玉米苞葉多酚提取工藝優化

謝 昕

（河南職業技術學院，河南鄭州 450046）

玉米是我國三大主糧之一，種植面積大、產量高。玉米苞葉是玉米果穗的外苞葉，每1 hm2玉米可采集苞葉600 kg[1]，玉米苞葉通常被當作燃料或直接廢棄[2]。農業廢棄物資源化利用是農村環境治理的重要內容，是應對經濟新常態、促投資、穩增長的積極舉措。玉米苞葉入藥始載于《滇南本草圖說》，其性平味甘，有利尿消腫、調中開胃、益肺寧心、清濕熱等功效，主治急慢性腎炎、水腫、急性膽囊炎、膽道結石和高血壓等。現在醫學認為，玉米苞葉還可以預防動脈粥樣硬化、高血脂、降低餐后血糖[3]。試驗以乙醇為提取溶劑，利用超聲輔助響應面法優化玉米苞葉多酚的提取工藝，提高了提取率，降低了提取成本，為玉米苞葉的開發利用提供了理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

TU-1810型紫外分光光度計，北京普析公司產品；LD-T300型高速多功能粉碎機，上海頂帥公司產品；KX-1740QT型超聲波清洗器，北京科璽公司；TDL-5-A型臺式離心機，上海安亭公司產品。

玉米苞葉，來源于河南省中牟國家農業科技園區；食用酒精，河南浩宇食品添加劑有限公司產品；硫酸鋰，天津市華東試劑廠產品；沒食子酸，天津市瑞金物化學品有限公司產品；其他試劑均為分析純。

1.2 多酚含量的測定

配制0.1 mg/mL的沒食子酸標準溶液，分別準確移取 0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.2 mL 于 10 mL容量瓶中，分別加入6 mL蒸餾水與0.5 mL福林酚試劑，搖勻，3 min后加入1.5 mL 10%碳酸鈉溶液，定容，于75℃水浴中10 min，冷卻，于波長765 nm處測吸光度，繪制曲線，得線性回歸方程。

1.3 玉米苞葉多酚提取方法

玉米苞葉洗凈、晾干、冷凍干燥、粉碎，準確稱取粉未1 g，加一定量乙醇溶液；在一定溫度下，以某一功率超聲提取一定時間，以轉速2 000 r/min離心5 min，取上清液5 mL置于10 mL容量瓶中，余下按1.2項下操作顯色，測吸光度。玉米苞葉多酚得率計算公式如下：

式中：c——玉米苞葉多酚質量濃度，μg/mL；

V——提取劑體積，mL；

m——樣品質量，g。

1.4 試驗方法

1.4.1 單因素試驗

（1） 粒度大小。選擇玉米苞葉粉為40，60，80，100，120目分別提取多酚。乙醇體積分數60%，料液比1∶20（g∶mL），提取溫度60℃，提取時間1 h，超聲功率70 Hz等條件不變。

（2）乙醇體積分數。選擇乙醇體積分數為40%，50%，60%，70%，80%分別提取多酚。粒度100目，料液比1∶20（g∶mL），提取溫度60℃，提取時間1 h，超聲功率70 Hz等條件不變。

（3） 料液比。選擇料液比為1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30分別提取多酚。粒度100目，乙醇體積分數60%，提取溫度60℃，提取時間1 h，超聲功率70 Hz等條件不變。

（4） 提取溫度。選擇提取溫度為30，35，40，45，50，55，60，65℃分別提取多酚。粒度100目，乙醇體積分數60%，料液比1∶20，提取時間1 h，超聲功率80 Hz等條件不變。

（5） 提取時間。選擇提取時間為20，25，30，35，40，45，50，55，60 min分別提取多酚。粒度100目，乙醇體積分數60%，料液比1∶20，提取溫度55℃，超聲功率70 Hz等條件不變。

（6） 超聲功率。選擇超聲功率60，70，80，90，100，120 Hz分別提取多酚。粒度100目，乙醇體積分數60%，料液比1∶20，提取溫度55℃，提取時間45 min等條件不變。1.4.2 響應面試驗設計

采用單因素試驗結果，考查乙醇體積分數（A）、提取溫度（B）、提取時間（C） 和超聲功率（D） 對玉米苞葉多酚得率（Y）的影響，利用響應面法優化各關鍵因素。根據Box-Behnken試驗設計原理，以多酚得率為指標，運用Design Expert 8.0.6軟件，設計四因素三水平響應面試驗，建立預測模型并獲得最佳工藝參數。

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 單因素試驗結果與分析

2.1.1 粒度大小的影響

玉米苞葉粉粒度在100目時多酚得率最高，為3.38±0.20 mg/g。玉米苞葉密度較小，體積較大，提取離心后上清液體積較小；且當增加料液比至1∶30時，多酚得率為2.91±0.21 mg/g。因此，確定粒度大小為100目。

2.1.2 乙醇體積分數的影響

當乙醇體積分數60%時，得率最高，為3.61±0.16 mg/g。多酚具有一定的脂溶性，乙醇水溶液的極性與玉米苞葉多酚的極性相近，便于多酚溶出；乙醇水溶液極性較大，雜質的溶出量增加，主要使樹脂、揮發油等溶出；使用中等濃度乙醇水溶液可抑制鞣酸、蛋白質、黏液等高分子雜質的溶出[4]。因此，確定乙醇體積分數為60%。

2.1.3 料液比的影響

料液比為1∶25時，多酚得率最高，為3.52±0.17 mg/g。多酚得率隨料液比增加而增加，但超過1∶20之后多酚得率增加輻度較小，且溶劑用量增加，增大提取成本。因此，確定料液比為1∶20。

2.1.4 提取溫度的影響

提取溫度在50～70℃多酚得率變化不大，溫度過高多酚得率反而下降。提高溫度有利于溶質的擴散和溶劑的滲透，確定55℃為提取溫度。

2.1.5 提取時間的影響

提取時間在45 min左右達到最大，之后又有下降的趨勢。超聲可以加快到達提取傳質平衡的時間[4]，比單純用乙醇提取需要2 h[5]，大大縮短了提取時間。因此，確定提取時間為45 min。

2.1.6 超聲功率的影響

超聲功率在60 Hz時多酚得率最大。超聲波的空化作用提高目標物從固相轉移到液相的傳質速率，但功率過高會在超聲儀器鋼板表面附近產生大量氣泡，增加聲傳播損失，反而削弱提取效率[6]；功率過大，還可造成不穩定多酚分子的分解，多酚得率降低。確定超聲功率為60 Hz。

單因素對多酚得率的影響見圖1。

2.2 響應面優化

圖1 單因素對多酚得率的影響

2.2.1 回歸模型及方差分析

根據單因素試驗結果，采用Box-Behnken試驗設計，以乙醇體積分數（A）、提取溫度（B）、提取時間（C）和超聲功率（D）為自變量，按四因素三水平進行試驗設計，以玉米苞葉多酚得率（Y）為響應值，進行響應面分析。

試驗方案及結果見表2，方差分析結果見表3。

使用試驗設計軟件Design Expert 8.0.6對表2數據進行擬合，得到玉米苞葉多酚得率（Y）與乙醇體積分數（A）、提取溫度（B）、提取時間（C） 和超聲功率（D）的二次多項回歸模型為

表2 試驗方案及結果

表3方差分析結果顯示，該回歸模型達到極顯著水平（回歸模型p＜0.000 1），實測值與預測值具有高度相關性（R2=0.930 2），方程可靠性高；失擬項差異不顯著（F=1.37，p＞0.05），殘差主要由隨機誤差產生，實測值與預測值具有較好擬合度，該模型對于玉米苞葉總多酚提取工藝能進行很好的分析和預測；4個影響因素的主次順序為乙醇體積分數＞超聲功率＞提取溫度＞提取時間（F值：A＞D＞B＞C；p值：C＜B＜D＜A）。響應值與試驗因素之間是非線性關系 （A，D，AB，A2，B2，C2，D2項對試驗結果影響極顯著，p＜0.01；C，AC，AD，CD項對試驗結果影響不顯著，p＞0.05）。因此，可使用該模型對玉米苞葉多酚的提取工藝進行分析和預測。

表3 方差分析結果

2.2.2 響應面分析 響應面及等高線圖見圖2。

圖2 響應面及等高線圖

從圖2中可看出，A，B，C，D 4個因素兩兩交互作用對玉米苞葉多酚得率的影響。乙醇體積分數的曲線較陡，對多酚得率的影響最顯著；超聲功率的曲線較陡，對多酚得率的影響較為顯著；提取溫度和提取時間的曲線較為平緩，響應值變化較小，對多酚得率的影響比較不顯著。根據圖2和方差分析結果，因素的影響順序為乙醇體積分數＞超聲功率＞提取溫度＞提取時間。

2.2.3 最佳條件的確定及驗證試驗

根據回歸模型，利用軟件Design Expert 8.0.6對試驗條件進行優化，得出超聲輔助玉米苞葉多酚提取最佳條件為乙醇體積分數70%，提取溫度58.78℃，提取時間44.29 min，超聲功率55.19 Hz，在此條件下預測多酚得率最大為3.711 mg/g。根據試驗條件，對各因素進行修正為乙醇體積分數70%，提取溫度58℃，提取時間44 min，超聲功率55 Hz。在此條件下進行6次驗證試驗，多酚得率平均值為3.719 mg/g，RSD為0.030%，與預測值相對誤差為0.216%，試驗穩定性和重現性好，驗證了數學模型的有效性。超聲輔助對提高玉米苞葉多酚得率具有應用價值，為玉米苞葉的開發利用提供了理論依據和技術支持。

3 結論

影響多酚提取的因素較多，如乙醇體積分數、提取溫度、提取時間、提取次數、粒度大小、料液比。單因素試驗表明，增加提取次數為2，3次，提取率有增加但增幅不大，并且在確定最佳提取工藝的基礎上，進行提取次數的影響試驗，二次提取多酚利率平均值為3.724 mg/g，較一次提取增加了0.1%，再考慮到提取時間和提取成本，確定提取次數為1次[7]。

玉米苞葉密度較小，體積較大，提取離心后上清液體積較少；且當增加料液比至1∶30時多酚得率為2.91±0.21 mg/g，確定提取時粒度大小為100目。

試驗采用超聲輔助乙醇提取多酚，提取設備簡單，提取成本較低，提取效率較高，適用于玉米苞葉多酚的提取，且在實驗室試驗的基礎上，增加原料量進行小試（玉米苞葉粉500 g）和中試（玉米苞葉粉5 000 g），按照最佳提取工藝進行多酚提取，多酚得率平均值為1.845 g/500 g和18.612 g/5 000 g，達到預期效果。

參考文獻：

[1]白瑜.玉米苞葉特性及成型性能的試驗研究 [D].楊凌：西北農林科技大學，2008.

[2]王天雷.玉米苞葉制工藝品 [J].中小企業科技，2014（5）：27.

[3]王璦麗，盧鋒，孫景和.玉米苞葉的藥理作用 [J].吉林農業，2016（3）：124.

[4]曹勇，馬艷梅，商雪嬌，等.響應面法優化超聲輔助醇提取黃芪中的多酚最佳工藝 [J].食品工業科技，2014，35 （16）：278-280.

[5]常麗新，賈長虹，郁春樂.響應面優化玉米苞葉多酚的提取工藝研究 [J].食品工業科技，2014，35（2）：259-263.

[6]梁惠花，劉曉河，王志寶.油菜蜂花為中總多酚的超聲提取及含量測定 [J].張家口醫學院學報，2003，20（4）：8-9.

[7]郭雪峰，岳永德.多酚類化合物的提取、分離純化和含量測定方法的研究進展 [J].安徽農業科學，2007，35（26）：8 083-8 086.◇