大麥若葉青汁粉總?cè)瞥曁崛」に囇芯?/h1>

2021-04-10 03:57:18許雪華蔣變玲

蘭州文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)訂閱 2021年2期 收藏

關(guān)鍵詞：三萜大麥液料

陳 瓊，許雪華，蔣變玲

(宿州學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，宿州 234000)

大麥屬一年生禾本科植物，而大麥若葉是生長(zhǎng)到15 ～ 30 cm的大麥嫩葉[1].大麥若葉保健品起源于1960～1970年，一位日本醫(yī)學(xué)博士(荻原義秀)飲用麥苗汁一定時(shí)間后，因汞中毒而嚴(yán)重受損的身體恢復(fù)了健康，隨后發(fā)表相關(guān)論文，并促進(jìn)大麥苗汁保健品的商業(yè)化[2].進(jìn)入21世紀(jì)后，伴隨麥綠素系列保健品迅速風(fēng)靡美國(guó)、香港、新加坡等地，而對(duì)大麥苗的研究成為新的熱點(diǎn)[2-3].王曉潔等[4]、Panthi Mamata等[5]的研究表明，大麥苗不但具有抗氧化、穩(wěn)定紅細(xì)胞膜、抗疲勞、提高機(jī)體免疫力和增強(qiáng)耐力的作用，而且具有顯著的消炎作用.張秋英等[6]通過(guò)臨床觀(guān)察表明，麥苗粉可改善寢息和記憶、促進(jìn)傷愈、緩解不適、促進(jìn)排毒和延緩衰老等功效.王煒等[1]推斷，大麥苗的功效可能與其抗氧化酶類(lèi)、葉綠素、黃酮類(lèi)等活性物質(zhì)有關(guān).此外，大麥苗中的各類(lèi)豐富的營(yíng)養(yǎng)素和膳食纖維[1]以及其他功能性成分如多酚[6]、γ-氨基丁酸[7]等受到較多關(guān)注，但尚缺乏關(guān)于大麥若葉中總?cè)频膱?bào)道.

三萜類(lèi)化合物還具有抗菌抗炎、抑制腫瘤、調(diào)節(jié)血糖、防治心血管疾病等諸多功能[8].對(duì)于天然物質(zhì)中活性成分總?cè)苹衔锍煞值奶崛?，?guó)內(nèi)外已有較多的方法，目前常采用以下提取方法：傳統(tǒng)浸提法(包括回流提取法、浸提法和水煮醇沉法)[9]，該方法耗時(shí)，有效成分易受破壞，且提取效率有限[10]；超臨界CO2提取[11]，該方法價(jià)格昂貴，運(yùn)行消耗較大，清洗維護(hù)困難，生產(chǎn)成本高，難以產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)[12]；實(shí)際應(yīng)用中，微波提取法[13]不能用于熱敏感性物質(zhì)的提取[14]；超聲波提取法[15]可加速有效成分溶出，縮短提取時(shí)間并提高提取率，亦免去高溫對(duì)提取成分的影響[16].本研究采取超聲助提的方式提取大麥若葉青汁粉中的總?cè)?，并運(yùn)用響應(yīng)面軟件優(yōu)化大麥若葉青汁粉總?cè)铺崛l件.

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大麥若葉青汁粉(隨州市萬(wàn)松堂康匯有限公司)；香草醛(分析純)(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；熊果酸(≥98%)(庫(kù)爾化學(xué)科技(北京)有限公司).

722N紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(上海元析儀器有限公司)；KQ5200DE超聲波清洗機(jī)(昆山市超聲儀器有限公司)；FA-N精密電子天平(賽多利斯科學(xué)儀器北京有限公司)；H1850臺(tái)式高速離心機(jī)(湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開(kāi)發(fā)有限公司).

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 總?cè)坪繙y(cè)定

總?cè)坪繙y(cè)定參照劉奇等[17]的研究方法，略有改進(jìn).

標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的繪制：配制0.18 mg/mL的熊果酸標(biāo)準(zhǔn)品母液.分別吸取0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mL標(biāo)準(zhǔn)品母液于試管中，用沸水浴揮干溶劑后，依次加入0.2 mL香草醛-冰乙酸(5%，現(xiàn)配)及0.8 mL的HClO4，迅速振蕩混勻，70 ℃水浴15 min后冷水浴冷卻至室溫.加入5 mL的冰乙酸搖勻，避光處反應(yīng)30 min.空白以乙醇代替熊果酸標(biāo)液，于546 nm處測(cè)定吸光度.以吸光度值為Y軸，熊果酸質(zhì)量為X軸，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn).所得標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)為y=8.6889x-0.0046，R2= 0.9913.

大麥若葉青汁粉中總?cè)频臏y(cè)定：將單因素試驗(yàn)的提取液于3 500 r/min下離心15 min，上清液為待測(cè)液.吸取0.2 mL待測(cè)液，沸水浴揮干溶劑.后續(xù)操作如標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的繪制，計(jì)算大麥若葉青汁粉中總?cè)频牡寐?，公式如?

式中：X為所得標(biāo)曲中大麥若葉青汁粉總?cè)频馁|(zhì)量/mg；V為超聲溶劑體積/mL；M為大麥若葉青汁粉質(zhì)量/g；n表示稀釋倍數(shù).

1.2.2 單因素試驗(yàn)

精確稱(chēng)取1.00 g大麥若葉青汁粉，提取工藝條件見(jiàn)表1，分別考察乙醇濃度、液料比、超聲時(shí)間和功率對(duì)大麥若葉青汁粉總?cè)铺崛〉寐实挠绊?

表1 單因素試驗(yàn)

1.2.3 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

因提取功率在80 W后對(duì)總?cè)铺崛÷实挠绊懖伙@著，故不作為響應(yīng)面法優(yōu)化的考慮因素.根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定因素為乙醇濃度、液料比和超聲時(shí)間，因素代碼分別為A、B、C，選取相應(yīng)因素下總?cè)铺崛÷瘦^高的3個(gè)水平(-1、0、1，分別代表最大值左側(cè)值、最大值、最大值右側(cè)值).運(yùn)用Design-Expert 8.06軟件，選取Box-Benhnken中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，以總?cè)铺崛÷蕿轫憫?yīng)值，對(duì)提取條件進(jìn)行優(yōu)化，響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2.

表2 響應(yīng)面分析因素和水平

1.2.4 數(shù)據(jù)分析

所有測(cè)定均進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，采用SPSS 20.0進(jìn)行Duncan’s差異性分析(P<0.05)和單樣本t檢驗(yàn)，運(yùn)用軟件Design-Expert 8.06進(jìn)行響應(yīng)面分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 乙醇對(duì)大麥若葉青汁粉總?cè)铺崛〉寐实挠绊?/p>

運(yùn)用SPSS軟件統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果如圖1，圖中5個(gè)點(diǎn)是5組數(shù)據(jù)的平均值. 運(yùn)用SPSS對(duì)這5組數(shù)據(jù)進(jìn)行兩兩比較以分析數(shù)據(jù)之間有沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差異，用字母a～d表示總?cè)频寐蕪母叩降?，同一字母表示組之間無(wú)顯著差異，不同字母代表差異顯著(P<0.05)(以下所有圖同).

圖1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)總?cè)频寐实挠绊?/p>

由圖1可知，當(dāng)濃度在50%～60%時(shí)，總?cè)频寐鼠E增；而在60%～80%時(shí)，總?cè)频寐势椒€(wěn)遞增.當(dāng)濃度在80%～90%區(qū)間時(shí)，總?cè)频寐孰S乙醇濃度的增加反而降低.推測(cè)其原因可能是：當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)大于80%時(shí)，蛋白凝固產(chǎn)生傳質(zhì)阻力，阻礙青汁粉中三萜的提取[18]；或者大麥若葉中三萜為弱極性物質(zhì)，與80%乙醇極性相似，隨乙醇濃度增加，溶劑極性改變而溶解度降低[19]；抑或乙醇濃度過(guò)大導(dǎo)致多糖、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)產(chǎn)生凝聚和阻滯，堵塞組織微孔，致使三萜擴(kuò)散阻力增加[20].而且乙醇濃度過(guò)高會(huì)造成成本不必要的消耗，所以，最佳乙醇濃度是80%.

2.1.2 液料比對(duì)大麥若葉青汁粉總?cè)铺崛〉寐实挠绊?/p>

液料比對(duì)大麥若葉青汁粉總?cè)铺崛〉寐实挠绊懭鐖D2，圖中不同小寫(xiě)字母代表差異顯著(P<0.05).

圖2 液料比對(duì)總?cè)频寐实挠绊?/p>

由圖2可得，在液料比10∶1 ～ 20∶1之間，提取率隨液料比增加而增加，原因?yàn)橐毫媳仍黾?，三萜酸?lèi)在物料和溶劑之前濃度差增加，有利于傳質(zhì)作用[21]，且不利于超聲空化作用[17].在液料比為20∶1時(shí)三萜提取率達(dá)到峰值，隨后料液比增加，提取率下降.推測(cè)物料中的三萜含量有限，隨液料比增加，在相同時(shí)間內(nèi)體系升溫較慢，從而影響提取[22].因此，最佳液料比為20∶1.

2.1.3 超聲時(shí)間對(duì)大麥若葉青汁粉總?cè)铺崛〉寐实挠绊?/p>

超聲時(shí)間對(duì)大麥若葉青汁粉總?cè)铺崛〉寐实挠绊懭鐖D3.由圖3可知，在超聲20 min時(shí)，大麥若葉青汁粉總?cè)频寐蔬_(dá)到峰值.推測(cè)超聲時(shí)間過(guò)短，大麥若葉青汁粉中的三萜物質(zhì)還沒(méi)有完全從物料中溶解擴(kuò)散到溶劑中；而在超聲時(shí)間超過(guò)20 min后三萜得率顯著下降，推測(cè)物料在持續(xù)超聲作用下，機(jī)械剪切力會(huì)破壞溶出的三萜類(lèi)物質(zhì)，使得三萜得率下降，并且會(huì)引起其他醇溶性物質(zhì)的析出，與三萜競(jìng)爭(zhēng)溶劑，從而使總?cè)频奶崛÷氏陆礫22].所以20 min為最佳超聲提取時(shí)間.

圖3 超聲時(shí)間對(duì)總?cè)频寐实挠绊?/p>

2.1.4 超聲功率對(duì)大麥若葉青汁粉總?cè)铺崛〉寐实挠绊?/p>

超聲功率對(duì)大麥若葉青汁粉總?cè)铺崛〉寐实挠绊懭鐖D4.

圖4 超聲功率對(duì)總?cè)频寐实挠绊?/p>

由圖4可見(jiàn)，總?cè)频寐试诠β?0～80 W之間時(shí)隨功率增加呈折線(xiàn)式上升.推測(cè)增強(qiáng)的超聲功率使大麥若葉細(xì)胞壁破碎增加，致使三萜提取率增加.當(dāng)超聲功率為80 W時(shí)，得率最大，而后變化不顯著.因此最佳超聲功率為80 W.超聲功率過(guò)大，加快的溶液分子運(yùn)動(dòng)可能破壞三萜結(jié)構(gòu)[17].

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化提取工藝

2.2.1 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)定因素代碼A、B、C以及選取3個(gè)水平(-1、0、1)，通過(guò)Box-Benhnken中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，得到17組試驗(yàn)方案，并據(jù)此進(jìn)行提取分析，相關(guān)數(shù)據(jù)如表3.

2.2.2 模型的建立以及方差分析

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立大麥若葉青汁粉總?cè)铺崛〉寐逝c3個(gè)因素間的反應(yīng)關(guān)系，用R表示青汁粉總?cè)频奶崛〉寐仕梅匠淌綖椋?/p>

R= 21.92-0.18A+3.31B+0.68C+1.08AB-1.15AC+4.09BC-2.08A2-5.16B2-4.81C2.回歸系數(shù)方差分析見(jiàn)表4.

由方差分析看出，A2對(duì)三萜得率影響顯著(P<0.05)，B、BC、B2、C2對(duì)總?cè)频寐视绊憺闃O顯著(P<0.01).由F檢驗(yàn)得，各因素影響大小順序?yàn)椋阂毫媳? 超聲時(shí)間>乙醇體積分?jǐn)?shù)%.模型的F值為28.29且P=0.0001(<0.01)，相關(guān)系數(shù)R2=0.9732，說(shuō)明該模型擬合效果極顯著，該模型有效，模型預(yù)測(cè)值和三萜提取率試驗(yàn)值具有良好的一致性.失擬項(xiàng)P值為0.0910(>0.05)，失擬不顯著，說(shuō)明實(shí)際值和模型預(yù)測(cè)值不擬合的概率較小.而信噪比為16.967，遠(yuǎn)大于4，說(shuō)明該模型適合指導(dǎo)工藝優(yōu)化.綜上，該方程的擬合度很好，可以用于優(yōu)化和預(yù)測(cè)大麥若葉青汁粉總?cè)铺崛∽罴压に?

2.2.3 響應(yīng)曲面分析

通過(guò)Box-Behnken試驗(yàn)得到的二次回歸模型所作的響應(yīng)面圖及等高線(xiàn)如圖5-圖7，可用于評(píng)價(jià)各因素間交互作用對(duì)大麥若葉青汁粉總?cè)铺崛〉寐实挠绊懀⑶掖_定各因素的最佳水平范圍.響應(yīng)曲面坡度平緩，等高線(xiàn)呈圓形，則說(shuō)明二者的相互作用弱，反之則強(qiáng)[22].由表3可見(jiàn)，液料比和超聲時(shí)間之間交互作用顯著，可由圖7直觀(guān)反映出.

表3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

表4 回歸方程系數(shù)方差分析表

圖5 乙醇體積分?jǐn)?shù)和液料比交互作用的響應(yīng)曲面圖和等高線(xiàn)圖

圖6 超聲時(shí)間和乙醇體積分?jǐn)?shù)交互作用的響應(yīng)曲面圖和等高線(xiàn)圖

圖7 超聲時(shí)間和液料比交互作用的響應(yīng)曲面圖和等高線(xiàn)圖

2.3 最佳提取工藝的驗(yàn)證

根據(jù)模型分析可知，大麥若葉青汁粉總?cè)铺崛〉淖罴褩l件是：乙醇79.97 %，超聲22.50 min，液料比為24.20∶1，大麥若葉青汁粉總?cè)祁A(yù)測(cè)值為22.70 mg/g.考慮到現(xiàn)實(shí)操作的限制，將乙醇體積分?jǐn)?shù)修正為80%，液料比為24∶1，超聲時(shí)間選擇22 min，超聲功率定為80 W.按照修整后條件進(jìn)行提取，總?cè)频寐蕿?1.69 mg/g，將實(shí)測(cè)值與理論預(yù)測(cè)值進(jìn)行單樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4.

系統(tǒng)計(jì)算分析得出t為-1.572，雙側(cè)Sig.值0.257>0.05，實(shí)測(cè)值和理論值之間不存在顯著差異，說(shuō)明響應(yīng)面可以很好地預(yù)測(cè)大麥若葉青汁粉中總?cè)频寐?

表5 三萜得率與預(yù)測(cè)值的單樣本t檢驗(yàn)

3 結(jié)論

以大麥若葉青汁粉為試驗(yàn)原料，用超聲波輔助提取大麥若葉青汁粉中的總?cè)疲紤]多個(gè)因素對(duì)大麥若葉青汁粉總?cè)坪康挠绊?，再以此為?shù)據(jù)基礎(chǔ)，用響應(yīng)面軟件進(jìn)行優(yōu)化，預(yù)測(cè)最優(yōu)提取工藝，最終獲得的提取條件為：液料比為24∶1 (mL/g)，超聲22 min，乙醇80%，實(shí)測(cè)總?cè)频寐蕿?1.69 mg/g.同時(shí)，超聲提取相比傳統(tǒng)提取方法在成本消耗、環(huán)境污染、提取時(shí)間、設(shè)備維護(hù)、有效成分的含量等上面均有著較多優(yōu)勢(shì).超聲助提與響應(yīng)面法的結(jié)合，很大程度上促進(jìn)了大麥若葉青汁粉總?cè)频慕雎?，為其開(kāi)發(fā)利用提供依據(jù)和基礎(chǔ).

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