燕麥總多酚的微波輔助提取工藝研究

劉仙俊，范向前，史起鵬，*，王雪虎，戚曉陽

（1．太原科技大學化學與生物工程學院，山西太原030021；2．太原理工大學精細化工研究所，山西太原030024）

燕麥總多酚的微波輔助提取工藝研究

劉仙俊1，范向前2，史起鵬1，*，王雪虎1，戚曉陽1

（1．太原科技大學化學與生物工程學院，山西太原030021；2．太原理工大學精細化工研究所，山西太原030024）

以我國裸燕麥為試驗材料，微波輔助提取總多酚得率為考察指標，對微波輔助提取工藝方法進行改進，并通過單因素試驗和正交試驗設計，進一步優(yōu)化了燕麥總多酚的微波輔助提取工藝。試驗結果表明：燕麥總多酚的最佳提取工藝條件為：乙醇濃度70%，微波功率400 W，提取時間30 s，料液比1∶25（g/mL），2級提取。按此工藝進行重復性驗證得到燕麥總多酚的平均提取得率為1.667mg/g，試驗結果穩(wěn)定，而且大大縮短了提取時間。

燕麥；總多酚；微波輔助提??；正交試驗

燕麥（Avena sativa L.）是禾本科燕麥屬草本植物，有裸燕麥和皮燕麥之分，我國的燕麥以裸燕麥為主，山西、甘肅、內(nèi)蒙、青海等地是我國燕麥的主產(chǎn)地［1］。燕麥具有較高的營養(yǎng)價值，以及降血脂、降血糖、抑制脂質(zhì)氧化等重要的醫(yī)用價值［1］。研究燕麥中的生物活性成分，對開發(fā)燕麥保健產(chǎn)品具有重要的意義。

研究表明，燕麥作為一種藥食同源谷物含有大量的抗氧化活性成分，如植酸、維生素E、甾醇等，而其中最主要的抗氧化成分是多酚類物質(zhì)，包括簡單的酚類如阿魏酸、咖啡酸、香草醛和p-香豆酸，還有黃酮類化合物如榭皮素等［1-2］。大量研究表明多酚類化合物能有效地清除人體內(nèi)自由基、預防脂質(zhì)過氧化、抗動脈粥樣硬化等［3-9］。

微波輔助提取多酚作為一項新的萃取技術具有快速、高效、節(jié)能、防止有效成分的破壞和損失等優(yōu)點［10-12］，而國內(nèi)對裸燕麥多酚的微波輔助提取技術研究較少。本文通過單因素試驗和正交試驗設計對燕麥多酚的微波輔助提取工藝進行了優(yōu)化，為燕麥多酚的開發(fā)利用提供一定的理論基礎和工藝參考。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

1.1.1裸燕麥

由山西省農(nóng)業(yè)科學院高寒區(qū)作物研究所提供。裸燕麥粒干燥粉碎成末，過40目篩裝袋置陰涼處備用。

1.1.2主要試劑

Folin-Ciocalteu試劑：上海喜潤化學工業(yè)有限公司；沒食子酸標準品：美國Sigma公司；無水碳酸鈉、無水乙醇：均為分析純試劑。

1.2主要儀器與設備

WD750B型微波爐：順德格蘭仕電器廠有限公司；UV754N紫外可見分光光度計：上海精密科學儀器有限公司；FA2004電子分析天平：上海舜宇恒平科學儀器有限公司；TDL-5離心機：上海安亭科學儀器廠；貝利粉碎機：濟南倍力粉技術工程有限公司；DZC-403型真空干燥箱：天津天宇機電儀器有限公司；HH-2電熱恒溫水浴鍋：北京科偉永興儀器有限公司。

1.3試驗方法

1.3.1燕麥總多酚含量的測定方法

采用Folin-Ciocalteu比色法測定裸燕麥總多酚的含量［12］。

1.3.1.1標準曲線的繪制

精確稱量沒食子酸標準品25 mg，用蒸餾水溶解后定容于250 mL容量瓶中，得到0.1 mg/mL的標準貯備溶液，分別移取儲備溶液0.00、0.25、0.50、0.75、1.00、1.25、1.50 mL置于25 mL容量瓶中，分別加入Folin-Ciocalteu試劑1 mL，搖勻后再分別加入質(zhì)量分數(shù)12%的Na2CO3溶液2 mL，用蒸餾水定容至25 mL，搖勻，于25℃恒溫水浴中避光反應2 h后在765 nm波長下測定吸光度，平行3組。以沒食子酸標準液濃度為橫坐標，以吸光度為縱坐標繪制標準曲線。所得線性回歸方程：

式中：x為沒食子酸濃度，mg/mL，y為吸光度。

1.3.1.2樣品多酚含量的測定

吸取1.00 mL燕麥總多酚提取液于25 mL容量瓶中，分別加入Folin-Ciocalteu試劑1mL及質(zhì)量分數(shù)12%的Na2CO3溶液2 mL并定容至刻度，在25℃恒溫水浴中避光反應2 h，于765 nm波長下測定吸光度。根據(jù)繪制的標準曲線來計算提取液中的燕麥總多酚含量，進而計算裸燕麥總多酚得率。

燕麥總多酚得率/（以沒食子酸計，mg/g）=A1×V1/W

式中：A1為提取液中燕麥總多酚濃度，（mg/mL，根據(jù)標準曲線查得）；V1為提取液的體積，mL；W為燕麥粉質(zhì)量，g。

1.3.2微波提取燕麥總多酚的單因素試驗

以裸燕麥總多酚得率作為評價指標，分別對乙醇濃度，微波功率，提取時間以及料液比做單因素試驗，以確定各因素對燕麥總多酚微波輔助提取效果的影響和適宜范圍，所有處理均設3次重復。

1.3.3微波提取燕麥總多酚的正交試驗

在單因素試驗的基礎上，以乙醇濃度（A），微波功率（B），提取時間（C）以及料液比（D）為影響因素，以燕麥總多酚得率為考察指標，選用L9（34）正交試驗設計表，優(yōu)化提取工藝參數(shù)，從中篩選最優(yōu)的工藝條件和技術參數(shù)。因素水平見表1。

表1　正交試驗因素水平表L9（34）Table 1Factors and levels of L9（34）orthogonal experiment

2　結果與分析

2.1微波輔助提取燕麥總多酚的單因素試驗

2.1.1乙醇濃度對總多酚提取效率的影響

分別準確稱取0.4 g裸燕麥粉于5個50 mL的錐形瓶中，按料液比1∶25（g/mL）分別加入體積分數(shù)為55%、60%、65%、70%、75%乙醇溶液，然后用保鮮膜封住瓶口，并用針在保鮮膜上扎8個～9個小孔，在560W的微波功率下提取60 s，5 000 r/min離心10 min。殘渣按上述條件重復提取1次，合并兩次提取離心的上清液，用提取劑定容到25 mL。測定溶液中總多酚含量，計算其得率，結果見圖1。

圖1　乙醇濃度對燕麥總多酚得率的影響Fig.1Influence of ethanol concentration on yield of oat total polyphenols

從圖1中可以看出，隨著乙醇體積分數(shù)的增加，燕麥總多酚提取得率呈現(xiàn)逐漸增大趨勢，乙醇濃度為70%時總多酚得率達到最大，之后又開始減少。主要原因可能是低濃度乙醇可以自由進出細胞，但高濃度乙醇可引起組織中蛋白質(zhì)變性，從而阻止了多酚類物質(zhì)的滲出，影響提取效率。因此，可選70%的乙醇溶液作為適宜的提取劑。

2.1.2微波功率對總多酚提取效率的影響

分別準確稱取0.4 g裸燕麥粉于6個50 mL的錐形瓶中，按料液比1∶25（g/mL）分別加入體積分數(shù)為70%乙醇溶液，然后用保鮮膜封住錐形瓶口，并用針在保鮮膜上扎8個～9個小孔，分別在400、480、560、640、720、800 W的微波功率下提取45 s，5 000 r/min離心10 min。殘渣按上述條件重復提取1次，合并兩次提取離心的上清液，用提取劑定容到25 mL。測定溶液中總多酚含量，計算其得率，結果見圖2。

圖2　提取功率對提取的影響Fig.2Influence of microwave power on yield of oat total polyphenols

從圖2可以看出，隨著微波功率的增大，燕麥總多酚提取率也增加，當微波功率在480 W時達到最大，但功率繼續(xù)增大時提取率逐漸下降。主要原因推測是在一定時間內(nèi)微波輻射功率越高，物料升溫越快，固液擴散速度越快，使細胞破裂加劇，從而有利于有效成分的浸出。但是，當微波功率增大到一定程度時會造成體系局部溫度過高，導致多酚類物質(zhì)分解。因此，微波功率可將480 W視為最佳的提取功率。

2.1.3提取時間對總多酚提取效率的影響

分別準確稱取0.4 g裸燕麥粉于6個50 mL的錐形瓶中，按料液比1∶25（g/mL）分別加入體積分數(shù)為70%乙醇溶液，然后用保鮮膜封住錐形瓶口，并用針在保鮮膜上扎8個～9個小孔，在560 W的微波功率下分別提取30、45、60、75、90、105s，5000r/min離心10min。殘渣按上述條件重復提取1次，合并兩次提取離心的上清液，用提取劑定容到25 mL。測定溶液中總多酚含量，計算其得率，結果見圖3。

圖3　提取時間對燕麥總多酚得率的影響Fig.3Influence of extraction time on yield of oat total polyphenols

從圖3可以看出，隨著提取時間的增加，燕麥總多酚的提取率也逐漸增大，在45 s時達到最大提取率，之后隨著提取時間的延長，提取率有所下降。主要原因可能是提取時間增大使料液接觸時間增加，且經(jīng)微波處理后燕麥細胞內(nèi)細胞器被破壞，多酚類物質(zhì)得以釋放和溶出，從而增大了總多酚提取效率，但隨著處理時間的進一步延長，微波輻射在破壞細胞結構的同時，也破壞其中有效成分，因而存在最適宜的微波輔助提取時間。因此，可選擇45 s為最佳提取時間。

2.1.4料液比對總多酚提取效率的影響

分別按照料液比為1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶40（g/ mL）準確稱取相應重量的裸燕麥粉于5個50 mL的錐形瓶中，加入體積分數(shù)為65%的乙醇溶液10 mL（提取液的體積保持不變），然后用保鮮膜封住錐形瓶口，并用針在保鮮膜上扎8～9個小孔，在560 W的微波功率下提取60 s，5 000 r/min離心10 min。殘渣按上述條件重復提取一次，合并兩次提取離心的上清液，用提取劑定容到25 mL。測定溶液中總多酚含量，計算其得率，結果見圖4。

圖4　料液比對燕麥總多酚得率的影響Fig.4Influence of solid-liquid ratio on yield of oat total polyphenols

從圖4可以看出隨著料液比的增加，燕麥總多酚的提取效果也在增加。當料液比增加到1∶25（g/mL）時，總多酚的提取得率達到最高，隨后又有減小的趨勢。因此，1∶25（g/mL）可以作為燕麥總多酚提取的合適料液比。

2.2燕麥總多酚微波輔助提取工藝的正交優(yōu)化試驗

在上述單因素試驗的基礎上，以燕麥總多酚得率為指標，選用L9（34）正交試驗設計對微波輔助提取工藝參數(shù)進行優(yōu)化，考察乙醇濃度、微波功率、提取時間以及料液比對燕麥總多酚得率的影響。正交設計方案及結果見表2，方差分析結果見表3。

由極差分析結果（表2）可知，4個因素對燕麥總酚微波輔助提取效果影響的主次順序為D＞B＞A＞C，即料液比＞微波功率＞乙醇濃度＞提取時間。正交優(yōu)化試驗所得最佳提取工藝組合為A2B1C1D3，即乙醇濃度70%、微波功率400 W、提取時間30 s、料液比1∶25（g/mL），2級提取。

表2　燕麥總多酚微波輔助提取的正交試驗方案及結果Table 2Result of the orthogonal experiment for microwave extraction of oat total polyphenols

表3　正交試驗方差分析表Table 3Variance analysis of the orthogonal experiment result

從表3方差分析結果可以看出，料液比對燕麥總多酚得率在α=0.05水平上有顯著影響。

2.3最優(yōu)微波提取工藝驗證

為了進一步考察最優(yōu)工藝的穩(wěn)定性，將理論上得到的最佳提取工藝條件進行了5次重復驗證試驗，結果見表4。

經(jīng)分析，燕麥總多酚提取的平均得率為1.667mg/g，優(yōu)于正交試驗中的所有處理結果，相對標準偏差RSD（Relative Standard Deviation）為0.038%。表明正交優(yōu)化試驗得出的燕麥總多酚最佳微波輔助提取工藝提取率高，且條件穩(wěn)定可靠。

表4　微波輔助提取總多酚的驗證試驗Table 4Verification test for microwave extraction of oat total polyphenols

3　結論

本試驗在常規(guī)醇提多酚的基礎上，利用正交試驗設計進一步優(yōu)化了燕麥總多酚的微波輔助提取工藝。得到的最佳提取工藝條件為：乙醇濃度70%、微波功率400 W、提取時間30 s、料液比1∶25（g/mL）、2級提取。按此最佳工藝條件進行了5次重復性驗證試驗，最終所得的燕麥總多酚平均得率為1.667 mg/g，RSD為0.038%。表明提取率高，提取工藝穩(wěn)定可靠。

極差分析和方差分析表明，影響燕麥總酚微波輔助提取效果的主次因素順序為料液比＞微波提取功率＞乙醇濃度＞提取時間。并且料液比在α=0.05水平上對燕麥總多酚得率有顯著影響。

利用微波輔助提取燕麥總多酚，結果穩(wěn)定，提取效率高，成本低，且大大縮短了提取時間，為進一步開發(fā)利用燕麥多酚打下基礎。

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Study on Microwave-assisted Extraction of Total Polyphenols from Oat

LIU Xian-jun1，F(xiàn)AN Xiang-qian2，SHI Qi-peng1，*，WANG Xue-hu1，QI Xiao-yang1
（1.College of Chemical and Biological Engineering，Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan 030021，Shanxi，China；2.Institute of Special Chemicals，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，Shanxi，China）

The naked oats was used as experimental materials to extract polyphenols by microwave-assisted technology，and content of total polyphenols had been measured by Folin-Ciocalteu mothod.Microwave extration process had been improved，and further optimize the microwave-assisted extraction conditions of polyphenols from oat by single factor and orthogonal experiment design.Results showed that the optimal conditions：ethanol concentration 70%，microwave power 400 W，extraction time 30 s，and solid-liquid ratio 1∶25（g/mL），and the extraction stage was 2.Under the optimal extraction conditions，the yield of total polyphenols was 1.667 mg/g.The experimental results was extremely stable，and the extraction time was reduced greatly.

oat；totalpolyphenols；microvave-assistedextraction；orthogonaldesign

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.17.014

2016-04-26

山西省基礎研究計劃項目（青年，2013021022-2）；山西省高等學校大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目（2015281）；太原科技大學博士科研啟動基金項目。

劉仙?。?978—），女（漢），講師，博士，研究方向：天然生物活性物質(zhì)的提取分離。