有限公司。

1.3试验方法

1.3.1燕麦总多酚含量的测定方法

采用Folin-Ciocalteu比色法测定裸燕麦总多酚的含量［12］。

1.3.1.1标准曲线的绘制

精确称量没食子酸标准品25 mg，用蒸馏水溶解后定容于250 mL容量瓶中，得到0.1 mg/mL的标准贮备溶液，分别移取储备溶液0.00、0.25、0.50、0.75、1.00、1.25、1.50 mL置于25 mL容量瓶中，分别加入Folin-Ciocalteu试剂1 mL，摇匀后再分别加入质量分数12%的Na2CO3溶液2 mL，用蒸馏水定容至25 mL，摇匀，于25℃恒温水浴中避光反应2 h后在765 nm波长下测定吸光度，平行3组。以没食子酸标准液浓度为横坐标，以吸光度为纵坐标绘制标准曲线。所得线性回归方程：

式中：x为没食子酸浓度，mg/mL，y为吸光度。

1.3.1.2样品多酚含量的测定

吸取1.00 mL燕麦总多酚提取液于25 mL容量瓶中，分别加入Folin-Ciocalteu试剂1mL及质量分数12%的Na2CO3溶液2 mL并定容至刻度，在25℃恒温水浴中避光反应2 h，于765 nm波长下测定吸光度。根据绘制的标准曲线来计算提取液中的燕麦总多酚含量，进而计算裸燕麦总多酚得率。

燕麦总多酚得率/（以没食子酸计，mg/g）=A1×V1/W

式中：A1为提取液中燕麦总多酚浓度，（mg/mL，根据标准曲线查得）；V1为提取液的体积，mL；W为燕麦粉质量，g。

1.3.2微波提取燕麦总多酚的单因素试验

以裸燕麦总多酚得率作为评价指标，分别对乙醇浓度，微波功率，提取时间以及料液比做单因素试验，以确定各因素对燕麦总多酚微波辅助提取效果的影响和适宜范围，所有处理均设3次重复。

1.3.3微波提取燕麦总多酚的正交试验

在单因素试验的基础上，以乙醇浓度（A），微波功率（B），提取时间（C）以及料液比（D）为影响因素，以燕麦总多酚得率为考察指标，选用L9（34）正交试验设计表，优化提取工艺参数，从中筛选最优的工艺条件和技术参数。因素水平见表1。

表1　正交试验因素水平表L9（34）Table 1Factors and levels of L9（34）orthogonal experiment

2　结果与分析

2.1微波辅助提取燕麦总多酚的单因素试验

2.1.1乙醇浓度对总多酚提取效率的影响

分别准确称取0.4 g裸燕麦粉于5个50 mL的锥形瓶中，按料液比1∶25（g/mL）分别加入体积分数为55%、60%、65%、70%、75%乙醇溶液，然后用保鲜膜封住瓶口，并用针在保鲜膜上扎8个～9个小孔，在560W的微波功率下提取60 s，5 000 r/min离心10 min。残渣按上述条件重复提取1次，合并两次提取离心的上清液，用提取剂定容到25 mL。测定溶液中总多酚含量，计算其得率，结果见图1。

图1　乙醇浓度对燕麦总多酚得率的影响Fig.1Influence of ethanol concentration on yield of oat total polyphenols

从图1中可以看出，随着乙醇体积分数的增加，燕麦总多酚提取得率呈现逐渐增大趋势，乙醇浓度为70%时总多酚得率达到最大，之后又开始减少。主要原因可能是低浓度乙醇可以自由进出细胞，但高浓度乙醇可引起组织中蛋白质变性，从而阻止了多酚类物质的渗出，影响提取效率。因此，可选70%的乙醇溶液作为适宜的提取剂。

2.1.2微波功率对总多酚提取效率的影响

分别准确称取0.4 g裸燕麦粉于6个50 mL的锥形瓶中，按料液比1∶25（g/mL）分别加入体积分数为70%乙醇溶液，然后用保鲜膜封住锥形瓶口，并用针在保鲜膜上扎8个～9个小孔，分别在400、480、560、640、720、800 W的微波功率下提取45 s，5 000 r/min离心10 min。残渣按上述条件重复提取1次，合并两次提取离心的上清液，用提取剂定容到25 mL。测定溶液中总多酚含量，计算其得率，结果见图2。

图2　提取功率对提取的影响Fig.2Influence of microwave power on yield of oat total polyphenols

从图2可以看出，随着微波功率的增大，燕麦总多酚提取率也增加，当微波功率在480 W时达到最大，但功率继续增大时提取率逐渐下降。主要原因推测是在一定时间内微波辐射功率越高，物料升温越快，固液扩散速度越快，使细胞破裂加剧，从而有利于有效成分的浸出。但是，当微波功率增大到一定程度时会造成体系局部温度过高，导致多酚类物质分解。因此，微波功率可将480 W视为最佳的提取功率。

2.1.3提取时间对总多酚提取效率的影响

分别准确称取0.4 g裸燕麦粉于6个50 mL的锥形瓶中，按料液比1∶25（g/mL）分别加入体积分数为70%乙醇溶液，然后用保鲜膜封住锥形瓶口，并用针在保鲜膜上扎8个～9个小孔，在560 W的微波功率下分别提取30、45、60、75、90、105s，5000r/min离心10min。残渣按上述条件重复提取1次，合并两次提取离心的上清液，用提取剂定容到25 mL。测定溶液中总多酚含量，计算其得率，结果见图3。

图3　提取时间对燕麦总多酚得率的影响Fig.3Influence of extraction time on yield of oat total polyphenols

从图3可以看出，随着提取时间的增加，燕麦总多酚的提取率也逐渐增大，在45 s时达到最大提取率，之后随着提取时间的延长，提取率有所下降。主要原因可能是提取时间增大使料液接触时间增加，且经微波处理后燕麦细胞内细胞器被破坏，多酚类物质得以释放和溶出，从而增大了总多酚提取效率，但随着处理时间的进一步延长，微波辐射在破坏细胞结构的同时，也破坏其中有效成分，因而存在最适宜的微波辅助提取时间。因此，可选择45 s为最佳提取时间。

2.1.4料液比对总多酚提取效率的影响

分别按照料液比为1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶40（g/ mL）准确称取相应重量的裸燕麦粉于5个50 mL的锥形瓶中，加入体积分数为65%的乙醇溶液10 mL（提取液的体积保持不变），然后用保鲜膜封住锥形瓶口，并用针在保鲜膜上扎8～9个小孔，在560 W的微波功率下提取60 s，5 000 r/min离心10 min。残渣按上述条件重复提取一次，合并两次提取离心的上清液，用提取剂定容到25 mL。测定溶液中总多酚含量，计算其得率，结果见图4。

图4　料液比对燕麦总多酚得率的影响Fig.4Influence of solid-liquid ratio on yield of oat total polyphenols

从图4可以看出随着料液比的增加，燕麦总多酚的提取效果也在增加。当料液比增加到1∶25（g/mL）时，总多酚的提取得率达到最高，随后又有减小的趋势。因此，1∶25（g/mL）可以作为燕麦总多酚提取的合适料液比。

2.2燕麦总多酚微波辅助提取工艺的正交优化试验

在上述单因素试验的基础上，以燕麦总多酚得率为指标，选用L9（34）正交试验设计对微波辅助提取工艺参数进行优化，考察乙醇浓度、微波功率、提取时间以及料液比对燕麦总多酚得率的影响。正交设计方案及结果见表2，方差分析结果见表3。

由极差分析结果（表2）可知，4个因素对燕麦总酚微波辅助提取效果影响的主次顺序为D＞B＞A＞C，即料液比＞微波功率＞乙醇浓度＞提取时间。正交优化试验所得最佳提取工艺组合为A2B1C1D3，即乙醇浓度70%、微波功率400 W、提取时间30 s、料液比1∶25（g/mL），2级提取。

表2　燕麦总多酚微波辅助提取的正交试验方案及结果Table 2Result of the orthogonal experiment for microwave extraction of oat total polyphenols

表3　正交试验方差分析表Table 3Variance analysis of the orthogonal experiment result

从表3方差分析结果可以看出，料液比对燕麦总多酚得率在α=0.05水平上有显著影响。

2.3最优微波提取工艺验证

为了进一步考察最优工艺的稳定性，将理论上得到的最佳提取工艺条件进行了5次重复验证试验，结果见表4。

经分析，燕麦总多酚提取的平均得率为1.667mg/g，优于正交试验中的所有处理结果，相对标准偏差RSD（Relative Standard Deviation）为0.038%。表明正交优化试验得出的燕麦总多酚最佳微波辅助提取工艺提取率高，且条件稳定可靠。

表4　微波辅助提取总多酚的验证试验Table 4Verification test for microwave extraction of oat total polyphenols

3　结论

本试验在常规醇提多酚的基础上，利用正交试验设计进一步优化了燕麦总多酚的微波辅助提取工艺。得到的最佳提取工艺条件为：乙醇浓度70%、微波功率400 W、提取时间30 s、料液比1∶25（g/mL）、2级提取。按此最佳工艺条件进行了5次重复性验证试验，最终所得的燕麦总多酚平均得率为1.667 mg/g，RSD为0.038%。表明提取率高，提取工艺稳定可靠。

极差分析和方差分析表明，影响燕麦总酚微波辅助提取效果的主次因素顺序为料液比＞微波提取功率＞乙醇浓度＞提取时间。并且料液比在α=0.05水平上对燕麦总多酚得率有显著影响。

利用微波辅助提取燕麦总多酚，结果稳定，提取效率高，成本低，且大大缩短了提取时间，为进一步开发利用燕麦多酚打下基础。

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Study on Microwave-assisted Extraction of Total Polyphenols from Oat

LIU Xian-jun1，FAN Xiang-qian2，SHI Qi-peng1，*，WANG Xue-hu1，QI Xiao-yang1
（1.College of Chemical and Biological Engineering，Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan 030021，Shanxi，China；2.Institute of Special Chemicals，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，Shanxi，China）

The naked oats was used as experimental materials to extract polyphenols by microwave-assisted technology，and content of total polyphenols had been measured by Folin-Ciocalteu mothod.Microwave extration process had been improved，and further optimize the microwave-assisted extraction conditions of polyphenols from oat by single factor and orthogonal experiment design.Results showed that the optimal conditions：ethanol concentration 70%，microwave power 400 W，extraction time 30 s，and solid-liquid ratio 1∶25（g/mL），and the extraction stage was 2.Under the optimal extraction conditions，the yield of total polyphenols was 1.667 mg/g.The experimental results was extremely stable，and the extraction time was reduced greatly.

oat；totalpolyphenols；microvave-assistedextraction；orthogonaldesign

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.17.014

2016-04-26

山西省基础研究计划项目（青年，2013021022-2）；山西省高等学校大学生创新创业训练项目（2015281）；太原科技大学博士科研启动基金项目。

刘仙俊（1978—），女（汉），讲师，博士，研究方向：天然生物活性物质的提取分离。