大麦若叶青汁粉多酚超声助提工艺优化研究

陈琼 阮梦婷 常冉 张晴晴 蒋变玲 冯凡 徐礼生

摘 要：本实验利用超声波辅助提取大麦若叶青汁粉中的总多酚，将大麦若叶青汁粉多酚得率作为响应值，通过单因素实验筛选出乙醇百分含量（EtOH%）、超声功率（P）和超声时间（T）三个主要因素，运用响应面法（RSM）对大麦若叶青汁粉总多酚的提取工艺进行优化并通过单样本t检验进行验证。结果表明，大麦若叶青汁粉多酚提取方案最佳为选择20：1液料比（RL/S）和61%乙醇，在70W超声功率下提取32min，在该条件下大麦若叶青汁粉中多酚的得率实测值为12.04mg/g。模型预测值为11.92mg/g，通过单样本t检验得，与实测值之间差异不显著，说明响应面法可较好地优化大麦若叶青汁粉总多酚的提取得率。

关键词：大麦若叶;总多酚;响应面法;超声助提

中图分类号：TS207.3;O657  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2021）05-0016-05

引言

大麦（Hordeum vulgare），亦称赤膊麦、饭麦或牟麦，属大麦属禾本科，为一年生早熟草本植物[1]。大麦的芽和苗均可供药用[2]。而大麦若叶是生长至15～30cm的大麦嫩叶通过一定加工工序制成的粉末，明代李时珍的《本草纲目》甚至早在唐代孙思邈的《普济方》均曾记录麦苗的功效[3]。而大麦若叶保健品始于20世纪六七十年代日本医学博士荻原义秀的解毒经历和研究，随后很快风靡亚洲和北美等地[4，5]，从而引发对大麦苗的重視和研究热[6]。据文献报道，大麦若叶具有范围广泛的食疗功能，包括治疗哮喘、胃病便秘、肝疾、糖尿病以及冠心病等，且其抑制肿瘤、抗氧化抗衰老、降血糖血脂、抗胃溃疡和缓解疲劳的功能已有佐证[7，8]。

近来大麦苗中的多酚因其抗氧化性和抑制胆碱酯酶活性受到较多关注[9，10]。多酚类是植物次级代谢产物，药理活性较为广泛，如具有抗感染抗菌、抑癌、增强免疫、预防心血管疾病等活性[11]，以及消炎、抗增殖、抗衰老作用[12]。而关于大麦若叶青汁粉中总多酚提取的研究尚缺乏资料，目前植物多酚主要提取方式主要包括：传统溶剂萃取、生物酶解提取、树脂吸附提取、高压脉冲提取、闪式提取、微波或超声提取、超临界提取等方法，其中前四种方法虽提取得率高，但提取所需时间较长且成本较高，不适用于大批量工业化生产[13];闪式提取法经组织破碎后，因黏度增大、乳化等因素会造成过滤困难或堵塞[14];对于后三种方法，综合向静等[15]及包海蓉等[16]在多酚物质提取研究中发现，超声提取更优。综上，鉴于超声提取耗时短、效率高和成分不受高温影响等方面的优点[17]，本文利用超声波辅助提取大麦若叶青汁粉多酚，考察EtOH%、RL/S、P和T四种因素对大麦若叶青汁粉多酚得率的影响，并利用RSM法对其提取工艺进行优化。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

大麦若叶青汁粉购于随州市万松堂康汇有限公司;没食子酸（≥98%）购于中国药品生物制品检定所;福林酚试剂来自上海荔达科技公司。

紫外可见分光光度计（722N型）、超声波清洗机（KQ5200DE型）分别来自上海元析仪器有限公司、昆山市超声仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 总多酚的测定

标准曲线（标曲）的绘制和样品的测定参考胡明明等人方法[18]：本文标曲为A（吸光度）=0.0129C（没食子酸浓度，μg/mL）-0.0311，R2=0.9989。

青汁粉中总多酚测定：将提取液于156×g离心力下离心15min后取上清并稀释5倍为待测液。测定大麦若叶青汁粉多酚得率公式如下。

Y=（C×N×V）/M

式中Y：大麦若叶青汁粉多酚得率（BGTP）mg/g;C：从标曲中计算得到的多酚质量浓度，mg/mL;M：大麦若叶青汁粉质量，g;N：大麦若叶青汁粉稀释倍数;V：大麦若叶青汁粉提取液体积mL。

1.2.2 单因素实验

精确称取0.500g大麦若叶青汁粉，按表1工艺条件进行提取，分别考察乙醇百分含量（EtOH%）、液料比（RL/S）、超声功率（P）和时间（T）对BGTP得率的影响。

1.2.3 响应面法优化试验设计

因液料比在20：1后不显著影响总多酚的提取率，故不将料液比作为RSM法优化的考虑因素。根据单因素实验结果，确定总多酚提取的影响因素为T、P、EtOH%，设因素代码分别为A、B、C，选取相应因素下总多酚提取率最高的三个水平（-1、0、1），以大麦若叶多酚得率为响应值，采用3因素3水平RSM分析法，选用Box-Benhnken实验设计见表2。

1.2.4 数据分析

结果表示为“3次平行试验的均值”±标准偏差，采用SPSS20.0进行单样本t检验和差异性分析（p<0.01或者p<0.05），运用Design-Expert 8.06软件进行RSM试验设计及分析。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果与分析

2.1.1 EtOH%对大麦若叶青汁粉多酚得率的影响

由图1可知，当EtOH%为60%时，青汁粉多酚得率最大，而后显著降低（p<0.05）。推测在高浓度乙醇使大麦若叶青汁粉中的蛋白质产生变性，多糖发生凝集，阻碍部分与多糖或者蛋白质相结合的结合多酚的传质，从而阻碍多酚的提取[19]。大麦若叶青汁粉中多酚极性与60%乙醇相接近，有利于多酚溶解，从而导致提取得率最大;乙醇浓度过大降低了溶剂体系的极性从而导致大麦若叶多酚的溶解度降低[20]。所以大麦若叶青汁粉多酚得率在60%乙醇体积分数下提取最优。

2.1.2 P对得率的影响

由图2，在功率70W时，大麦若叶青汁粉多酚达到最大，而后随功率增加显著降低。推测当功率超过70W时，多酚结构会被破坏，从而导致其得率降低[18]。所以超声功率70W使得大麦若叶青汁粉总多酚得率最优。

2.1.3 T对大麦若叶青汁粉多酚得率的影响

由图3可知，大麦若叶青汁粉总多酚得率在超声30min时最大;提取时间大于30min时，大麦若叶青汁粉总多酚得率显著下降。推测为超声时间过短，导致大麦若叶青汁粉中多酚物质没有完全溶解到乙醇溶液中;而过长超声时间可能会造成多酚物质被氧化破坏[21];或者溶液中其他物质析出，与多酚竞争溶剂或干扰检测，降低了大麦若叶青汁粉总多酚得率;另一方面多酚结构在长时间的超聲剪切作用下遭到破坏而使提取率降低[22]。所以选择超声时间在30min左右。

2.1.4 液料比对大麦若叶青汁粉多酚得率的影响

由图2，可知当液料比为10：1～20：1时，大麦若叶青汁粉中总多酚得率增加显著;当液料比大于20：1时，其提取率变化不再显著，故液料比不作为响应面优化的因素。为节约试剂以及应用时企业降低成本，本文选择液料比20：1。

2.2 响应面优化提取条件结果分析

2.2.1 Box-Behnken试验设计及结果

根据单因素试验结果，设定因素代码A为乙醇百分含量（EtOH%）、B为超声功率（P）、C为超声时间（T）以及选取三个水平（-1、0、1），根据Box-Benhnken设计得到17组实验方案，并据此进行提取分析，相关数据如表3。

2.2.2 模型的建立和方差分析

经表4数据多元回归分析，得到大麦若叶青汁粉中总多酚提取率（Y）与各因素EtOH%（A）、P（B）、T（C）之间回归方程为Y=-211.709+2.775A+3.322B +1.403C+0.00707AB+0.00173AC–0.00187BC– 0.0274A2–0.0261B2–0.0218C2;模型的回归系数R2=0.9807，拟合性良好，可用来分析和预测大麦若叶青汁粉多酚的提取条件。而信噪比（Adeq precisior）为15.154>>4，说明模型预测值和实际值拟合，模型适合指导工艺优化。C、A2、B2、C2以及AB对青汁粉多酚得率影响见表4（*以及**分别表示因素对青汁粉提取率影响显著和极显著）。由F检验得，各因素影响大小顺序为：C（T）>B（P）>A（EtOH%）。

2.2.3 各因素间交互作用分析

图5为各因素交互作用对大麦若叶青汁粉多酚得率影响的响应面图和等高线图。响应曲面坡度越缓，说明因素对青汁粉提取得率的影响越低，反之越高;因素间交互作用越弱则等高线越近似圆形[23]。EtOH%和P因素间交互作用显著，可直观地由图5（a）反映出。

2.3 响应面最优条件优化、预测和验证

模型预测大麦若叶青汁粉总多酚的最佳提取方案为：T=31.57min，P=70.62W，EtOH=60.67%，而大麦若叶青汁粉多酚提取得率预测为11.92mg/g，为验证响应面预测值的可靠性，将上述得到的最优实验数据组进行实验验证，为了操作的便捷，把实验参数调整为超声32min，功率70W，乙醇浓度61%，液料比为20：1，实际测得大麦若叶青汁粉总多酚得率为12.04mg/g，将实验所得值与预测值进行单因素T检验，见表4。分析得出t为0.85，双侧Sig.值为0.49>0.05，两组数据之间不存在显著差异，说明响应面可以很好地预测大麦若叶青汁粉中总多酚得率。

3 结论

本选采用超声辅助提取大麦若叶青汁粉中总多酚，用RSM法预测大麦若叶青汁粉多酚提取的最佳工艺条件，通过实验验证最佳工艺条件下大麦若叶青汁粉的多酚得率，结果表明，大麦若叶青汁粉最优提取方案为选用乙醇61%，料液比20：1mL/g，在70W超声功率下超声32min，实际测得大麦若叶青汁粉总多酚为12.04mg/g，和预测值11.92之间无显著差异。运用响应面法可有效地优化超声提取大麦若叶青汁粉总多酚，为大麦若叶青汁粉中多酚物质的利用提供了可靠的理论依据。

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