基于超聲波輔助的燕麥多酚提取及穩(wěn)定性研究*

李佳運 李 楠*

（運城學(xué)院生命科學(xué)系，山西運城 044000）

燕麥（Avena sativa L.）是禾本科燕麥屬一年生草本植物，主要在山西、河北、內(nèi)蒙古等地種植。近些年，隨著人們保健意識的增強(qiáng)，燕麥因其獨特的營養(yǎng)和保健功能越來越受到重視。燕麥含有較多的抗氧化物質(zhì)，如多酚、植酸、維生素E、蒽酰胺等，具有降血壓、降血糖、預(yù)防心血管疾病等功效。有研究表明，燕麥多酚具有較強(qiáng)的清除DPPH自由基能力，且可以抑制低密度脂蛋白氧化。谷物多酚與蔬菜水果多酚組成不同，兩者在體內(nèi)可以通過協(xié)同作用增強(qiáng)生物活性。

近年來對燕麥多酚的分離純化及其抗氧化活性研究較多，而對燕麥多酚的穩(wěn)定性研究較少。多酚是分子內(nèi)含有一個或多個羥基與一個或幾個苯環(huán)相聯(lián)的一類植物化合物的總稱。燕麥多酚應(yīng)用于食品加工或貯藏等過程中容易受到溫度、pH、光照等影響而降解，抗氧化活性降低。本文以燕麥為原料，采用超聲波輔助有機(jī)溶劑浸提的方法優(yōu)化燕麥多酚的提取工藝，并研究燕麥多酚的穩(wěn)定性，旨在為提高燕麥多酚的提取、穩(wěn)定性及其開發(fā)利用價值提供理論依據(jù)和方法參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

燕麥，產(chǎn)自山西省朔州市山陰縣，經(jīng)粉碎機(jī)粉碎過60 目篩，將燕麥粉與無水石油醚按1∶2 的比例裝入磨口三角瓶中，脫脂處理48 h，干燥箱干燥至無結(jié)塊粉末，備用。

沒食子酸，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；無水乙醇、Folin 試劑、碳酸鈉、鹽酸、氫氧化鈉，均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-5500 PC 型紫外分光光度計，上海元析儀器有限公司；數(shù)顯式恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；FA 1604 型電子天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；PHS-3E 型酸度計，上海佑科儀器儀表有限公司；數(shù)控超聲波清洗器，南京壘君達(dá)超聲電子設(shè)備有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.3 試驗設(shè)計

1.3.1 單因素試驗

分別選取料液比（1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30）、提取溫度（20 ℃、30 ℃、40、50 ℃、60 ℃）、提取時間（10 min、20 min、30 min、40 min、50 min）、乙醇體積濃度（40%、50%、60%、70%、80%）為影響因素進(jìn)行燕麥多酚的提取，計算得率。

1.3.2 響應(yīng)面試驗

以單因素試驗為基礎(chǔ)，應(yīng)用Box-Benhnken 中心組合實驗設(shè)計，采用3 因素3 水平進(jìn)行響應(yīng)面試驗。因素水平編碼見表1。

表1 響應(yīng)面因素水平編碼

1.4 多酚含量測定

1.4.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線制作

參考王紅的方法，采用福林酚法測定多酚含量。分別移取0.0 mL、1.0 mL、2.0 mL、3.0 mL、4.0 mL、5.0 mL、6.0 mL 濃度為100 μg/mL 的沒食子酸溶液于50 mL 棕色容量瓶，加入3 mL 稀釋10 倍的Folin 試劑，再加入9 mL 10%Na2CO3溶液，蒸餾水定容，搖勻，避光反應(yīng)30 min，以蒸餾水做對照，在波長760 nm 處測定吸光值3 次并取平均值。以吸光值為縱坐標(biāo)，沒食子酸質(zhì)量濃度（μg/mL）為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得回歸方程：y=0.048 7x-0.012 1，相關(guān)系數(shù)R2=0.993 7。

1.4.2 樣品多酚含量測定

反應(yīng)體系中多酚提取液加入量為5 mL，其余步驟和標(biāo)準(zhǔn)曲線一致。樣品中多酚含量的計算公式如下：

式中：M——多酚含量，μg/g；

V——提取液體積，mL；

C——沒食子酸質(zhì)量濃度，μg/mL；

m——樣品質(zhì)量，g；

N——稀釋倍數(shù)。

1.5 燕麥多酚的穩(wěn)定性試驗

1.5.1 溫度對多酚穩(wěn)定性的影響

將燕麥多酚提取液分別置于4 ℃、25 ℃、50 ℃、75 ℃、100 ℃下避光恒溫處理，每隔1 h 用福林酚法測定多酚含量計算保留率（保留率=處理后的吸光值/處理前的吸光值），比較溫度對多酚穩(wěn)定性的影響。

1.5.2 pH 對多酚穩(wěn)定性的影響

參考馮婧的方法，并稍作修改。用稀氫氧化鈉和稀鹽酸調(diào)節(jié)去離子水pH 分別為3、5、7、9、11，以不同pH 去離子水：多酚提取液=10:1 的比例加入多酚提取液，室溫黑暗處理，每隔1 h 測定多酚含量計算保留率，比較不同pH 對多酚穩(wěn)定性的影響。

1.5.3 光照對多酚穩(wěn)定性的影響

取2 份相同的多酚提取液，1 份密封室內(nèi)自然光照處理，1 份密封避光處理，每隔1 h 測定多酚含量計算保留率，研究光照對多酚穩(wěn)定性的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 液料比對多酚得率的影響

當(dāng)提取溫度40 ℃，乙醇體積濃度60%，提取時間30 min 時，不同液料比對多酚得率的影響結(jié)果見下頁圖1。

由圖1 可知，隨著提取溶劑比例的增加，多酚得率增大，當(dāng)液料比為20∶1 時，增大趨勢逐漸趨于平緩，液料比過大會造成原料浪費，還會使碳水化合物、果膠、蛋白質(zhì)等醇溶性成分溶出。綜合考慮生產(chǎn)成本和提取效果，選取液料比為15∶1、20∶1、25∶1 進(jìn)行響應(yīng)面試驗。

圖1 液料比對多酚得率的影響

2.1.2 提取溫度對多酚得率的影響

設(shè)定液料比20∶1，乙醇體積濃度60%，提取時間30 min，不同提取溫度對多酚得率的影響結(jié)果見圖2。

圖2 提取溫度對多酚得率的影響

由圖2 可知，隨著溫度的升高，燕麥多酚得率先升高后降低，原因可能是當(dāng)溫度升高，分子間運動增加，溶劑的黏度降低，多酚的滲透、溶解、擴(kuò)散速率增快，使多酚更易于從燕麥中溶出。當(dāng)溫度達(dá)到40 ℃后，蛋白質(zhì)、維生素等大分子溶出，影響多酚得率，因此，選取提取溫度為30 ℃、40 ℃、50 ℃進(jìn)行響應(yīng)面試驗。

2.1.3 提取時間對多酚得率的影響

當(dāng)液料比20:1，乙醇體積濃度60%，提取溫度40 ℃，不同提取時間對多酚得率的影響結(jié)果見圖3。

圖3 提取時間對多酚得率的影響

由圖3 可知，提取前20 min 多酚得率增加較多，超過20 min 上升緩慢，30 min 后逐漸趨于平穩(wěn)，原因可能是提取30 min 時多酚在提取溶劑中的溶解度已經(jīng)達(dá)到最大值，所以在進(jìn)行響應(yīng)面試驗時固定提取時間為30 min。

2.1.4 乙醇體積濃度對多酚得率的影響

當(dāng)液料比20:1，提取時間30 min，提取溫度40 ℃，乙醇體積濃度對多酚得率的影響見圖4。

圖4 乙醇體積濃度對多酚得率的影響

由圖4 可知，得率隨乙醇體積濃度的增加先升高后降低，當(dāng)乙醇體積濃度為50%時，多酚得率為2.31 mg/g。乙醇體積濃度會影響溶劑的極性，從而影響活性物質(zhì)的溶出能力。適當(dāng)增加乙醇體積濃度會增高多酚得率，但是過高會破壞氫鍵，導(dǎo)致多酚得率下降，所以選取乙醇體積濃度為40%、50%、60%進(jìn)行響應(yīng)面試驗。

2.2 響應(yīng)面設(shè)計及結(jié)果分析

在單因素試驗基礎(chǔ)上進(jìn)行3 因素3 水平響應(yīng)面試驗。試驗設(shè)計共17 個試驗點，其中12 個析因點，5 個零點，零點位于區(qū)域的中心，重復(fù)5 次，用以估算試驗誤差，試驗設(shè)計及結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面設(shè)計及結(jié)果

續(xù)表2

用Design-Expert 軟件對表2 中數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到燕麥多酚得率與液料比A，提取溫度B，乙醇體積濃度C 的二次回歸方程：Y=48.16 A+0.03 B+0.08 C+0.17 AB-0.24 AC+4.18 ×10-4BC-398.56 A2-7.14×10-4B2-8.34×10-4C2-3.55

由表3 可知，模型的P 值小于0.01，說明模型極顯著。校正系數(shù)R2=0.978 3，說明多酚得率與3 個影響因子之間的擬合狀態(tài)良好，多酚得率的變化97.83%是由所選因子影響的，失擬誤差（P=0.2594）不顯著。3 個因素對多酚得率影響的大小順序為：提取溫度＞乙醇體積濃度＞液料比。方差分析結(jié)果表明，一次項中提取溫度B，交互項AC、BC，二次項A2、B2、C2對結(jié)果影響極顯著；一次項乙醇體積濃度C 和交互項AB 對結(jié)果影響顯著，其余不顯著。

由響應(yīng)面試驗得出的最佳工藝條件為液料比16.39∶1（mL∶g），提取溫度45.29 ℃，乙醇體積濃度54%，此時多酚得率預(yù)測值為2.341 mg/g，考慮實際條件，將工藝參數(shù)修為液料比16∶1（mL∶g），提取溫度45 ℃，乙醇體積濃度54%，在此條件下做3 次平行試驗，多酚得率為2.36 mg/g，說明該模型可以應(yīng)用于實際生產(chǎn)。

2.3 燕麥多酚穩(wěn)定性結(jié)果

2.3.1 溫度對多酚穩(wěn)定性的影響

溫度對多酚穩(wěn)定的影響結(jié)果見圖5。

圖5 溫度對多酚穩(wěn)定性的影響

由圖5 可知，多酚保留率在不同溫度下均隨著時間的延長而降低。溫度為4 ℃～25 ℃時，隨著時間的延長多酚含量下降緩慢，在25 ℃貯存4 h 后，多酚保留率為84.7%。當(dāng)溫度超過75 ℃，貯存時間4 h 時，保留率約為50%，原因可能是高溫破壞了多酚結(jié)構(gòu)，使多酚氧化降解，所以燕麥多酚應(yīng)保存在陰涼干燥處。

2.3.2 pH 對多酚穩(wěn)定性的影響

pH 對多酚穩(wěn)定性的影響結(jié)果見下頁圖6。

表3 回歸模型方差分析

圖6 pH 對多酚穩(wěn)定性的影響

如圖6 所示，多酚保留率受pH 影響較大。當(dāng)pH＜7 時，多酚較為穩(wěn)定，隨著時間延長多酚保留率較高；過高的pH 會影響多酚的穩(wěn)定性，使保留率下降，當(dāng)pH=11 時，貯存4 h 后，多酚的保留率為36.3%，多酚含量降低，可能是因為酚類化合物中含量酚羥基，呈弱酸性，當(dāng)處于堿性溶液中時，結(jié)構(gòu)破壞，多酚含量降低。燕麥多酚在偏酸性條件下較為穩(wěn)定。

2.3.3 光照對多酚穩(wěn)定性的影響

光照對多酚穩(wěn)定性的影響結(jié)果見圖7。

圖7 光照對多酚穩(wěn)定性的影響

由圖7 可知，在室內(nèi)自然光照或避光條件下，隨著貯存時間的延長，燕麥多酚的保留率均下降。避光條件下多酚保留率更高，原因可能是多酚在光照條件下被氧化，結(jié)構(gòu)遭到破壞，多酚降解，含量降低。所以燕麥多酚應(yīng)避光保存。

3 結(jié)論

本研究采用乙醇為提取溶劑，多酚得率為評價指標(biāo)，經(jīng)3 因素3 水平響應(yīng)面試驗設(shè)計得到燕麥多酚的最佳提取工藝條件為：液料比16:1（mL:g），提取溫度45 ℃，乙醇體積濃度54%，此條件下多酚得率為2.36 mg/g。穩(wěn)定性試驗結(jié)果表明，燕麥多酚應(yīng)貯存在陰涼避光處，在酸性條件下較為穩(wěn)定。