響應面法優化小米麩皮中黃酮物質提取工藝研究

陶睿 張一凡 高育哲 劉綺夢 杜明珠 趙迪

摘要：采用乙醇浸提法對小米麩皮中黃酮類化合物進行提取，并通過響應面法對提取工藝進行優化，確定最佳工藝參數為：乙醇濃度56%，料液比1∶9（g/mL），提取溫度77 ℃，提取時間146 min。

關鍵詞：小米麩皮;乙醇浸提法;優化;響應面法

中圖分類號：TS210.9? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2018）05-0039-06

小米麩皮即小米殼，其中含大量營養成分和活性因子，可以預防心血管疾病、癌癥、糖尿病等疾病。黃酮類化合物常見于自然界中，本課題擬采用乙醇浸提法從小米麩皮中提取總黃酮，并通過響應面法對提取工藝進行優化，以期為小米麩皮的開發利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

樣品小米：市售，產地為遼寧省北票市。

蘆丁標準品（純度≥98%）：上海金穗生物科技有限公司;乙醇、亞硝酸鈉、硝酸鋁均為分析純。

1.2 儀器與設備

AXTD5A型轉子離心機：美國科峻儀器公司;UV-1200S型紫外分光光度計：上海翱藝儀器有限公司;HH-6型數顯電子恒溫水浴鍋：常州國華電器有限公司;JLGJ-45型礱谷機：杭州匯爾儀器設備有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品預處理 將帶殼小米經礱谷機進行脫粒處理，得到小米麩皮。然后將小米麩皮用多功能粉碎機進行粉碎研磨，過80目篩，分裝，備用。

1.3.2 提取工藝流程 粉碎過篩后的小米麩皮粉末加乙醇溶解→水浴提取→離心后取上清液→過濾→利用比色法測定溶液吸光度，計算總黃酮含量

1.3.3 標準曲線繪制 精確稱取干燥且質量恒定的蘆丁標準品5 mg，用無水乙醇將其溶解并定容于25 mL容量瓶中。分別吸取0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.8 mL蘆丁標準溶液于10 mL比色管中，依次加入5.0 mL無水乙醇和0.3 mL 5% NaNO2溶液，搖勻后放置6 min，再加入0.3 mL Al（NO3）3溶液，搖勻后放置6 min，再加入4.0 mL NaOH溶液，用無水乙醇補齊刻度，搖勻后放置10 min。以無水乙醇作空白對比，于510 nm波長處測定不同濃度標準溶液的吸光度，建立蘆丁標準曲線。

1.3.4 單因素試驗 1） 乙醇濃度對提取率的影響。稱量1 g小米麩皮粉末，在料液比1∶8（g/mL），提取時間2 h，提取溫度50 ℃，乙醇濃度分別為40%，50%，60%，70%，80%，90%的條件下進行提取，浸提液離心后取上清液，測定吸光度。2） 料液比對提取率的影響。稱量1 g小米麩皮粉末，在乙醇濃度60%，提取時間2 h，提取溫度50 ℃，料液比分別為1∶4，1∶6，1∶8，

1∶10，1∶12（g/mL）的條件下進行提取，浸提液離心后取上清液，測定吸光度。3） 提取溫度對提取率的影響。稱量1 g小米麩皮粉末，在料液比1∶8（g/mL），乙醇濃度60%，提取時間2 h，提取溫度分別為40，50，60，70，80，90 ℃的條件下進行提取，浸提液離心后取上清液，測定吸光度。4） 提取時間對提取率的影響。稱量1 g小米麩皮粉末，在料液比1∶8（g/mL），乙醇濃度60%，提取溫度50 ℃，提取時間分別為0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 h的條件下進行提取，浸提液離心后取上清液，測定吸光度。

1.3.5 響應面法優化試驗 根據乙醇提取小米麩皮中總黃酮單因素試驗結果，將吸光度值作為響應值，采用中心組合設計原理進行響應面分析。試驗因素水平見表1。

2 結果與分析

2.1 繪制標準曲線

蘆丁標準曲線如圖1所示。標準曲線方程為Y=12.736 0 X+0.005 8，相關系數R2=0.999 5，說明在0.005～0.036 mg/mL濃度范圍內線性關系良好，可用于定量分析。

2.2 提取工藝單因素試驗結果

2.2.1 乙醇濃度的影響 乙醇濃度對總黃酮提取率的影響如圖2所示。

由圖2可以看出：提取液的吸光度值隨著乙醇濃度增加呈先增大后減小的趨勢。當乙醇濃度達到50%時，吸光度值最大;之后吸光度值緩慢減小;當乙醇濃度為80%～90%時，吸光度值基本平穩。確定最佳乙醇濃度為50%。

2.2.2 料液比的影響 料液比對總黃酮提取率的影響如圖3所示。

由圖3可以看出：提取液的吸光度值隨著料液比增大呈先增大后減小的趨勢。當料液比達到1∶8

（g/mL）時，吸光度值最大;當料液比再增大時，吸光度值開始減小。確定最佳料液比為1∶8（g/mL）。

2.2.3 提取溫度的影響 提取溫度對總黃酮提取率的影響如圖4所示。

由圖4可以看出：提取液的吸光度值隨著提取溫度升高呈逐漸增大的趨勢。當提取溫度達到80 ℃時，吸光度值最大;當提取溫度為90 ℃時，吸光度值急劇減小，這可能是因為高溫導致乙醇揮發，且破壞了黃酮結構，轉變成水溶性的黃酮。確定最佳提取溫度為80 ℃。

2.2.4 提取時間的影響 提取時間對總黃酮提取率的影響如圖5所示。

由圖5可以看出：提取液的吸光度值隨著提取時間延長而增大。當提取時間為2.5 h時，吸光度值最大;但提取時間為2.0 h的吸光度值與2.5 h的吸光度值相差無幾，說明提取2.0 h已將黃酮基本都提出，提取2.5 h反而浪費時間。確定最佳提取時間為2.0 h。

2.3 提取工藝響應面法優化結果

2.3.1 Box-Behnken試驗設計 根據乙醇提取小米麩皮中總黃酮的單因素試驗結果，利用Box-Behnken中心組合設計原理優化工藝參數，進行響應面分析。分別選取4個變量的低中高3個水平：乙醇濃度40%，50%，60%;料液比1∶6，1∶8，1∶10（g/mL）;提取溫度70，80，90 ℃;提取時間1.5，2.0，2.5 h。共設計29組試驗，其中24組為分析試驗，5組為中心試驗，以估計誤差。具體試驗設計與結果見表2。

2.3.2 回歸模型方差分析 利用Box-Behnken進行多元回歸擬合分析，得到提取液吸光度值（Y）與各單因素A（乙醇濃度）、B（料液比）、C（提取溫度）、D（提取時間）之間的二次多項式模型式：Y=0.720+0.018 A-0.012 B-0.016 C+0.056 D+0.011 AB-0.013 AC+0.005 AD-0.004 BC-0.004 BD+0.011 CD-0.074 A2-0.025 B2-0.025 C2-0.033 D2。回歸模型方差分析結果見表3。

由表3可知：回歸模型具有高度的顯著性（P<0.000 1），決定系數R2=0.985 6，校正決定系數RAdj2=0.971 1，失擬項P=0.055 6>0.050 0（不顯著），說明該回歸模型與試驗數據擬合程度較高，可以用該模型分析和預測乙醇提取小米麩皮中總黃酮的工藝結果。由F值可知，4個因素對提取液吸光度值的影響大小依次為提取時間（D）>乙醇濃度（A）>提取溫度（C）>料液比（B）。由P值可知，回歸模型中的一次項均極顯著，其中乙醇濃度（A）、提取溫度（C）、提取時間（D）均為極顯著，料液比（B）顯著;二次項均為極顯著;交互項AB，AC和CD顯著。

2.3.3 響應面交互作用分析 預測值與真實值對比如圖6所示，各點的分布幾乎在一條直線上，表示模型擬合效果較好。

響應面圖及等高線圖如圖7—圖12所示。

由圖7—圖12可以看出：4個因素之間的交互作用對提取液的吸光度值影響顯著。圖7、圖8、圖9和圖10中等高線近似橢圓形，說明它們之間的交互作用對提取液吸光度值影響較大。

利用Design-Expert 8.0.6.1軟件分析得到的回歸方程求解，得出最佳提取工藝條件為：乙醇濃度56%，料液比1∶9 （g/mL），提取溫度77 ℃，提取時間146 min;此時提取液的吸光度值最高。

3 結論

經單因素試驗及響應面法優化分析，得出乙醇浸提小米麩皮中總黃酮的最佳工藝為：乙醇濃度56%，料液比1∶9 g/mL，提取溫度77 ℃，提取時間146 min。

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Reaction Surface Method Used to Determine the Extraction Conditions

of Flavonoids from Millet Bran

TAO Rui， ZHANG Yifan*， GAO Yuzhe， LIU Qimeng， DU Mingzhu， ZHAO Di

（College of Grain Science and Technology， Shenyang Normal University， Shenyang 110034， China）

Abstract： Using ethanol extraction to extract flavonoids of millet bran by the response surface method of total flavonoids of millet bran ethanol concentration， solid-liquid ratio， extraction temperature and extraction time were optimized， the optimum extraction conditions for： ethanol concentration was 56%， and solid-liquid ratio of 1∶9 （g/mL）， extraction temperature is 77 ℃， the extraction time was 146 min.

Key words： millet bran; ethanol extraction; optimize; The Response Surface Method