响应面法优化小米麸皮中黄酮物质提取工艺研究

陶睿 张一凡 高育哲 刘绮梦 杜明珠 赵迪

摘要：采用乙醇浸提法对小米麸皮中黄酮类化合物进行提取，并通过响应面法对提取工艺进行优化，确定最佳工艺参数为：乙醇浓度56%，料液比1∶9（g/mL），提取温度77 ℃，提取时间146 min。

关键词：小米麸皮;乙醇浸提法;优化;响应面法

中图分类号：TS210.9    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2018）05-0039-06

小米麸皮即小米壳，其中含大量营养成分和活性因子，可以预防心血管疾病、癌症、糖尿病等疾病。黄酮类化合物常见于自然界中，本课题拟采用乙醇浸提法从小米麸皮中提取总黄酮，并通过响应面法对提取工艺进行优化，以期为小米麸皮的开发利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

样品小米：市售，产地为辽宁省北票市。

芦丁标准品（纯度≥98%）：上海金穗生物科技有限公司;乙醇、亚硝酸钠、硝酸铝均为分析纯。

1.2 仪器与设备

AXTD5A型转子离心机：美国科峻仪器公司;UV-1200S型紫外分光光度计：上海翱艺仪器有限公司;HH-6型數显电子恒温水浴锅：常州国华电器有限公司;JLGJ-45型砻谷机：杭州汇尔仪器设备有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 样品预处理 将带壳小米经砻谷机进行脱粒处理，得到小米麸皮。然后将小米麸皮用多功能粉碎机进行粉碎研磨，过80目筛，分装，备用。

1.3.2 提取工艺流程 粉碎过筛后的小米麸皮粉末加乙醇溶解→水浴提取→离心后取上清液→过滤→利用比色法测定溶液吸光度，计算总黄酮含量

1.3.3 标准曲线绘制 精确称取干燥且质量恒定的芦丁标准品5 mg，用无水乙醇将其溶解并定容于25 mL容量瓶中。分别吸取0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.8 mL芦丁标准溶液于10 mL比色管中，依次加入5.0 mL无水乙醇和0.3 mL 5% NaNO2溶液，摇匀后放置6 min，再加入0.3 mL Al（NO3）3溶液，摇匀后放置6 min，再加入4.0 mL NaOH溶液，用无水乙醇补齐刻度，摇匀后放置10 min。以无水乙醇作空白对比，于510 nm波长处测定不同浓度标准溶液的吸光度，建立芦丁标准曲线。

1.3.4 单因素试验 1） 乙醇浓度对提取率的影响。称量1 g小米麸皮粉末，在料液比1∶8（g/mL），提取时间2 h，提取温度50 ℃，乙醇浓度分别为40%，50%，60%，70%，80%，90%的条件下进行提取，浸提液离心后取上清液，测定吸光度。2） 料液比对提取率的影响。称量1 g小米麸皮粉末，在乙醇浓度60%，提取时间2 h，提取温度50 ℃，料液比分别为1∶4，1∶6，1∶8，

1∶10，1∶12（g/mL）的条件下进行提取，浸提液离心后取上清液，测定吸光度。3） 提取温度对提取率的影响。称量1 g小米麸皮粉末，在料液比1∶8（g/mL），乙醇浓度60%，提取时间2 h，提取温度分别为40，50，60，70，80，90 ℃的条件下进行提取，浸提液离心后取上清液，测定吸光度。4） 提取时间对提取率的影响。称量1 g小米麸皮粉末，在料液比1∶8（g/mL），乙醇浓度60%，提取温度50 ℃，提取时间分别为0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 h的条件下进行提取，浸提液离心后取上清液，测定吸光度。

1.3.5 响应面法优化试验 根据乙醇提取小米麸皮中总黄酮单因素试验结果，将吸光度值作为响应值，采用中心组合设计原理进行响应面分析。试验因素水平见表1。

2 结果与分析

2.1 绘制标准曲线

芦丁标准曲线如图1所示。标准曲线方程为Y=12.736 0 X+0.005 8，相关系数R2=0.999 5，说明在0.005～0.036 mg/mL浓度范围内线性关系良好，可用于定量分析。

2.2 提取工艺单因素试验结果

2.2.1 乙醇浓度的影响 乙醇浓度对总黄酮提取率的影响如图2所示。

由图2可以看出：提取液的吸光度值随着乙醇浓度增加呈先增大后减小的趋势。当乙醇浓度达到50%时，吸光度值最大;之后吸光度值缓慢减小;当乙醇浓度为80%～90%时，吸光度值基本平稳。确定最佳乙醇浓度为50%。

2.2.2 料液比的影响 料液比对总黄酮提取率的影响如图3所示。

由图3可以看出：提取液的吸光度值随着料液比增大呈先增大后减小的趋势。当料液比达到1∶8

（g/mL）时，吸光度值最大;当料液比再增大时，吸光度值开始减小。确定最佳料液比为1∶8（g/mL）。

2.2.3 提取温度的影响 提取温度对总黄酮提取率的影响如图4所示。

由图4可以看出：提取液的吸光度值随着提取温度升高呈逐渐增大的趋势。当提取温度达到80 ℃时，吸光度值最大;当提取温度为90 ℃时，吸光度值急剧减小，这可能是因为高温导致乙醇挥发，且破坏了黄酮结构，转变成水溶性的黄酮。确定最佳提取温度为80 ℃。

2.2.4 提取时间的影响 提取时间对总黄酮提取率的影响如图5所示。

由图5可以看出：提取液的吸光度值随着提取时间延长而增大。当提取时间为2.5 h时，吸光度值最大;但提取时间为2.0 h的吸光度值与2.5 h的吸光度值相差无几，说明提取2.0 h已将黄酮基本都提出，提取2.5 h反而浪费时间。确定最佳提取时间为2.0 h。

2.3 提取工艺响应面法优化结果

2.3.1 Box-Behnken试验设计 根据乙醇提取小米麸皮中总黄酮的单因素试验结果，利用Box-Behnken中心组合设计原理优化工艺参数，进行响应面分析。分别选取4个变量的低中高3个水平：乙醇浓度40%，50%，60%;料液比1∶6，1∶8，1∶10（g/mL）;提取温度70，80，90 ℃;提取时间1.5，2.0，2.5 h。共设计29组试验，其中24组为分析试验，5组为中心试验，以估计误差。具体试验设计与结果见表2。

2.3.2 回归模型方差分析 利用Box-Behnken进行多元回归拟合分析，得到提取液吸光度值（Y）与各单因素A（乙醇浓度）、B（料液比）、C（提取溫度）、D（提取时间）之间的二次多项式模型式：Y=0.720+0.018 A-0.012 B-0.016 C+0.056 D+0.011 AB-0.013 AC+0.005 AD-0.004 BC-0.004 BD+0.011 CD-0.074 A2-0.025 B2-0.025 C2-0.033 D2。回归模型方差分析结果见表3。

由表3可知：回归模型具有高度的显著性（P<0.000 1），决定系数R2=0.985 6，校正决定系数RAdj2=0.971 1，失拟项P=0.055 6>0.050 0（不显著），说明该回归模型与试验数据拟合程度较高，可以用该模型分析和预测乙醇提取小米麸皮中总黄酮的工艺结果。由F值可知，4个因素对提取液吸光度值的影响大小依次为提取时间（D）>乙醇浓度（A）>提取温度（C）>料液比（B）。由P值可知，回归模型中的一次项均极显著，其中乙醇浓度（A）、提取温度（C）、提取时间（D）均为极显著，料液比（B）显著;二次项均为极显著;交互项AB，AC和CD显著。

2.3.3 响应面交互作用分析 预测值与真实值对比如图6所示，各点的分布几乎在一条直线上，表示模型拟合效果较好。

响应面图及等高线图如图7—图12所示。

由图7—图12可以看出：4个因素之间的交互作用对提取液的吸光度值影响显著。图7、图8、图9和图10中等高线近似椭圆形，说明它们之间的交互作用对提取液吸光度值影响较大。

利用Design-Expert 8.0.6.1软件分析得到的回归方程求解，得出最佳提取工艺条件为：乙醇浓度56%，料液比1∶9 （g/mL），提取温度77 ℃，提取时间146 min;此时提取液的吸光度值最高。

3 结论

经单因素试验及响应面法优化分析，得出乙醇浸提小米麸皮中总黄酮的最佳工艺为：乙醇浓度56%，料液比1∶9 g/mL，提取温度77 ℃，提取时间146 min。

参考文献

[1] 薛月圆，李鹏，林勤保.小米的化学成分及物理性质的研究进展[J].中国粮油学报，2008，23（3）：199-203.

[2] 史宏，史关燕，杨成元，等.小米的营养保健及食疗价值的探讨[J].杂粮作物，2007，27（5）：376-378.

[3] 田志琴.小米多酚类活性物质的提取及抗氧化性研究[D].郑州：河南工业大学，2011.

[4] 付丽红，任文静，李玉娥.“沁州黄”小米总黄酮提取工艺的研究[J].山西农业大学学报，2016，36（3）：220-223.

Reaction Surface Method Used to Determine the Extraction Conditions

of Flavonoids from Millet Bran

TAO Rui， ZHANG Yifan*， GAO Yuzhe， LIU Qimeng， DU Mingzhu， ZHAO Di

（College of Grain Science and Technology， Shenyang Normal University， Shenyang 110034， China）

Abstract： Using ethanol extraction to extract flavonoids of millet bran by the response surface method of total flavonoids of millet bran ethanol concentration， solid-liquid ratio， extraction temperature and extraction time were optimized， the optimum extraction conditions for： ethanol concentration was 56%， and solid-liquid ratio of 1∶9 （g/mL）， extraction temperature is 77 ℃， the extraction time was 146 min.

Key words： millet bran; ethanol extraction; optimize; The Response Surface Method