響應面法優化超聲波提取小米糠黃酮的工藝研究

張　順，曹龍奎，2

（1.黑龍江八一農墾大學食品學院，黑龍江大慶　163319；2.黑龍江八一農墾大學國家雜糧工程技術研究中心，黑龍江大慶　163319）

響應面法優化超聲波提取小米糠黃酮的工藝研究

張順1，*曹龍奎1，2

（1.黑龍江八一農墾大學食品學院，黑龍江大慶163319；
2.黑龍江八一農墾大學國家雜糧工程技術研究中心，黑龍江大慶163319）

以小米糠為原料，在單因素試驗的基礎上，采用二次回歸組合試驗，優化超聲波提取小米糠黃酮的提取參數，研究超聲功率、液料比、提取溫度、提取時間等單因素對提取效果的影響，通過二次旋轉試驗結果進行分析。結果顯示，超聲功率363 W，液料比32∶1，提取溫度59.7℃，提取時間31.2 min的條件下，小米糠總黃酮的得率為7.94‰，為小米糠的利用提供了理論參考。

小米糠黃酮；響應面法；超聲波；提取工藝

谷子屬禾本科植物，古稱稷、粟，小米是谷子經過加工后所得到的產品，具有滋補身體、降血壓、防治消化不良、補血健腦、安眠等重要作用［1-2］。小米糠是谷子脫殼過程中的副產物，質量為谷子的5%～7%［3］。目前，在我國大部分小米糠被直接用作飼料或者直接焚燒［4］。研究表明，小米糠中含有一定量的黃酮類物質，黃酮具有抗氧化、降血脂、降血壓等生理作用［5-10］。目前，黃酮提取方法有常規提取法、微波法、超臨界萃取法等，這些方法存在著提取溫度高、提取率低、提取時間長、活性低、溶劑消耗大、成本高等缺點［11-13］。因此，本文采用超聲波法提取小米糠黃酮，以期達到小米糠廢物利用的目的。

1　材料與方法

1.1原料與儀器

小米糠，黑龍江省托古小米有限公司產品；蘆丁標準品，中國藥品生物制品檢驗所產品；其他化學試劑均為分析純，市購。恒溫水浴箱，上海森信實驗儀器有限公司產品；ME104型電子天平，梅特勒·托利多公司產品；Pharo300型紫外可見光分光光度計，默克密理博公司產品；JBT/C型超聲波藥品處理機，濟寧金百特電子有限責任公司產品。

1.2試驗方法

1.2.1小米糠總黃酮的提取工藝路線

小米糠→烘干→粉碎→過200目篩→乙醇浸泡→超聲波輔助提取→過濾→濃縮→冷凍干燥。

1.2.2檢測方法

（1）標準曲線繪制。以蘆丁為對照品進行標準曲線的測定，方法參考文獻［14］。

（2）得率測定。取1 mL待測液按照（1）方法進行測定，根據標準曲線計算含量，再將黃酮含量代入得率計算公式［15］：

式中：W——黃酮得率，%；

C——質量濃度，g/mL；

V——體積，mL；

D——稀釋倍數；

m——原料質量，g。

1.2.3單因素試驗方法

（1）乙醇體積分數對小米糠黃酮得率的影響。選擇小米糠10 g，分別以30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%乙醇為提取劑，超聲功率300 W，超聲頻率24 kHz，提取時間25 min，提取溫度40℃，液料比25∶1（mL∶g）的條件下，研究不同乙醇體積分數對小米糠總黃酮得率的影響。

（2）超聲條件對小米糠黃酮得率的影響。稱取小米糠10 g，80%乙醇浸泡，超聲功率選取100，200，300，400，500 kW 5個水平；提取時間為10，15，20，25，30，35，40 min 7個水平；提取溫度為40，45，50，55，60，65，70℃7個水平；液料比為10∶1，15∶1，20∶1，25∶1，30∶1，35∶1，40∶1（mL∶g）等7個水平，研究不同超聲提取條件對小米糠總黃酮得率的影響。

1.2.4響應面優化試驗方法

在單因素基礎上，以小米糠黃酮得率為響應值，設計超聲功率、提取時間、提取溫度、液料比4個因素進行響應面分析試驗。

因素與水平設計見表1。

表1　因素與水平設計

2　結果與分析

2.1標準曲線

標準曲線試驗結果見圖1。

由圖1可知，小米糠總黃酮測定的計算公式為Y=1.110 9X+0.000 2，該標準曲線的R2為0.998 7，因此該曲線可信。

2.2單因素試驗結果

2.2.1不同乙醇體積分數對小米糠黃酮提取的影響

不同乙醇體積分數對小米糠黃酮提取的影響見表2。

圖1　標準曲線試驗結果

表2　不同乙醇體積分數對小米糠黃酮提取的影響

由表2可知，30%～50%的小米糠乙醇提取物有渾濁現象出現，隨著乙醇體積分數的增大，渾濁物逐漸消失；乙醇體積分數為60%～90%時，吸光度不斷上升，80%后趨于平緩。因此，選擇最佳的提取乙醇體積分數為80%。

2.2.2超聲條件對小米糠總黃酮得率的影響

超聲條件與小米糠總黃酮得率的關系見圖2。

由圖2（a）可知，隨著超聲功率的提高，小米糠總黃酮的得率呈上升趨勢；當超聲功率為300 W時，總黃酮得率趨于平穩。因此，選擇超聲功率以300 W為中心。由圖2（b）可知，隨著提取溫度的提高，小米糠中的黃酮分子運動速度也隨之提高，60℃時二者到達最佳平衡狀態。因此，提取溫度以60℃為中心。由圖2（c） 可知，提取時間在20～30 min時，總黃酮得率呈現上升的趨勢；30 min后趨于平穩。因為，當提取時間在20～30 min時，超聲波的空化作用使小米糠細胞壁破裂。本試驗選擇提取時間以30 min為中心。由圖2（d）可知，隨著液料比的不斷增大，小米糠總黃酮的得率呈現上升趨勢；當液料比達到30∶1后，總黃酮得率趨于平穩。因此，選擇響應面優化處理液料比范圍為以30∶1為中心的25∶1～35∶1。

2.3響應面試驗結果

基于單因素試驗，以超聲功率、液料比、提取溫度、提取時間4個因素為自變量，以小米糠總黃酮得率為響應值，設計4個因素的四元二次回歸正交旋轉組合試驗。

試驗安排以及試驗結果見表3，回歸方程各項的方差分析見表4，二次回歸模型參數見表5。

由表4和表5可知，二次回歸模型擬和良好。以小米糠總黃酮的得率為Y值的四元二次回歸方程為：

圖2　超聲條件與小米糠總黃酮得率的關系

Y=-432.74-0.17X1+1.98X2+6.12X3+16.46X4-0.000 15X12+0.001 6X1X2+0.003 3X1X3-0.000 85X1X4-0.025X22-0.029X2X3+0.024X2X4-0.01X32-0.17X3X4-0.12X42.

最優提取條件及得率見表6。

得率最高時的超聲功率、液料比、提取溫度、提取時間的具體值分別為363 W，32∶1，59.7℃，31.2 min，該條件下小米糠總黃酮最大得率為7.94‰。

3　結論

研究超聲波輔助提取小米糠總黃酮的技術，建立了試驗模型，經過二次回歸組合試驗經優化后的工藝參數為超聲功率363 W，液料比32∶1，提取溫度59.7℃，提取時間31.2 min，小米糠總黃酮的得率達到7.94‰，為小米糠的利用提供了理論參考。

表3　試驗安排以及試驗結果

表4　回歸方程各項的方差分析

［1］Prashant S H，Namakkal S R，Chandra T S.Effects of the antioxidant properties of millet species on oxidative stress and glycemic status in alloxan induced rats［J］.Nutrition Research，2005，25（12）：1 109-1 120.

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［3］鄭麗萍，呂慧卿，郝志萍，等.山西省小雜糧產業發展及對策分析 ［J］.雜糧作物，2005，25（2）：117-118.

［4］陳正行，周彤.米糠：一種潛在的健康食品優質原料 ［J］.糧食與飼料工業，1999，21（10）：13-15.

表5　二次回歸模型參數

表6　最優提取條件及小米糠總黃酮得率

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［15］于偉，李朝陽，賈鵬禹.響應面法優化小米糠黃色素的超聲波提取工藝研究 ［J］.黑龍江八一農墾大學學報，2016，28（1）：46-52.◇

Study on Optimization the Ultrasonic Extraction of Millet Bran Flavone

ZHANG Shun1，*CAO Longkui1，2
（1.College of Food Science，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing，Heilongjiang 163319，China；2.National Coarse Cereals Engineering Research Center，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing，Heilongjiang 163319，China）

This study deals with optimizing the process conditions for ultrasonic extraction of millet bran flavones with response surface method.Influence of the factors such as ultrasonic power，the ratio of material to water，ultrasonic temperature and time on the extraction of millet bran flavones is tested by single factor experiment，then a quadratic regression orthogonal rotary design with four factors and response surface contour plots are used to analyze the optimal process conditions.The conclusion is that the optimal conditions for extraction of millet bran flavones are at 363 W of ultrasonic power，the ratio 32∶1 of material to water，and ultrasonic time 31.2 min at a temperature of 59.7℃，with obtaining 7.94‰of millet bran flavone.

millet bran flavone；response surface methodology；ultrasonic；extraction

TS210.9

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.06.037

1671-9646（2016）06b-0036-04

2016-05-09

國家工程技術研究中心組建項目（2011FU125X07）。

張順（1995— ），男，本科，研究方向為糧食工程。
*

曹龍奎（1965— ），男，博士，教授，研究方向為農產品加工工程技術研究。