超声波辅助提取全麦粉中烷基间苯二酚的工艺优化

彭田园，赵仁勇，王香玉

（河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001）

超声波辅助提取全麦粉中烷基间苯二酚的工艺优化

彭田园，赵仁勇*，王香玉

（河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001）

烷基间苯二酚（ARs）是小麦麸皮中的酚类类脂，具有多种生理活性，也是粮食行业标准（LS/T 3244—2015）评判全麦粉的重要生物标记物。为高效、稳定地提取全麦粉中的ARs，采用超声波辅助提取手段，研究了超声功率、提取时间及料液比3个因素对ARs提取量的影响。在单因素试验的基础上，通过正交试验对提取工艺参数进行了优化。结果表明：超声波辅助提取全麦粉中ARs的最佳工艺参数为超声功率285 W、提取时间2 min、料液比1∶50（g/mL）。此条件下ARs提取量不低于连续振荡提取法，但将提取时间由48 h缩短至2 min，且样品用量少、重复性好，适用于全麦粉中ARs的快速提取。

全麦粉；烷基间苯二酚；超声波；提取

0 引言

烷基间苯二酚（alkylresorcinols，ARs）是 1，3－间苯二酚苯环5位被含有奇数个碳原子的烷基取代的一类衍生物的总称，属于酚类类脂，具有双亲性。ARs分布于小麦籽粒皮层，是小麦中主要的酚类成分，由多种同系物组成，其烷基侧链含有奇数个碳原子（13～27 个），命名为 C13∶0—C27∶0，主要成分为 C19∶0和 C21∶0， 总含量范围为 320～1 010 μg/g[1]。5%左右的小麦ARs其侧链含有酮基、羟基等取代基或1—3个双键，且大多存在于8、11、14位碳原子上，与含18个碳原子的不饱和脂肪酸相似[2－3]。ARs 是现行粮食行业标准 （LS/T 3244—2015）评判全麦粉的重要生物标记物[4－5]，也是全麦粉的重要成分之一，其双亲性赋予ARs一定的功能特性，如抗癌、抗氧化、抑制酶活和促进伤口愈合等，对多种慢性疾病有一定的改善作用[6－7]。因此，ARs日益受到人们的关注与重视。

目前，研究者们广泛采用振荡提取法来提取全麦粉中的ARs[8]。振荡提取法具有操作简单、对设备要求低等优点，但存在提取时间长（24～48 h）[9－12]、效率低等缺陷。采用索氏抽提法提取ARs，可得到同系物种类多、含杂少的ARs提取物，且用时较短（2 h）[13]。但索氏抽提法与振荡法相比，具有样品用量多、不适用于批量提取等缺点。超临界二氧化碳（SC－CO2）萃取法用于提取ARs，其提取量以及各同系物含量与振荡提取法之间没有显著差异，但前者无论在有机溶剂用量还是在提取时间上均远远低于后者[9]。使用辅助试剂（如乙醇）调整极性以及调整温度和压力可提高SC－CO2提取ARs的选择性[14－15]。然而与其他提取方法相比，SC－CO2萃取法的设备成本较高。

因此，选择快速的、适合全麦粉中ARs的提取方法，用于科研、医药等领域中ARs的定性、定量分析显得尤为重要。超声波具有空化效应、机械效应和热效应，在提取过程中可加强可溶性物质在两相中的传质，提高其溶解速度和提取率。此外，超声波辅助提取法对提取物中热稳定性差的活性组分的破坏性较低[16]。有关超声波技术辅助提取植物中活性组分方面的研究已有大量文献报道[17]，但其在提取全麦粉中ARs方面的应用报道较少。

本研究拟采用超声波技术辅助提取全麦粉中的ARs，以ARs提取量为评价指标，通过单因素及正交试验优化提取工艺参数，为全麦粉中ARs的快速提取提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

太空6号、平安8号、丰德存1号、百农207、许科316、矮抗58等小麦样品，由河南省农业科学院小麦所提供。

乙酸乙酯及乙酸（分析纯）：天津市恒兴试剂制造有限公司；甲醇（色谱纯）：天津市赛孚瑞科技有限公司；重氮盐Fast Blue B Zn（纯度≥95%）、烷基间苯二酚同系物C15∶0标准品（纯度≥98%）：美国Sigma-Aldrich公司；氮气：郑州泽中科技有限公司。

1.2 仪器与设备

3100实验粉碎磨：瑞典Perten公司；GR-P2073 LG冰箱：泰州乐金电子冷机有限公司；PL1502-S分析天平：瑞士Mettler Toledo公司；101A-2电热鼓风干燥箱：上海市实验仪器总厂；Vortex-2 Genie旋涡混合器：美国Scientific Industries公司；UV-2550紫外可见分光光度计：日本Shimadzu公司；Scientz-IID超声波细胞粉碎机：宁波新芝生物科技有限公司；MD200-2氮吹仪：杭州奥盛仪器有限公司；5810 R冷冻离心机、移液器：德国Eppendorf公司；ZHWY-111B恒温培养振荡器：上海智诚分析仪器制造有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 全麦粉制备

取100 g左右的小麦籽粒，采用实验粉碎磨制备全麦粉样品（全部通过Φ0.8 mm筛板），参照GB/T 21305—2007标准方法测定其水分含量。全麦粉样品置于-20℃条件下密封储存，备用。

1.3.2 ARs标准曲线的绘制

参照全麦粉粮食行业标准[4]。

1.3.3 全麦粉中ARs的提取及测定

1.3.3.1 振荡提取法

参照全麦粉粮食行业标准，采用振荡提取法提取全麦粉中的ARs，提取时间为48 h[4]。

1.3.3.2 超声波辅助提取法

称取全麦粉样品（精确至0.1 mg，根据料液比和乙酸乙酯用量计算样品量），置于50 mL离心管中，加入40 mL乙酸乙酯，使用Φ6变幅杆进行超声提取。每次超声处理时，将离心管置于冰浴中[18]，且变幅杆处于离心管的固定位置，设定功率（最大功率950 W），处理一定的时间（其中超声开1 s，关1 s，即1 min内的有效超声时间为30 s）。提取液在3 000 r/min条件下离心10 min，取一定量上清液至离心管中，用氮气吹干。

1.3.3.3 ARs含量的测定

参照粮食行业标准[4]，采用比色法测定全麦粉中的ARs含量。

1.3.4 超声波辅助提取全麦粉中ARs的工艺参数的优化

采用太空6号全麦粉样品进行优化试验。

1.3.4.1 单因素试验

针对超声功率、提取时间及料液比3个因素进行试验，研究各因素对ARs提取量的影响。

（1）超声功率对ARs提取量的影响。提取时间为 3 min，料液比为 1∶40（g/mL），超声功率分别设为 95、190、285、380、475、570 W，按 1.3.3.2及1.3.3.3方法提取全麦粉中的ARs并计算提取量。

（2）超声时间对ARs提取量的影响。超声功率为 285 W，料液比为 1∶40（g/mL），提取时间分别设为 1、2、3、4、5 min，按 1.3.3.2 及 1.3.3.3 方法提取全麦粉中的ARs并计算提取量。

（3）料液比对ARs提取量的影响。超声功率为285 W，提取时间为 3 min，料液比分别设为1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60 （g/mL）， 按 1.3.3.2及1.3.3.3方法提取全麦粉中的ARs并计算提取量。

1.3.4.2 正交试验

在单因素试验结果的基础上进行L9（34）的正交试验，优化超声波辅助提取全麦粉中ARs的工艺参数。

1.3.5 重复性试验

采用超声波辅助提取最佳工艺及振荡提取法提取太空6号全麦粉中的ARs并测定其提取量，设置重复试验6次。

1.4 振荡提取法与超声波辅助提取法之间的比较

分别采用1.3.3.1振荡提取法以及在最佳参数条件下的超声波辅助法提取平安8号、丰德存1号、百农207、许科316、矮抗58全麦粉样品中的ARs，对比分析两种方法获得的ARs提取量。

1.5 数据处理与分析

如无特别说明，所有数据均为二次平行试验结果的平均值，测定结果均以干基计。采用SAS 9.1软件进行方差和线性回归分析，采用Origin 9.0软件进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 标准曲线的绘制

试验样品为 ARs同系物 C15∶0标准品，按1.3.2方法测定吸光度，以C15∶0质量浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制ARs标准曲线（见图1）。 结果表明，C15∶0 在质量浓度为 0.5～5 μg/mL范围内与其吸光度呈良好的线性关系，回归方程为 y=0.240 8x－0.006 2（R2=0.999 6）。ARs具有特殊官能团，可与重氮盐Fast Blue B Zn发生特异性显色反应[9]，因此，可根据该C15∶0标准曲线测定样品中的ARs同系物总含量。

2.2 单因素试验结果与分析

2.2.1 超声功率对ARs提取量的影响

如图2所示，随着超声功率的增加，ARs提取量先增加后下降；超声功率为285 W时，ARs提取量最大。功率为190 W和285 W时，提取量之间没有显著性差异（P＞0.05）。超声波具有加强搅拌、破坏细胞壁等作用，同时也增强了有机溶剂的穿透能力，可促进ARs的溶出，从而增加ARs提取量。功率过低时超声的机械作用、空化作用较弱，提取效率低，但过高的超声功率可能会破坏ARs，导致其提取量降低[19]。

图2 超声功率对ARs提取量的影响Fig.2 Effect of ultrasonic power on extraction yield of ARs

2.2.2 提取时间对ARs提取量的影响

由图3可知，随提取时间的延长，ARs提取量增加，当提取时间为3 min时，ARs提取量最大；随着提取时间进一步延长，ARs提取量显著下降（P＜0.05）。超声提取时间过长时，ARs可能会分解，导致其提取量下降[20－21]。

图3 提取时间对ARs提取量的影响Fig.3 Effect of extraction time on extraction yield of ARs

2.2.3 料液比对ARs提取量的影响

由图4可见，ARs提取量随料液比的降低而增加，但当料液比降至 1∶50（g/mL）后，ARs提取量随之降低。料液比的降低可增加两相浓度差及两相的接触面积，促进ARs的溶出，有利于增加ARs提取量，缩短提取时间。反之，料液比过高，ARs不能被充分提取，提取效率低、样品用量多。当料液比降低至1∶50（g/mL）后，传质速度达到极限，继续降低料液比不再有效提高ARs提取量[22]；过低的料液比反而可能促使其他物质的渗出，增加提取液中的杂质含量，不利于提取ARs。

图4 料液比对ARs提取量的影响Fig.4 Effect of solid－to－liquid ratio on extraction yield of ARs

2.3 正交试验结果与分析

根据单因素试验结果，选择超声功率（A）、提取时间（B）、料液比（C）3个因素，以 ARs提取量为评价指标，进行L9（34）正交试验。正交试验因素与水平如表1所示，正交试验结果与分析如表2所示，方差分析结果如表3所示。

表1 正交试验因素与水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

表2 正交试验结果与分析Table 2 The results and analysis of orthogonal experiment

表3 方差分析Table 3 Variance analysis

方差分析结果表明，超声功率对ARs提取量具有极显著影响（P＜0.01），超声功率为285 W 及380 W时ARs提取量最大，两者之间的差异不显著。根据正交试验结果，综合考虑ARs的提取量、提取效率及样品用量，确定超声波辅助提取全麦粉中ARs的最佳工艺参数为A2B1C2，即超声功率285 W、提取时间 2 min、料液比 1∶50（g/mL）。

从表4可以看出，以最佳工艺参数提取太空6号样品中的 ARs，提取量为 392.7±4.52 μg/g，与正交试验预期结果完全一致。

2.4 重复性试验结果

方差分析结果表明，超声波辅助提取法与振荡提取法所得ARs提取量之间的差异不显著（P＞0.05）。超声波辅助提取法及振荡提取法的RSD值分别为1.14%和0.67%，表明两种方法提取全麦粉中ARs的重复性均较好。

2.5 不同小麦样品的ARs提取量比较

在最佳工艺参数条件下采用超声波辅助提取不同全麦粉样品中的ARs，并与振荡提取法所得ARs提取量作对比，结果如表5所示。方差分析结果表明，超声波辅助法用于提取全麦粉中ARs的提取量不低于振荡法，适用于全麦粉中的ARs提取，如丰德存1号、百农207及矮抗58全麦粉样品采用超声波辅助法提取所得的ARs含量显著高于振荡法（P＜0.05），而平安8号及许科316全麦粉样品经两种方法提取所得ARs含量之间没有显著性区别（P＞0.05）。在提取不同全麦粉样品中的ARs时两种方法之间存在差异，可能与样品本身含有的ARs同系物的种类及结构有关[23]，超声波辅助方法有助于将样品中的ARs快速释放到提取溶剂中[24]。

3 结论

本研究采用超声波辅助法提取全麦粉中的ARs，通过单因素及正交试验研究超声功率、提取时间和料液比对ARs提取量的影响，优化了最佳的提取工艺参数，即超声功率为285 W、提取时间为 2 min、料液比为 1∶50（g/mL）。在最佳工艺参数条件下，超声波辅助提取法对ARs的提取量不低于振荡法，且该方法将提取时间由48 h缩短至2 min，极大提高了提取效率，同时具有样品用量少、重复性好（RSD=1.14%）的优点，适用于快速提取全麦粉中的ARs。

表4 采用不同方法从太空6号样品中获得的ARs提取量Table 4 Comparison on extraction yields of ARs extracted with different methods from the same wheat sample μg·g－1

表5 采用不同方法从不同样品中获得的ARs提取量Table 5 Comparison on extraction yields of ARs extracted with different methods from different wheat samples μg·g－1

［1］ LANDBERG R，KAMAL－ELDIN A，SALMENK ALLIO －MARTTILA M，et al.Localization of alkylresorcinols in wheat， rye and barley kernels［J］.Journal of Cereal Science， 2008，48（2）:401－406.

［2］ RANDHIR R，KWON Y I，SHETTY K.Effect of thermal processing on phenolics，antioxidant activity and health－relevant functionality of select grain sprouts and seedlings［J］.Innovative Food Science & Emerging Technologies，2008，9（3）:355－364.

［3］ ROSS A B，SHEPHERD M J， SCHÜPPHAUS M，et al.Alkylresorcinols in cereals and cereal products［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2003，51（14）:4111－4118.

［4］ 国家粮食局.全麦粉：LS/T 3244—2015［S］.北京:中国标准出版社，2015.

［5］ LANDBERG R，MARKLUND M，KAMAL－ELDIN A，et al.An update on alkylresorcinols－Occurrence， bioavailability， bioactivity and utility as biomarkers［J］.Journal of Functional Foods，2014，7:77－89.

［6］ KNÖDLER M，KAISER A，CARSLE R，et al.Profiling of Alk（en）ylresorcinols in cereals by HPLC －DAD －APcI－MSn［J］.Analytical and Bioanalytical Chemistry，2008，391 （1）:221 －228.

［7］ MIKAIL H G，KARSVOUNI H，KOTSIOU A，et al.New alkylresorcinols from a lipophilic extract of Urginea indica L.bulbs showing experimental trauma healing activity［J］.Fitoterapia，2015，101:41－45.

［8］ 刘壮，孙英.全麦粉生产与稳定化国内外研究进展［J］.食品科技，2012（5）:133－135.

［9］ LANDBERG R，DEY E S，FRANCISCO J D C，et al.Comparison of supercritical carbon dioxide and ethyl acetate extraction of alkylresorcinols from wheat and rye ［J］.Journal of Food Composition and Analysis，2007，20（6）:534－538.

［10］ GAJDA A，KULAWINEK M，KOZUBEK A.An improved colorimetric method for the determination of alkylresorcinols in cereals and whole－grain cereal products［J］.Journal of Food Composition and Analysis，2008，21（5）:428－434.

［11］ ROSS A B，KAMAL－ELDIN A，JUNG C，et al.Gas chromatographic analysis of alkylresorcinols in rye （Secale cereale L.） grains［J］.Journal of the Science of Food and Agriculture， 2001，81（14）:1405－1411.

［12］ AGIL R，OOMAH D B，MAZZA G，et al.Optimization of alkylresorcinols extraction from triticale bran using response surface methodology ［J］.Food and Bioprocess Technology，2012，5（7）:2655－2664.

［13］ ZARNOWSKI R，SUZUKI Y.Expedient Soxhlet extraction of resorcinolic lipids from wheat grains ［J］.Journal of Food Composition and Analysis，2004，17（5）:649－663.

［14］ MCKENZIE L C，THOMPSON J E，SULLIVAN R，et al.Green chemical processing in the teaching laboratory:A convenient liquid CO2extraction ofnaturalproducts ［J］.Green Chemistry，2004，6（8）:355－358.

［15］ ATHUKORALA Y，HOSSEINIAN F S，MAZZA G.Extraction and fractionation of alkylresorcinols from triticale bran by two-step supercritical carbon dioxide［J］.LWT-Food Science and Technology，2010，43（4）:660-665.

［16］ 韩伟，叶亚婧，雷祖海，等.超声波在活性成分提取中的应用进展［J］.机电信息，2011（20）:33-38.

［17］ VILKHU K，MAWSON R，SIMONS L，et al.Applications and opportunities for ultrasound assisted extraction in the food industry—A review［J］.Innovative Food Science&Emerging Technologies，2008，9（2）:161-169.

［18］ GEERKENS C H，MATEJKA A E，CARLE R，et al.Development and validation of an HPLC method for the determination of alk（en）ylresorcinols using rapid ultrasound-assisted extraction of mango peels and rye grains［J］.Food Chemistry，2015，169:261-269.

［19］ KAZEMI M，KARIM R，MIRHOSSEINI H，et al.Optimization of pulsed ultrasound-assisted technique forextraction ofphenolicsfrom pomegranate peel of Malas variety:Punicalagin and hydroxybenzoic acids［J］.Food Chemistry，2016，206:156-166.

［20］ XIA E Q，AI X X，ZANG S Y，et al.Ultrasound-assisted extraction ofphillyrin from Forsythia suspensa［J］.Ultrasonics Sonochemistry，2011，18（2）:549-552.

［21］ LI A N，LI S，LI Y，et al.Optimization of Ultrasound-assisted extraction of natural antioxidants from the Osmanthus fragrans flower［J］.Molecules，2016，21（2）:218.

［22］ XU Y，PAN S.Effects of various factors of ultrasonic treatment on the extraction yield of all-trans-lycopene from red grapefruit（Citrus paradise Macf.）［J］.Ultrasonics Sonochemistry，2013，20（4）:1026-1032.

［23］ GUNENC A，HADINEZHAD M，TAMBURICILINCIC L， et al.Effects of region and cultivar on alkylresorcinols content and composition in wheat bran and their antioxidant activity［J］.Journal of Cereal Science，2013，57（3）:405-410.

［24］ VINATORU M.An overview of the ultrasonically assisted extraction of bioactive principles from herbs ［J］.Ultrasonics Sonochemistry，2001，8（3）:303-313.

OPTIMIZATION OF ULTRASONIC-ASSISTED EXTRACTION OF ALKYLRESORCINOLS FROM WHOLE WHEAT MEAL

PENG Tianyuan，ZHAO Renyong， WANG Xiangyu
（School of Food Science and Technology，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001，China）

Alkylresorcinols （ARs）， the main phenolic lipids in wheat brans， are of many biological activities，and become the important biomarkers for judgment of whole wheat meal according to the Chinese grain industry standard （LS/T 3244—2015）.For the purpose of developing an effective and stable extraction method， the ultrasound technique was applied.The effects of ultrasonic power，extraction time and the ratio of solid to liquid on extraction yield of ARs were investigated in this study.On the basis of single-factor experiment results，the orthogonal experiment was conducted to optimize the conditions for extraction of ARs from whole wheat meal.The optimum parameters were obtained with ultrasonic power of 285 W，extraction time of 2 min，and solid to liquid ratio of 1:50 g/mL，under which the ARs yields by ultrasonic-assisted method were not less than its counterparts by continuous shaking，but the extraction time was greatly shortened from 48 h to 2 min.Therefore，the ultrasonic-assisted method is more suitable for ARs extraction from whole wheat meal with small quantity requirement for sample and good repeatability.

whole wheat meal；alkylresorcinols；ultrasound；extraction

TS201.2

：B

1673－2383(2017)04－0014－06

http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20170828.0857.006.html

网络出版时间：2017－8－28 8:57:12

2017－02－17

国家自然科学基金项目（31171653）；公益性行业（农业）科研专项（201303070－01）

彭田园(1993—），女，河南项城人，硕士研究生，研究方向为粮食资源利用与转化。

*通信作者