玉米苞葉總黃酮超聲波輔助提取的響應(yīng)面優(yōu)化及其抗氧化測定

鄧紅梅,葉燕娜(廣東石油化工學院果蔬加工與保藏開發(fā)中心,廣東茂名　525000)

玉米苞葉總黃酮超聲波輔助提取的響應(yīng)面優(yōu)化及其抗氧化測定

鄧紅梅,葉燕娜
(廣東石油化工學院果蔬加工與保藏開發(fā)中心,廣東茂名525000)

采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化超聲波輔助乙醇提取玉米苞葉總黃酮,利用BoxGBehnken組合設(shè)計研究了料液比、乙醇質(zhì)量分數(shù)、超聲波處理時間、水浴時間4個因素對黃酮提取率的影響.結(jié)果表明,玉米苞葉黃酮提取的最佳工藝條件為:乙醇質(zhì)量分數(shù)為80%,料液比為1∶26,超聲波處理時間為40 min,水浴時間為34 min.進一步對玉米苞葉總黃酮的抗氧化性進行測定,結(jié)果表明:玉米苞葉中總黃酮對DPPH自由基的清除能力和還原能力大于維生素C.

超聲波;玉米苞葉;黃酮;抗氧化

引用格式:Deng Hongmei,Ye Yanna．Measurement on Response Surface Optimization and Antioxidation of UlG trasoundGassisted Extraction of Total CornGbract Flavonoids[J]．Journal of Gansu Sciences,2016,28(2):38G43．[鄧紅梅,葉燕娜．玉米苞葉總黃酮超聲波輔助提取的響應(yīng)面優(yōu)化及其抗氧化測定[J]．甘肅科學學報,2016,28(2):38G43．] doi:10．16468/j．cnkii．ssn1004G0366．2016．02．009．

黃酮類化合物具有抗氧化、抗癌、抗心血管疾病等作用,是一種天然的抗氧化劑[1G4].最早研究玉米黃酮類化合物是以花粉為原料,但用玉米花粉作為原料提取黃酮類化合物會影響玉米受精[5],繼而影響玉米的產(chǎn)量,而利用丟棄的成熟玉米苞葉作為原料不僅不影響玉米受精,而且廢物利用,避免環(huán)境污染,具有很好的發(fā)展前景.超聲波輔助提取(UAE,ultrasoundGassisG ted extraction)技術(shù)是目前常用于天然產(chǎn)物提取的一種方法,具有提取時間短、避免提取物分解的特點.從玉米苞葉中提取黃酮類化合物成本低,研究響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波輔助乙醇提取玉米苞葉總黃酮工藝,可為玉米苞葉綜合利用提供一條新的途徑.

1　材料與方法

1．1材料、試劑和設(shè)備

材料:玉米苞葉,收集于茂名市茂南區(qū)官渡市場.選擇新鮮的、顏色淺的,干燥粉碎過40目篩.

試劑:蘆丁標準品、2G二苯基G2G苦味酰自由基(DPPH?)標準品、硝酸鋁、亞硝酸鈉、氫氧化鈉、無水乙醇、三氯化鐵、抗壞血酸、鄰苯三酚、鐵氰化鉀等,均為分析純.

儀器:AUY220分析天平,DKGS24電熱恒溫水浴鍋,LG550臺式離心機,UVG2600紫外可見光光度計,KQ5200DE型超聲波清洗器,VG5000型722分光光度儀.

1．2試驗方法

(1)玉米苞葉黃酮的提取流程玉米苞葉→洗凈曬干→真空干燥24 h→粉碎(40目)→稱樣(1 g)→加提取劑(乙醇)→超聲波處理→水浴恒溫提取→真空抽濾→萃取葉綠素(石油醚)→總黃酮.

(2)玉米苞葉黃酮含量測定標準曲線的繪制[6]:利用黃酮與鋁離子在堿性和亞硝酸存在的條件下生成穩(wěn)定的色澤,用蘆丁標準品做標準曲線,得出蘆丁含量(x)與吸光度(y)之間的線性回歸方程為y＝118．74x－0．004 5,R2＝0．999 7.

黃酮提取率的計算[7]:玉米苞葉黃酮提取液按標準曲線繪制的操作方法測其吸光度,代入回歸方程計算出樣品中黃酮質(zhì)量濃度C(mg/m L),則

(3)單因素試驗影響玉米苞葉總黃酮提取率的因素很多,試驗以料液比(1∶10、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40)、乙醇質(zhì)量分數(shù)(40%、50%、60%、70%、80%、90%)、超聲波處理時間(25 min、30 min、35 min、40 min、45 min、50 min)、超聲波功率(50 W、60 W、70 W、80 W、90 W、100 W)、水浴恒溫時間(25 min、30 min、35 min、40 min、45 min、50 min)、水浴溫度(40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃)6個因素為考察對象,以玉米苞葉總黃酮提取率為指標,研究各因素對玉米苞葉總黃酮提取率的影響.

(4)響應(yīng)面試驗根據(jù)單因素試驗,選擇對玉米苞葉總黃酮提取率影響明顯的4個因素,根據(jù)這4個單因素試驗所確定的水平范圍,采用DesignGExG pert 6．0．5軟件設(shè)計響應(yīng)面試驗.

(5)總還原力的測定試驗取玉米苞葉總黃酮和維生素C分別配制成0．10 mg/m L、0．12 mg/m L、0．14 mg/m L、0．16 mg/m L、0．18 mg/m L的溶液,參考文獻[8]進行試驗,在700 nm處測定吸光度值.測定的吸光值越大,樣品的還原能力就越強.

(6)清除DPPH自由基試驗取0．10 mg/m L、0．12 mg/m L、0．14 mg/m L、0．16 mg/m L、0．18 mg/m L的玉米苞葉總黃酮溶液和維生素C溶液2 m L,參考文獻[9,10],加入2 m L DPPH溶液,在517 nm處測得吸光值為A1,空白組為用2 m L 95%的乙醇溶液代替DPPH溶液,測得吸光值為A2;對照組為2 m L DPPH溶液與2 m L蒸餾水在517 nm下測得吸光值為A0;以等體積蒸餾水和95%的乙醇混合液作為空白調(diào)零.DPPH自由基清除率公式為DPPH自由基清除率

(7)數(shù)據(jù)處理單因素試驗、抗氧化試驗的數(shù)據(jù)與作圖用Graph Pad Prism 5軟件處理;響應(yīng)面分析與作圖用DesignGExpert 6．0．5軟件處理.

2　結(jié)果與分析

2．1單因素試驗結(jié)果

UAE技術(shù)就是利用超聲波的強振動、高加速度、強空化效應(yīng)、強攪拌作用來縮短天然產(chǎn)物有效成分進入溶劑的時間,加快提取過程,提高提出率,并有效避免高溫對有效成分的破壞[11,12].超聲波處理40 min,超聲波功率100 W,乙醇質(zhì)量分數(shù)70%,料液比1∶25,水浴溫度50℃,水浴時間35 min時,玉米苞葉總黃酮提取率最高,如圖1所示.因?qū)嶒炇业某暡ㄇ逑雌鞯墓β首罡咧挥?00 W,所以后續(xù)試驗均采用100 W的超聲波來輔助提取玉米苞葉總黃酮.水浴溫度對玉米苞葉總黃酮提取率的影響不是很明顯,所以后續(xù)試驗均采用50℃的水浴溫度.

圖1　各因素對玉米苞葉總黃酮提取率的影響Fig．1　Influence of each factor on the total cornGbract flavonoids extraction rate

根據(jù)單因素試驗的結(jié)果,篩選出乙醇質(zhì)量分數(shù)、料液比、超聲波處理時間、水浴時間對玉米苞葉總黃酮提取率影響較明顯,確定最佳試驗范圍,進行響應(yīng)面試驗.

2．2響應(yīng)面法優(yōu)化條件

(1)響應(yīng)面分析方案及結(jié)果設(shè)計響應(yīng)面因素水平表(見表1),選用BoxGBehnken Design模型,以玉米苞葉黃酮提取率為響應(yīng)值,進行四因素三水平共29個實驗點的試驗,試驗設(shè)計及結(jié)果見表2.

表1　響應(yīng)面試驗因素與水平表Table 1　Experiment factor and level list of response surface

表2　響應(yīng)面試驗設(shè)計和結(jié)果Table 2　Experiment design and experimental result of response surface

通過DesignGExpert 6．0．5軟件對試驗結(jié)果進行響應(yīng)面分析,經(jīng)過二次回歸擬合后,得出以玉米苞葉黃酮提取率為目標函數(shù)的二次回歸方程:

模型系數(shù)顯著性檢驗和方差分析結(jié)果見表3.

表3　模型回歸系數(shù)顯著性檢驗和方差分析結(jié)果Table 3　Significance testing and variance analysis results of model regression coefficient

從表3可知,回歸方程模型是極顯著的,一次項B(料液比)、交互項BD(料液比與水浴時間的交互作用)對響應(yīng)值的影響是顯著的;二次項A2、B2、C2、D2對響應(yīng)值的影響均極顯著,失擬項不顯著(P＝0．428 9),說明該模型的擬合度良好[13].

(2)響應(yīng)面分析與優(yōu)化響應(yīng)面圖形是響應(yīng)值對各試驗因子所構(gòu)成的三維空間的曲面圖,從響應(yīng)面分析圖上可直觀地看出最佳參數(shù)及各參數(shù)之間的相互作用[14].響應(yīng)面圖均為向上凸起的曲面,見圖2~圖7.各圖中隨著各個因素值的增加,其響應(yīng)值均出現(xiàn)先增大后減小,從而可獲得一個優(yōu)值.用DesignGExepert軟件對各參數(shù)進行分析,得到超聲波輔助提取玉米苞葉黃酮的最優(yōu)提取條件:乙醇質(zhì)量分數(shù)為79．78%,料液比為1∶25．96(g/m L),超聲波處理時間40．14 min,水浴時間33．85 min.

圖2　乙醇質(zhì)量分數(shù)與料液比的相互作用對總黃酮提取率的影響Fig．2　The influence of interaction between ethyl alcohol content and feed solution proportion on total cornGbract flavonoids extraction rate

圖3　乙醇質(zhì)量分數(shù)與超聲波處理時間相互作用對總黃酮提取率的影響Fig．3　The influence of interaction between ethyl alcohol content and ultrasonic treatment time on total cornGbract flavonoids extraction rate

圖4　乙醇質(zhì)量分數(shù)與水浴時間的相互作用對總黃酮提取率的影響Fig．4　The influence of interaction between ethyl alcohol content and waterGbath time on total cornGbract flavonoids extraction rate

圖5　料液比與超聲波處理時間的相互作用對總黃酮提取率的影響Fig．5　The influence of interaction between feed solution proportion and ultrasonic treatment time on total cornGbract flavonoids extraction rate

圖6　料液比與水浴時間相互作用對總黃酮提取率的影響Fig．6　The influence of interaction between feed solution proportion and waterGbath time on total cornGbract flavonoids extraction rate

圖7　超聲波處理時間與水浴時間相互作用對總黃酮提取率的影響Fig．7　The influence of interaction between ultrasonic treatment time and waterGbath time on total cornGbract flavonoids extraction rate

為了驗證響應(yīng)面法能否真實地反映各因素對玉米苞葉總黃酮提取率的影響,我們用獲得的最優(yōu)提取條件進行了驗證試驗,并將最佳條件改為乙醇質(zhì)量分數(shù)80%,料液比1∶26(g/m L),超聲波處理時間40 min,水浴時間34 min以便于操作,得到玉米苞葉總黃酮平均提取率為0．42%,與理論預(yù)測值相差0．02%,說明響應(yīng)面法是可靠的.

2．3抗氧化性結(jié)果與分析

(1)玉米苞葉總黃酮總還原力玉米苞葉總黃酮和維生素C的還原力均隨著質(zhì)量濃度的增大而增強.同一濃度下,玉米苞葉總黃酮的還原力比維生素C強,見圖8(a).還原性越強,抗氧化性也越強[15].

(2)玉米苞葉總黃酮清除DPPH自由基玉米苞葉總黃酮和維生素C對DPPH自由基的清除作用隨著質(zhì)量濃度的增加越來越大.當質(zhì)量濃度為0．18 mg/m L時,玉米苞葉總黃酮對DPPH自由基的清除率達82%,比維生素C強10%,見圖8(b).

圖8　玉米苞葉總黃酮與維生素C還原力及DPPH自由基清除率的比較Fig．8　Comparison of total cornGbract flavonoids with reducing power of VitC&scavenging activity of DPPH

3　結(jié)論

對超聲波輔助提取玉米苞葉總黃酮最優(yōu)工藝進行探究,在預(yù)實驗中確定超聲波功率為100 W,水浴溫度為50℃,篩選出乙醇質(zhì)量分數(shù)、料液比、超聲波處理時間、水浴時間對玉米苞葉總黃酮提取的影響比較大,根據(jù)四因素三水平的響應(yīng)面分析法得到了最優(yōu)的工藝條件為乙醇體積分數(shù)80%,料液比1∶26(g/m L),超聲波處理時間40 min,水浴時間34 min時總黃酮提取率為0．42%.玉米苞葉總黃酮提取率不高的可能原因一是超聲波功率較低,未能很好地達到超聲波處理的目的,二是玉米苞葉的品種所致.

體外抗氧化性的實驗表明:玉米苞葉黃酮的總還原力高于維生素C,隨著質(zhì)量濃度的增大而增強;對DPPH自由基的清除隨著質(zhì)量濃度的增大而增強,同一濃度下的清除率高于維生素C.所以玉米苞葉黃酮是一種較好的天然抗氧化劑.

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Measurement on Response Surface Optimization and Antioxidation of UltrasoundGassisted Extraction of Total CornGbract Flavonoids

Deng Hongmei,Ye Yanna
(Technology Development Center of Fruit and Vegetable Processing and Storage Engineering, Guangdong University of Petrochemical Technology,Maoming 525000,China)

The influence of four factors,which includes feed solution proportion,ethyl alcohol content,ulG trasonic treatment time and waterGbath time,on the flavonoid extraction rate is designed and studied by uG sing response surface methodology optimizing the conditions of ultrasound assistance in extracting total cornGbract flavonoids from ethyl alcohol．The result shows that optimal technological condition of extracG tion of cornGbract flavonoids is as per blow:ethyl alcohol content is 80%,feed solution proportion is 1 to 26,ultrasonic treatment time is 40 minutes,and waterGbath time is 34 minutes．Result after further measG urement on the antioxidation of total cornGbract flavonoids indicates that the scavenging activity and reducG ing power of total cornGbract flavonoids on DPPH free radical is bigger than vitamin C．

Ultrasonic wave;Corn bract;Flavonoids;Antioxidation

S122

A

1004G0366(2016)02G0038G06

2015G08G17;

2015G09G29．

廣東高校果蔬加工與貯藏工程技術(shù)開發(fā)中心開放基金(2015B003)．

鄧紅梅(1965G),女,廣東茂名人,副教授,研究方向為天然產(chǎn)物提取及農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)．EGmail:dhm005＠126．com．