正交實驗法在小麥粉中甲醛振蕩提取條件的應用研究

張春芳 佟 琦

(河北省應用化學重點實驗室 燕山大學 環境與化學工程學院，河北 秦皇島 066004)

0 前言

“正交實驗法”是研究與處理多因素實驗的一種科學方法[1-2]。正交實驗設計應用領域十分廣泛，在醫藥方面，利用正交實驗方法優選復方苦黃噴霧劑[3]、優選黃連中小檗堿[4]等等；在食品方面，利用正交實驗方法提取棗核總黃酮[5]、海帶中多糖的提取[6]等等；在工業方面，正交實驗作為一種科學的實驗方法，在工業生產中具有廣闊的應用領域[7]。

小麥粉又稱面粉，是我國北方大部分地區的主食，以小麥粉制成的食物品種繁多，花樣百出，風味迥異[8]。市面上售出的小麥粉中往往會被添加漂白劑、防腐劑、酶制劑等食品添加劑，由于漂白劑、防腐劑等在一定條件下會分解釋放的甲醛，過量使用或者濫用這些食品添加劑會對人體健康帶來極大的危害[9-10]。由于小麥粉中甲醛存在本底值[11]問題，樣品中待測成分提取是實驗的一個重要環節，直接關系著檢驗結果的客觀和準確性。判斷是否添加了過量的食品添加劑或者面粉中甲醛的含量是否在國家允許的指標內時，必須多方面考慮影響甲醛提取的因素。

不同樣品中甲醛的提取方法有振蕩提取法[12]、蒸餾提取法[13]、微波輔助萃取法[14-15]、超聲提取法[16-17]、固相微萃取[18]等等。在眾多方法中，振蕩提取方法簡單、易操作，在樣品中成分提取方面發揮了重要作用。在振蕩提取方法中，影響提取效率的因素有許多，經常要設計做許多多因素實驗，實驗安排得好，既可以減少實驗次數縮短時間和避免盲目性，又能得到好的結果；實驗安排得不好，實驗次數既多，結果還不一定滿意[19]。

本文應用正交實驗設計方法優選出小麥粉中甲醛振蕩提取的最佳條件，其中甲醛的含量采用柱前衍生-高效液相色譜法進行檢測分析[20-21]，衍生試劑為Nash試劑，液相色譜儀配紫外檢測器，峰面積的大小作為甲醛提取量的實驗指標。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

Agilent 1200高效液相色譜儀、紫外可見分光光度計、Agilent Zorbax 300SB-C18色譜柱(安捷倫(科技)有限公司)；電熱恒溫水浴鍋(天津中環實驗電爐有限公司)；離心沉淀機(上海躍進醫療器械有限公司)；FA2104型電子天平(上海良平儀器儀表有限公司)；具塞三角瓶、容量瓶、膠頭滴管、玻璃棒、量筒、具塞比色管、移液管、0.45 μm孔徑的濾膜、注射器等。

鹽酸、氯化鈉、無水硫酸鈉、乙酸銨、冰乙酸及乙酰丙酮(分析純)；乙腈(色譜純)。

小麥粉為大眾市場流通銷售的普通食用面粉，實驗所用水均為去離子水。

1.2 溶液的配置

Nash試劑的配制：75 g乙酸銨，1.50 mL冰乙酸，1.0 mL乙酰丙酮，用去離子水定容至500 mL棕色瓶中，搖勻，避光儲存12 h后使用。

鹽酸-氯化鈉溶液：稱取5 g氯化鈉，用少量的水溶解，量取15 mL鹽酸(37%)，于250 mL容量瓶中加水定容至刻度，備用。

硫酸鈉溶液：稱取50 g無水硫酸鈉，用去離子水溶解后定容于250 mL容量瓶中，搖勻，備用。

1.3 實驗方法

1.3.1實驗流程

小麥粉→加入提取劑→振蕩提取→離心得上清液→衍生反應→色譜分析→計算峰面積→分析計算，得出最佳條件。

1.3.2提取條件

振蕩提取是一種十分常見的方法，被用于待測樣品中有效成分的提取，意義在于將待測樣品中固液相的接觸面積加大，以便達到樣品混合均勻，大幅度加大液體的流動性，從而提高提取效率，就振蕩方法本身而言不會對待測樣品本身帶來傷害或破壞。

在振蕩提取的操作中常見的兩種操作方式：水浴振蕩床和手動振蕩。本實驗采用的是手動振蕩，與實驗室配帶的恒溫水浴鍋一起使用。其中，可以控制的條件有：振蕩時間、振蕩溫度及樣品中有效成分提取所用的提取劑種類。

研究小麥粉中甲醛的振蕩提取方法時，通過甲醛提取檢測方面的研究，根據實驗研究發現以及相關文獻的參考，振蕩溫度、振蕩時間及振蕩提取液是3個重要的影響因素，得出本實驗對3個重要影響因素的水平設定為：振蕩溫度為室溫(22 ℃)，30 ℃，50 ℃；振蕩時間20，40，60 min；提取液鹽酸-氯化鈉、去離子水、硫酸鈉。

1.3.3提取操作

稱取5 g待測小麥粉于250 mL具塞三角瓶中，加入50 mL提取液，按照實驗條件進行振蕩提取；采取4 500 r/min離心30 min。

1.3.4衍生反應

量取2.00 mL經離心后的樣品清液于10 mL具塞比色管中，加入2.00 mL Nash試劑，補加去離子水至10 mL，蓋上塞子，搖勻；置于50 ℃水浴中進行衍生反應，每間隔3 min搖勻1次，反應15 min后立即用流水冷卻至室溫。過0.45 μm濾膜過濾器后放入樣品管中等待進行色譜分析。

1.3.5色譜分析條件

樣品經過高效液相色譜儀檢測時的色譜分析條件：紫外檢測波長VWD設定為412 nm，色譜柱為(4.6 mm×250 mm，5 μm)，流動相為乙腈和水[V(乙腈)∶V(水)=50∶50]，流速為0.80 mL/min，每次進樣量為10 μL，不控溫，得到的色譜峰形尖銳，對稱性好。

2 結果與討論

2.1 正交實驗表的設計

選擇正交實驗表除了考慮因素水平外，還與實驗對精密度的要求有關。若精密度要求高，可取實驗次數多的L表；一般化學課題研究中常常用到的為L4(23)，L8(27)，L12(211)，L9(34)，L27(313)，L16(45)，L64(421)等。

在本實驗中，根據實驗條件選用L9(34)正交實驗表，實驗考慮的因素以及對應因素的水平見表1。按照L9(34)正交實驗表的安排，進行了9組實驗，其中Ki為同一水平因素所得峰面積的加和；ki為同一水平的平均值ki=Ki/水平數，用于極差的計算以及判斷同一因素中的最佳水平，若指標要求越大越好，則選ki值大的因素；極差R=ki(max)-ki(min)，極差的大小反映因素選取的水平變動對指標影響的大小，用于判斷各因素對指標的影響誰主誰次，R越大影響越大，為主要影響因素。

表1 正交因素水平表Table 1 Table of orthogonal factors and levels (L9(34))

實驗所得結果即高效液相色譜儀上顯示的峰面積以及應用正交實驗設計算得的極差R值見表2。

表2 正交實驗結果Table 2 Results of L9(34) Orthogonal experiments

2.2 結果分析

由表2的極差(R)的結果可以看出，RA>RC>RB，3個因素對小麥粉中甲醛的提取的影響大小依次為：振蕩溫度(A)>提取液(C)>振蕩時間(B)。其中溫度和提取液種類影響較顯著。在正交實驗設計的范圍內得到的最佳條件組合為A2B2C3，恰為表2中的第5組實驗，經過反復實驗驗證，A2B2C3組合實驗得到的峰面積比其它組合都大，故其為最佳振蕩提取條件。

2.3 色譜圖

實驗中最佳振蕩條件組合A2B2C3實驗所得到的小麥粉樣品色譜圖見圖1，其中保留時間為2.854 min，峰面積信號為49.97 mAU。

圖1 小麥粉樣品的色譜圖Figure 1 Chromatogram of wheat flour after derivatization.

3 結論

本實驗采用正交實驗法優選出振蕩法提取小麥粉中甲醛的最佳條件：振蕩溫度30 ℃、振蕩時間40 min、硫酸鈉為提取液，在此條件下色譜儀上檢測出的峰面積最大為49.97 mAU。

利用振蕩提取的方法，操作簡單，在甲醛含量很少的小麥粉中也能達到提取目的，是一種較為理想的提取方法。

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