微波輔助法提取玉米葉綠原酸工藝的優(yōu)化

吳冬麗+申朝+徐富成+王麗萍

摘要:采用微波輔助法提取玉米(Zea mays L.)葉中的綠原酸,研究粒度?料液比?微波時(shí)間?微波功率?提取次數(shù)對綠原酸含量的影響?通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)得到的最佳工藝條件為粒度80目?料液比1∶30(g∶mL)?微波時(shí)間50 s?微波功率550 W,在此條件下,提取到綠原酸含量達(dá)2.62 mg/g?

關(guān)鍵詞:玉米(Zea mays L.)葉;綠原酸;微波輔助;正交試驗(yàn)

中圖分類號:TQ460.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:0439-8114(2014)11-2624-03

Optimizing of Microwave-assisted Extracting Chlorogenic Acid from Maize Leaves

WU Dong-li,SHEN Zhao,XU Fu-cheng,WANG Li-ping

(College of Life Science,Hebei United University,Tangshan 063000,Hebei, China)

Abstract: Microwave-assisted extracting chlorogenic acid from maize(Zea mays L.) leaves was studied. The extraction yield of chlorogenic acid was investigated with respect to mesh size, solid to liquid ratio, microwave time, microwave power and extraction frequency. Through single factor experiment and orthogonal experiment, the optimal extraction conditions were mesh size 80, solid to liquid ratio 1∶30(g∶L),microwave time 50 s, microwave power 550 W. The extraction yield of chlorogenic acid was 2.62 mg/g under the optimal condition.

Key words: maize (Zea mays L.) leaves; chlorogenic acid; microwave-assisted; orthogonal experiment

基金項(xiàng)目:河北省科學(xué)技術(shù)與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(12227107D)

綠原酸是一種重要的生物活性物質(zhì),具有抗菌?抗蟲?保肝利膽?抗腫瘤?降血壓?降血脂?抗氧化等多種藥理作用[1,2]?綠原酸是食品?藥品?化妝品等工業(yè)的重要原料[3,4]?

玉米(Zea mays L.)是我國主要農(nóng)作物之一,近年來,我國玉米年產(chǎn)量已達(dá)1.2億t,每年由加工玉米而產(chǎn)生的玉米葉?秸稈可達(dá)幾十萬噸,這些玉米葉和秸稈如果不加以利用,既造成資源浪費(fèi)又污染環(huán)境?目前,有關(guān)玉米加工副產(chǎn)物中具有生物活性產(chǎn)物的研究已有報(bào)道[5-7]?本研究以玉米葉為原料,通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化玉米葉中綠原酸提取的工藝,為開發(fā)綠原酸提取原料的廉價(jià)替代品提供理論依據(jù)?

1材料與方法

1.1材料和藥品

供試玉米葉采摘于河北省唐山市市郊農(nóng)田?

綠原酸標(biāo)準(zhǔn)品購于中國藥品生物制品檢定所;其他試劑均為國產(chǎn)分析純?

1.2儀器

752型紫外可見分光光度計(jì)(上海光譜儀器有限公司);JA-2003型電子分析天平(上海上平儀器有限公司);WG700SL23-K6型格蘭仕微波爐(佛山市格蘭仕電器有限公司);FA100 4B型電子天平(上海越平科學(xué)儀器有限公司);SHZ-95B型立式多用循環(huán)水真空泵(上海予英儀器有限公司)?

1.3方法

1.3.1綠原酸的提取流程

1.3.2標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制精確稱取綠原酸標(biāo)準(zhǔn)品2 mg,用蒸餾水溶解并定容于50 mL容量瓶中?用移液管準(zhǔn)確吸取0.5?1.0?1.5?2.0?2.5?3.0 mL上述標(biāo)準(zhǔn)溶液于6支試管中,并用蒸餾水定容至10 mL,即將母液配成2?4?6?8?10?12 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液,然后用紫外可見分光光度計(jì)在325 nm波長處測量吸光度,以樣品的濃度為橫坐標(biāo),吸光度值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖1),對標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行線性擬合,得到線性回歸方程為Y=0.060 5X+0.002 5,R2=0.999 7?

1.3.3綠原酸含量測定對綠原酸提取液進(jìn)行適當(dāng)稀釋后,用紫外可見光分光光度計(jì)在325 nm波長處測量吸光度,計(jì)算綠原酸含量(mg/g)?

綠原酸含量=(C×N×V)/W

式中:C為標(biāo)準(zhǔn)曲線綠原酸的濃度(mg/mL);N為稀釋倍數(shù);V為配成溶液體積(mL);W為玉米葉的重量(g)?

1.4單因素試驗(yàn)

設(shè)置以下各因素試驗(yàn):①在料液比(g∶mL,下同)1∶20?微波功率中火(400 W)?微波時(shí)間40 s的條件下,考察粒度(20?40?60?80?100目)對玉米葉綠原酸含量的影響;②在粒度80目?微波功率為中火(400 W)?微波時(shí)間為40 s條件下,考察料液比(1∶10?1∶15?1∶20?1∶25?1∶30)對玉米葉綠原酸含量的影響;③在粒度80目?料液比1∶20?微波功率中火(400 W)的條件下,考察微波時(shí)間(10?20?30?40?50?60?70 s)對玉米葉綠原酸含量的影響;④在粒度80目?料液比1∶20?微波時(shí)間40 s的條件下考察微波功率(100?150?400?550?700 W)對玉米葉綠原酸含量的影響;⑤在粒度80目?料液比1∶20?微波功率400 W?微波時(shí)間40 s的條件下,考察提取次數(shù)(1~5次)對綠原酸含量的影響?

1.5正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,以粒度?料液比?微波時(shí)間?微波功率為因素,每個(gè)因素3個(gè)水平,以綠原酸含量為指標(biāo),進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn),其正交試驗(yàn)因素和水平見表1?

2結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)

2.1.1粒度的對玉米葉綠原酸含量的影響由圖2可知,綠原酸的含量呈先上升再下降的趨勢,當(dāng)粒度為80目時(shí),綠原酸含量達(dá)到最高值?這可能是因?yàn)橛衩兹~粉碎程度的提高,單位體積的玉米葉周圍的水含量不斷增加,原料與溶劑充分接觸,二者間傳質(zhì)作用增強(qiáng),導(dǎo)致綠原酸含量升高?但當(dāng)粒度為100目時(shí),玉米葉綠原酸含量反而下降,可能是因?yàn)橛衩兹~粉碎程度太大,導(dǎo)致其他物質(zhì)溶出,綠原酸含量降低?因此,選擇粒度為80目為宜?

2.1.2料液比對玉米葉綠原酸含量的影響由圖3可以看出,玉米葉綠原酸的含量隨著料液比的增加而增大,但是當(dāng)料液比大于1∶25,綠原酸含量稍有下降?這可能是因?yàn)橹八刻?細(xì)胞不能有效溶脹,影響破壁效果;當(dāng)達(dá)到最佳值后,隨著用水量的增加,過量的水則會造成細(xì)胞壁內(nèi)外同時(shí)升溫,也會影響破壁效果?過量的水的加入,也會給后續(xù)分離工序造成負(fù)擔(dān)?因此,提取時(shí)選擇料液比1∶25為宜?

2.1.3微波時(shí)間對玉米葉綠原酸含量的影響由圖4可知,隨著微波時(shí)間的延長,玉米葉綠原酸的含量逐漸升高,微波時(shí)間在10~40 s時(shí),綠原酸含量增幅較大?這是因?yàn)槲⒉▽?xì)胞壁有破碎作用,時(shí)間短,破碎程度小,溶出物少,造成綠原酸含量低,隨著微波時(shí)間的延長,破碎程度增大,溶出物增多,綠原酸含量隨之增大?微波時(shí)間在40~50 s時(shí)增幅較小;微波時(shí)間大于50 s時(shí),綠原酸含量隨時(shí)間的延長呈下降趨勢?這可能是因?yàn)樵?0 s時(shí)玉米葉中綠原酸已達(dá)最大提取程度,隨著時(shí)間的延長,綠原酸不穩(wěn)定而被降解?因此,選擇微波時(shí)間50 s為宜?

2.1.4微波功率對玉米葉綠原酸含量的影響 由圖5可知,隨著微波功率的增大,玉米葉綠原酸含量增大?在微波功率為550 W時(shí),綠原酸含量達(dá)到最大;隨著微波功率繼續(xù)增大,綠原酸含量反而下降,這可能是因?yàn)樵龃笪⒉üβ屎?分子運(yùn)動速度相應(yīng)加快,加速了有效成分的溶解?如果功率過大,會使綠原酸降解,導(dǎo)致含量下降?因此,微波功率選擇550 W為宜?

2.1.5提取次數(shù)對玉米葉綠原酸含量的影響由圖6可知,提取2次可以使玉米葉中綠原酸完全浸出,增加提取次數(shù),綠原酸含量增加幅度不大,為了節(jié)約時(shí)間和提高工作效率,選擇提取2次為宜?

2.2正交試驗(yàn)

正交試驗(yàn)結(jié)果及方差分析見表2?表3?由表2極差分析可知,各因素對玉米葉中綠原酸含量的影響大小順序?yàn)槲⒉üβ?D)?料液比(B)?微波時(shí)間(C)?粒度(A),提取玉米葉中綠原酸的最優(yōu)組合為A2B3C2D2,即當(dāng)粒度為80目,料液比為1∶30,微波時(shí)間為50 s,微波功率為550 W?同時(shí)對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析,把影響較小的因素粒度列為誤差項(xiàng)?結(jié)果表明,料液比對綠原酸的含量有顯著影響,微波功率對綠原酸的含量影響極顯著,因此在提取過程中需嚴(yán)格控制?

2.3驗(yàn)證試驗(yàn)

按正交試驗(yàn)的最佳工藝條件,粒度為80目,料液比為1∶30,微波時(shí)間為50 s,微波功率為550 W進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),得到玉米葉綠原酸的含量較高,為2.62 mg/g?

3小結(jié)

通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化微波輔助提取玉米葉綠原酸的工藝條件,得到最佳的工藝條件為粒度80目,料液比1∶30,微波時(shí)間50 s,微波功率550 W,在此條件下提取到的綠原酸含量可達(dá)到2.62 mg/g,表明該工藝條件可行?

參考文獻(xiàn):

[1] 王輝,田呈瑞,馬守磊,等.綠原酸的研究進(jìn)展[J].食品工業(yè)科技,2009(4):341-344.

[2] 湯德良.植物抗蟲的次生代謝物質(zhì)[J].世界農(nóng)業(yè),1999(3):32-33.

[3] 肖卓炳,郭瑞軻,郭滿滿,等.金銀花中綠原酸超聲微波雙輔助提取工藝優(yōu)化[J].食品科學(xué),2012,33(22):111-114.

[4] 聶凌鴻,岳淼.金銀花中綠原酸提取工藝的優(yōu)化[J].食品研究與開發(fā),2008,29(1):51-55.

[5] 魯曉翔,連喜軍,唐津忠,等.玉米加工副產(chǎn)物高附加值利用研究進(jìn)展[J].糧油加工,2007(4):84-87.

[6] 許鋼.玉米不同部位提取物的抗氧化性能比較[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2004,30(4):88-92.

[7] 吳克偉,趙曉燕,張超,等.響應(yīng)面法優(yōu)化超聲提取紫玉米苞葉花青素工藝條件的研究[J]. 中國食品添加劑,2009(3):137-140.

2.1.4微波功率對玉米葉綠原酸含量的影響 由圖5可知,隨著微波功率的增大,玉米葉綠原酸含量增大?在微波功率為550 W時(shí),綠原酸含量達(dá)到最大;隨著微波功率繼續(xù)增大,綠原酸含量反而下降,這可能是因?yàn)樵龃笪⒉üβ屎?分子運(yùn)動速度相應(yīng)加快,加速了有效成分的溶解?如果功率過大,會使綠原酸降解,導(dǎo)致含量下降?因此,微波功率選擇550 W為宜?

2.1.5提取次數(shù)對玉米葉綠原酸含量的影響由圖6可知,提取2次可以使玉米葉中綠原酸完全浸出,增加提取次數(shù),綠原酸含量增加幅度不大,為了節(jié)約時(shí)間和提高工作效率,選擇提取2次為宜?

2.2正交試驗(yàn)

正交試驗(yàn)結(jié)果及方差分析見表2?表3?由表2極差分析可知,各因素對玉米葉中綠原酸含量的影響大小順序?yàn)槲⒉üβ?D)?料液比(B)?微波時(shí)間(C)?粒度(A),提取玉米葉中綠原酸的最優(yōu)組合為A2B3C2D2,即當(dāng)粒度為80目,料液比為1∶30,微波時(shí)間為50 s,微波功率為550 W?同時(shí)對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析,把影響較小的因素粒度列為誤差項(xiàng)?結(jié)果表明,料液比對綠原酸的含量有顯著影響,微波功率對綠原酸的含量影響極顯著,因此在提取過程中需嚴(yán)格控制?

2.3驗(yàn)證試驗(yàn)

按正交試驗(yàn)的最佳工藝條件,粒度為80目,料液比為1∶30,微波時(shí)間為50 s,微波功率為550 W進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),得到玉米葉綠原酸的含量較高,為2.62 mg/g?

3小結(jié)

通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化微波輔助提取玉米葉綠原酸的工藝條件,得到最佳的工藝條件為粒度80目,料液比1∶30,微波時(shí)間50 s,微波功率550 W,在此條件下提取到的綠原酸含量可達(dá)到2.62 mg/g,表明該工藝條件可行?

參考文獻(xiàn):

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[7] 吳克偉,趙曉燕,張超,等.響應(yīng)面法優(yōu)化超聲提取紫玉米苞葉花青素工藝條件的研究[J]. 中國食品添加劑,2009(3):137-140.

2.1.4微波功率對玉米葉綠原酸含量的影響 由圖5可知,隨著微波功率的增大,玉米葉綠原酸含量增大?在微波功率為550 W時(shí),綠原酸含量達(dá)到最大;隨著微波功率繼續(xù)增大,綠原酸含量反而下降,這可能是因?yàn)樵龃笪⒉üβ屎?分子運(yùn)動速度相應(yīng)加快,加速了有效成分的溶解?如果功率過大,會使綠原酸降解,導(dǎo)致含量下降?因此,微波功率選擇550 W為宜?

2.1.5提取次數(shù)對玉米葉綠原酸含量的影響由圖6可知,提取2次可以使玉米葉中綠原酸完全浸出,增加提取次數(shù),綠原酸含量增加幅度不大,為了節(jié)約時(shí)間和提高工作效率,選擇提取2次為宜?

2.2正交試驗(yàn)

正交試驗(yàn)結(jié)果及方差分析見表2?表3?由表2極差分析可知,各因素對玉米葉中綠原酸含量的影響大小順序?yàn)槲⒉üβ?D)?料液比(B)?微波時(shí)間(C)?粒度(A),提取玉米葉中綠原酸的最優(yōu)組合為A2B3C2D2,即當(dāng)粒度為80目,料液比為1∶30,微波時(shí)間為50 s,微波功率為550 W?同時(shí)對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析,把影響較小的因素粒度列為誤差項(xiàng)?結(jié)果表明,料液比對綠原酸的含量有顯著影響,微波功率對綠原酸的含量影響極顯著,因此在提取過程中需嚴(yán)格控制?

2.3驗(yàn)證試驗(yàn)

按正交試驗(yàn)的最佳工藝條件,粒度為80目,料液比為1∶30,微波時(shí)間為50 s,微波功率為550 W進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),得到玉米葉綠原酸的含量較高,為2.62 mg/g?

3小結(jié)

通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化微波輔助提取玉米葉綠原酸的工藝條件,得到最佳的工藝條件為粒度80目,料液比1∶30,微波時(shí)間50 s,微波功率550 W,在此條件下提取到的綠原酸含量可達(dá)到2.62 mg/g,表明該工藝條件可行?

參考文獻(xiàn):

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[6] 許鋼.玉米不同部位提取物的抗氧化性能比較[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2004,30(4):88-92.

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