超聲波輔助法微乳提取玉米黃粉中玉米黃素工藝

李秀鑫，于曉丹，吳紅艷*，許英一

1. 齊齊哈爾大學食品與生物工程學院（齊齊哈爾 161006）；2. 山東星光糖業有限公司（德州 253000）

玉米黃粉是玉米在生產淀粉過程中形成的副產物之一，玉米黃粉中含有較豐富的天然色素，主要含有玉米黃素[1-3]。玉米黃素不光具有抗氧化、縮小黃斑分辨率、治療白內障、預防心血管疾病作用，還能強化機體免疫系統、減少動脈粥樣硬化等影響。在食品工業中，玉米黃素逐漸取代檸檬黃和日落黃等合成色素作為天然食品色素[4]。因此，以玉米黃素為主要功能成分的保健品開發將具有寬闊的市場前景。

提取玉米黃素方法[5-7]主要有水浴振蕩法、溶劑萃取法、超臨界CO2萃取法、超聲輔助法[8-9]、超聲微波輔助法等。由于溶劑萃取法耗時且能源損失較大，超臨界CO2萃取法的試驗成本較高，應用范圍較為狹窄，而超聲輔助法能夠提高其提取率，而且可以減少溶劑的使用，經濟環保，超聲微波輔助法對溶劑的結合更有效，在提高產量的同時也節約試驗時間。故試驗尋找一種既可以減少有機溶劑的使用，又經濟環保的提取方法。故選用微乳液作為提取劑來提取玉米黃粉中的玉米黃素。

微乳液通常由表面活性劑、助表面活性劑、水和油一起配制組成，以一定比例混合均勻以形成各向同性、均勻、無色、透明或半透明、低黏度、熱力學穩定的分散體系，其粒徑通常在1～100 nm之間[10-12]，并且綠色環保，所以將微乳作為分離介質，可能會有很大的辨別能力，能克服現有提取法存在的提取率低、生物利用率低等缺陷[13-14]。為提取玉米黃素的研究和開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 試劑與設備

多力葵花籽油（江蘇省蘇州市太倉港經濟技術開區）；吐溫80、司班80（天津市光復精細化工研究所）；玉米黃粉（哈爾濱農墾香坊民生飼料廠）；玉米黃素標準品（上海源葉生物科技有限公司）；超純水（蒸餾水再處理獲得）。

EMS-8B恒溫磁力攪拌器（天津歐諾儀器有限公司）；SHZ-C水浴恒溫振蕩器（上海躍進醫療器械廠）；DL-360E智能超聲波清洗器（上海之信儀器有限公司）；MK-2485MG海爾微波爐（青島海爾微波制品有限公司）；SHD-D循環水式真空泵（鞏義市英裕予華儀器廠）；722S型可見分光光度計（上海精密科學儀器有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 葵花籽油微乳液的制備

將表面活性劑吐溫80和司班80按照10∶1質量比進行均勻混合，按照與葵花籽油質量比7∶1比例混合均勻，待混合均勻后向其中緩慢的滴加超純水，從而使體系由澄清透明變混濁黏稠再重新變澄清透明，此時形成水包油型微乳液。

1.2.2 玉米黃粉中玉米黃素含量的測定

1.2.2.1 標準曲線的繪制

準確稱取10 mg玉米黃素，用制備好的微乳液溶解并配置成0.1 mg/mL的標準溶液，吸取其中1.25～10 mL微乳定容在25 mL容量瓶中，以葵花籽油微乳作為對照進行比較，在446 nm處測其吸光度，得到的標準曲線方程為y=32.105x+0.026 5，相關系數R2=0.998 5。

1.2.2.2 玉米黃素的提取方法

將玉米黃粉粉碎并過篩處理。稱取2.0 g玉米黃粉，按照一定比例，將其與葵花籽油微乳液進行均勻混合，分別利用水浴法、超聲波輔助法和超聲微波輔助法提取一定時間，抽濾定容處理，測量吸光度。根據標準曲線方程計算出玉米黃粉中的玉米黃素的含量C（mg/mL），并根據式（1）計算出玉米黃素提取率。

式中：E為玉米黃素提取率，mg/g；C為玉米黃素含量，mg/mL；V為提取劑體積，mL；M為玉米黃粉質量，g。

1.2.3 單因素試驗

1.2.3.1 料液比

稱取5份玉米黃粉各2.0 g，將料液比分別為1∶10，1∶20，1∶30，1∶40和1∶50（g/mL）制備的樣品置于40 ℃超聲波清洗器中，在其功率99 W時進行超聲90 min后進行抽濾定容，在446 nm處測其吸光度，并計算其提取率。

1.2.3.2 溫度

將料液比1∶40（g/mL）的樣品分別25，30，35和40 ℃超聲波清洗器中，在功率99 W條件下超聲90 min后進行抽濾定容，在446 nm處測其吸光度，并計算其提取率。

1.2.3.3 時間

將料液比1∶40（g/mL）的樣品，置于40 ℃超聲波清洗器中，在功率99 W條件下分別超聲30，50，70，90和110 min后進行抽濾定容，在446 nm處測其吸光度，并計算其提取率。

1.2.4 超聲波輔助提取玉米黃素的正交試驗

在單因素試驗的基礎上選擇料液比、溫度和時間3個因素，并評價其提取率，采用正交設計方案，分別對玉米黃素的提取進行試驗[15-16]，因子水平設計如表1。

表1 正交試驗因素水平表

2 結果與討論

2.1 不同方法對玉米黃粉中玉米黃素提取率的影響

將料液比1∶40（g/mL）的樣品，分別置于溫度40 ℃的恒溫水浴振蕩器、超聲清洗器和超聲清洗器和微波爐中提取90 min，進行試驗，計算出玉米黃素提取率。結果如圖1所示。

在相同樣品情況下，超聲波輔助微乳液提取玉米黃素和超聲微波輔助微乳液提取玉米黃素與相比水浴法提取玉米黃素的提取效果較好，其提取率幾乎是水浴法的2倍，又由于微波的時間較短其提取效果不太明顯，微波時間較長，溫度較高破壞分子間結構，使其微乳容易破乳，不能更好地進行玉米黃素提取。故試驗選擇超聲波輔助微乳液提取玉米黃粉中玉米黃素。

圖1 不同方法玉米黃素對提取率的影響

2.2 不同料液比玉米黃粉中玉米黃素提取率的影響

在溫度40 ℃，超聲功率99 W條件下超聲90 min進行抽濾，料液比對玉米黃粉中玉米黃素提取率的影響，結果如圖2所示。

從圖2可以看出，隨著料液比增加其玉米黃素提取率也隨之增加，料液比1∶40（g/mL）時，玉米黃素的提取率最高。提取劑含量越多，使其玉米黃粉與微乳液接觸越多，使其溶解更充分，因此越有利于色素溶出。但料液比太大，不僅提取率會降低，而且會增加其成本，因此選擇提取玉米黃素最佳料液比1∶40（g/mL）。

2.3 溫度對玉米黃粉中玉米黃素提取率的影響

在料液比1∶40（g/mL），超聲功率99 W條件下超聲90 min，溫度對玉米黃粉中玉米黃素提取率的影響，結果如圖3所示。

隨著溫度升高，玉米黃素提取率增加，可以表明溫度越高使分子運動越劇烈，玉米黃素溶解越好，然而溫度超過35 ℃時，提取率呈現下降趨勢，可能因為溫度越高，玉米黃素體系遭到破壞，分子間結構遭到破壞，玉米黃素不能更好溶出，從而使提取率開始下降，溫度達到50 ℃時，溶液開始變成乳白色，微乳開始出現破乳現象，不能更好提取玉米黃素。因此，可以確定玉米黃素最佳提取溫度為35 ℃。

圖2 料液比對提取率的影響

圖3 溫度對提取率的影響

2.4 時間對玉米黃粉中玉米黃素提取率的影響

在料液比1∶40（g/mL）、超聲功率99 W、溫度40 ℃時，時間對玉米黃粉中玉米黃素提取率的影響，結果如圖4所示。

玉米黃素提取率隨著超聲時間增加而增加，提取時間90 min時，其玉米黃素提取率最高，時間達到110 min時，其玉米黃素提取率開始下降。故在一定時間范圍內，玉米黃素隨著溫度增加而增加，但長時間可能會破壞色素穩定性，使其提取率呈現下降趨勢。所以，超聲波輔助提取玉米黃素最佳時間為90 min。

2.5 超聲提取玉米黃素的正交試驗結果與分析

采用料液比、溫度、時間3個因素進行正交試驗設計，從而確定提取玉米黃素最佳條件，分析不同條件下玉米黃素的提取率，其分析結果如表2和表3所示。

結果表明，各種因素及其水平對玉米黃素的提取率的影響表現出一定差異。料液比和溫度對試驗的結果影響顯著。在直觀分析表中，由極差分析可知，超聲波提取玉米黃素的3個因素對提取率的影響依次為A＞B＞C，根據極差分析確定提取最佳組合是A3B3C3，而9組正交試驗得到的最優組合是A3B3C2，對2組試驗進行驗證與比較，平行3次，A3B3C3的提取率為0.34 mg/g，比A3B3C2的0.36 mg/g小，因此選取A3B3C2為最佳提取工藝組合，即料液比1∶40（g/mL）、溫度40 ℃、時間110 min。在最佳條件下提取率最大，最大提取率為0.36 mg/g。

圖4 時間對提取率的影響

表2 超聲波輔助法提取玉米黃素L9(34)正交試驗結果

表3 正交試驗方差分析

3 結論

試驗利用不同提取方法進行玉米黃粉中玉米黃素提取，而恒溫水浴法在最佳條件下的玉米黃素提取率為0.12 mg/g，由于超聲波輔助微乳中玉米黃素經濟、方便又環保，故試驗選取超聲波輔助法作為玉米黃素提取方法。在單因素試驗結果基礎上，通過正交試驗篩選出超聲波輔助提取玉米黃粉中的玉米黃素的最優工藝條件為：料液比1∶40（g/mL）、溫度40 ℃、時間110 min。在此條件下，試驗所得玉米黃粉中玉米黃素提取率為0.36 mg/g。且料液比和溫度對其試驗結果均顯著。