微波辅助法提取玉米叶绿原酸工艺的优化

吴冬丽+申朝+徐富成+王丽萍

摘要:采用微波辅助法提取玉米(Zea mays L.)叶中的绿原酸,研究粒度､料液比､微波时间､微波功率､提取次数对绿原酸含量的影响｡通过单因素试验和正交试验得到的最佳工艺条件为粒度80目､料液比1∶30(g∶mL)､微波时间50 s､微波功率550 W,在此条件下,提取到绿原酸含量达2.62 mg/g｡

关键词:玉米(Zea mays L.)叶;绿原酸;微波辅助;正交试验

中图分类号:TQ460.1文献标识码:A文章编号:0439-8114(2014)11-2624-03

Optimizing of Microwave-assisted Extracting Chlorogenic Acid from Maize Leaves

WU Dong-li,SHEN Zhao,XU Fu-cheng,WANG Li-ping

(College of Life Science,Hebei United University,Tangshan 063000,Hebei, China)

Abstract: Microwave-assisted extracting chlorogenic acid from maize(Zea mays L.) leaves was studied. The extraction yield of chlorogenic acid was investigated with respect to mesh size, solid to liquid ratio, microwave time, microwave power and extraction frequency. Through single factor experiment and orthogonal experiment, the optimal extraction conditions were mesh size 80, solid to liquid ratio 1∶30(g∶L),microwave time 50 s, microwave power 550 W. The extraction yield of chlorogenic acid was 2.62 mg/g under the optimal condition.

Key words: maize (Zea mays L.) leaves; chlorogenic acid; microwave-assisted; orthogonal experiment

基金项目:河北省科学技术与发展计划项目(12227107D)

绿原酸是一种重要的生物活性物质,具有抗菌､抗虫､保肝利胆､抗肿瘤､降血压､降血脂､抗氧化等多种药理作用[1,2]｡绿原酸是食品､药品､化妆品等工业的重要原料[3,4]｡

玉米(Zea mays L.)是我国主要农作物之一,近年来,我国玉米年产量已达1.2亿t,每年由加工玉米而产生的玉米叶､秸秆可达几十万吨,这些玉米叶和秸秆如果不加以利用,既造成资源浪费又污染环境｡目前,有关玉米加工副产物中具有生物活性产物的研究已有报道[5-7]｡本研究以玉米叶为原料,通过单因素试验和正交试验优化玉米叶中绿原酸提取的工艺,为开发绿原酸提取原料的廉价替代品提供理论依据｡

1材料与方法

1.1材料和药品

供试玉米叶采摘于河北省唐山市市郊农田｡

绿原酸标准品购于中国药品生物制品检定所;其他试剂均为国产分析纯｡

1.2仪器

752型紫外可见分光光度计(上海光谱仪器有限公司);JA-2003型电子分析天平(上海上平仪器有限公司);WG700SL23-K6型格兰仕微波炉(佛山市格兰仕电器有限公司);FA100 4B型电子天平(上海越平科学仪器有限公司);SHZ-95B型立式多用循环水真空泵(上海予英仪器有限公司)｡

1.3方法

1.3.1绿原酸的提取流程

1.3.2标准曲线的绘制精确称取绿原酸标准品2 mg,用蒸馏水溶解并定容于50 mL容量瓶中｡用移液管准确吸取0.5､1.0､1.5､2.0､2.5､3.0 mL上述标准溶液于6支试管中,并用蒸馏水定容至10 mL,即将母液配成2､4､6､8､10､12 μg/mL标准溶液,然后用紫外可见分光光度计在325 nm波长处测量吸光度,以样品的浓度为横坐标,吸光度值为纵坐标绘制标准曲线(图1),对标准曲线进行线性拟合,得到线性回归方程为Y=0.060 5X+0.002 5,R2=0.999 7｡

1.3.3绿原酸含量测定对绿原酸提取液进行适当稀释后,用紫外可见光分光光度计在325 nm波长处测量吸光度,计算绿原酸含量(mg/g)｡

绿原酸含量=(C×N×V)/W

式中:C为标准曲线绿原酸的浓度(mg/mL);N为稀释倍数;V为配成溶液体积(mL);W为玉米叶的重量(g)｡

1.4单因素试验

设置以下各因素试验:①在料液比(g∶mL,下同)1∶20､微波功率中火(400 W)､微波时间40 s的条件下,考察粒度(20､40､60､80､100目)对玉米叶绿原酸含量的影响;②在粒度80目､微波功率为中火(400 W)､微波时间为40 s条件下,考察料液比(1∶10､1∶15､1∶20､1∶25､1∶30)对玉米叶绿原酸含量的影响;③在粒度80目､料液比1∶20､微波功率中火(400 W)的条件下,考察微波时间(10､20､30､40､50､60､70 s)对玉米叶绿原酸含量的影响;④在粒度80目､料液比1∶20､微波时间40 s的条件下考察微波功率(100､150､400､550､700 W)对玉米叶绿原酸含量的影响;⑤在粒度80目､料液比1∶20､微波功率400 W､微波时间40 s的条件下,考察提取次数(1~5次)对绿原酸含量的影响｡

1.5正交试验

在单因素试验的基础上,以粒度､料液比､微波时间､微波功率为因素,每个因素3个水平,以绿原酸含量为指标,进行L9(34)正交试验,其正交试验因素和水平见表1｡

2结果与分析

2.1单因素试验

2.1.1粒度的对玉米叶绿原酸含量的影响由图2可知,绿原酸的含量呈先上升再下降的趋势,当粒度为80目时,绿原酸含量达到最高值｡这可能是因为玉米叶粉碎程度的提高,单位体积的玉米叶周围的水含量不断增加,原料与溶剂充分接触,二者间传质作用增强,导致绿原酸含量升高｡但当粒度为100目时,玉米叶绿原酸含量反而下降,可能是因为玉米叶粉碎程度太大,导致其他物质溶出,绿原酸含量降低｡因此,选择粒度为80目为宜｡

2.1.2料液比对玉米叶绿原酸含量的影响由图3可以看出,玉米叶绿原酸的含量随着料液比的增加而增大,但是当料液比大于1∶25,绿原酸含量稍有下降｡这可能是因为之前水量太少,细胞不能有效溶胀,影响破壁效果;当达到最佳值后,随着用水量的增加,过量的水则会造成细胞壁内外同时升温,也会影响破壁效果｡过量的水的加入,也会给后续分离工序造成负担｡因此,提取时选择料液比1∶25为宜｡

2.1.3微波时间对玉米叶绿原酸含量的影响由图4可知,随着微波时间的延长,玉米叶绿原酸的含量逐渐升高,微波时间在10~40 s时,绿原酸含量增幅较大｡这是因为微波对细胞壁有破碎作用,时间短,破碎程度小,溶出物少,造成绿原酸含量低,随着微波时间的延长,破碎程度增大,溶出物增多,绿原酸含量随之增大｡微波时间在40~50 s时增幅较小;微波时间大于50 s时,绿原酸含量随时间的延长呈下降趋势｡这可能是因为在50 s时玉米叶中绿原酸已达最大提取程度,随着时间的延长,绿原酸不稳定而被降解｡因此,选择微波时间50 s为宜｡

2.1.4微波功率对玉米叶绿原酸含量的影响 由图5可知,随着微波功率的增大,玉米叶绿原酸含量增大｡在微波功率为550 W时,绿原酸含量达到最大;随着微波功率继续增大,绿原酸含量反而下降,这可能是因为增大微波功率后,分子运动速度相应加快,加速了有效成分的溶解｡如果功率过大,会使绿原酸降解,导致含量下降｡因此,微波功率选择550 W为宜｡

2.1.5提取次数对玉米叶绿原酸含量的影响由图6可知,提取2次可以使玉米叶中绿原酸完全浸出,增加提取次数,绿原酸含量增加幅度不大,为了节约时间和提高工作效率,选择提取2次为宜｡

2.2正交试验

正交试验结果及方差分析见表2､表3｡由表2极差分析可知,各因素对玉米叶中绿原酸含量的影响大小顺序为微波功率(D)､料液比(B)､微波时间(C)､粒度(A),提取玉米叶中绿原酸的最优组合为A2B3C2D2,即当粒度为80目,料液比为1∶30,微波时间为50 s,微波功率为550 W｡同时对所得数据进行方差分析,把影响较小的因素粒度列为误差项｡结果表明,料液比对绿原酸的含量有显著影响,微波功率对绿原酸的含量影响极显著,因此在提取过程中需严格控制｡

2.3验证试验

按正交试验的最佳工艺条件,粒度为80目,料液比为1∶30,微波时间为50 s,微波功率为550 W进行验证试验,得到玉米叶绿原酸的含量较高,为2.62 mg/g｡

3小结

通过单因素试验和正交试验优化微波辅助提取玉米叶绿原酸的工艺条件,得到最佳的工艺条件为粒度80目,料液比1∶30,微波时间50 s,微波功率550 W,在此条件下提取到的绿原酸含量可达到2.62 mg/g,表明该工艺条件可行｡

参考文献:

[1] 王辉,田呈瑞,马守磊,等.绿原酸的研究进展[J].食品工业科技,2009(4):341-344.

[2] 汤德良.植物抗虫的次生代谢物质[J].世界农业,1999(3):32-33.

[3] 肖卓炳,郭瑞轲,郭满满,等.金银花中绿原酸超声微波双辅助提取工艺优化[J].食品科学,2012,33(22):111-114.

[4] 聂凌鸿,岳淼.金银花中绿原酸提取工艺的优化[J].食品研究与开发,2008,29(1):51-55.

[5] 鲁晓翔,连喜军,唐津忠,等.玉米加工副产物高附加值利用研究进展[J].粮油加工,2007(4):84-87.

[6] 许钢.玉米不同部位提取物的抗氧化性能比较[J].食品与发酵工业,2004,30(4):88-92.

[7] 吴克伟,赵晓燕,张超,等.响应面法优化超声提取紫玉米苞叶花青素工艺条件的研究[J]. 中国食品添加剂,2009(3):137-140.

2.1.4微波功率对玉米叶绿原酸含量的影响 由图5可知,随着微波功率的增大,玉米叶绿原酸含量增大｡在微波功率为550 W时,绿原酸含量达到最大;随着微波功率继续增大,绿原酸含量反而下降,这可能是因为增大微波功率后,分子运动速度相应加快,加速了有效成分的溶解｡如果功率过大,会使绿原酸降解,导致含量下降｡因此,微波功率选择550 W为宜｡

2.1.5提取次数对玉米叶绿原酸含量的影响由图6可知,提取2次可以使玉米叶中绿原酸完全浸出,增加提取次数,绿原酸含量增加幅度不大,为了节约时间和提高工作效率,选择提取2次为宜｡

2.2正交试验

正交试验结果及方差分析见表2､表3｡由表2极差分析可知,各因素对玉米叶中绿原酸含量的影响大小顺序为微波功率(D)､料液比(B)､微波时间(C)､粒度(A),提取玉米叶中绿原酸的最优组合为A2B3C2D2,即当粒度为80目,料液比为1∶30,微波时间为50 s,微波功率为550 W｡同时对所得数据进行方差分析,把影响较小的因素粒度列为误差项｡结果表明,料液比对绿原酸的含量有显著影响,微波功率对绿原酸的含量影响极显著,因此在提取过程中需严格控制｡

2.3验证试验

按正交试验的最佳工艺条件,粒度为80目,料液比为1∶30,微波时间为50 s,微波功率为550 W进行验证试验,得到玉米叶绿原酸的含量较高,为2.62 mg/g｡

3小结

通过单因素试验和正交试验优化微波辅助提取玉米叶绿原酸的工艺条件,得到最佳的工艺条件为粒度80目,料液比1∶30,微波时间50 s,微波功率550 W,在此条件下提取到的绿原酸含量可达到2.62 mg/g,表明该工艺条件可行｡

参考文献:

[1] 王辉,田呈瑞,马守磊,等.绿原酸的研究进展[J].食品工业科技,2009(4):341-344.

[2] 汤德良.植物抗虫的次生代谢物质[J].世界农业,1999(3):32-33.

[3] 肖卓炳,郭瑞轲,郭满满,等.金银花中绿原酸超声微波双辅助提取工艺优化[J].食品科学,2012,33(22):111-114.

[4] 聂凌鸿,岳淼.金银花中绿原酸提取工艺的优化[J].食品研究与开发,2008,29(1):51-55.

[5] 鲁晓翔,连喜军,唐津忠,等.玉米加工副产物高附加值利用研究进展[J].粮油加工,2007(4):84-87.

[6] 许钢.玉米不同部位提取物的抗氧化性能比较[J].食品与发酵工业,2004,30(4):88-92.

[7] 吴克伟,赵晓燕,张超,等.响应面法优化超声提取紫玉米苞叶花青素工艺条件的研究[J]. 中国食品添加剂,2009(3):137-140.

2.1.4微波功率对玉米叶绿原酸含量的影响 由图5可知,随着微波功率的增大,玉米叶绿原酸含量增大｡在微波功率为550 W时,绿原酸含量达到最大;随着微波功率继续增大,绿原酸含量反而下降,这可能是因为增大微波功率后,分子运动速度相应加快,加速了有效成分的溶解｡如果功率过大,会使绿原酸降解,导致含量下降｡因此,微波功率选择550 W为宜｡

2.1.5提取次数对玉米叶绿原酸含量的影响由图6可知,提取2次可以使玉米叶中绿原酸完全浸出,增加提取次数,绿原酸含量增加幅度不大,为了节约时间和提高工作效率,选择提取2次为宜｡

2.2正交试验

正交试验结果及方差分析见表2､表3｡由表2极差分析可知,各因素对玉米叶中绿原酸含量的影响大小顺序为微波功率(D)､料液比(B)､微波时间(C)､粒度(A),提取玉米叶中绿原酸的最优组合为A2B3C2D2,即当粒度为80目,料液比为1∶30,微波时间为50 s,微波功率为550 W｡同时对所得数据进行方差分析,把影响较小的因素粒度列为误差项｡结果表明,料液比对绿原酸的含量有显著影响,微波功率对绿原酸的含量影响极显著,因此在提取过程中需严格控制｡

2.3验证试验

按正交试验的最佳工艺条件,粒度为80目,料液比为1∶30,微波时间为50 s,微波功率为550 W进行验证试验,得到玉米叶绿原酸的含量较高,为2.62 mg/g｡

3小结

通过单因素试验和正交试验优化微波辅助提取玉米叶绿原酸的工艺条件,得到最佳的工艺条件为粒度80目,料液比1∶30,微波时间50 s,微波功率550 W,在此条件下提取到的绿原酸含量可达到2.62 mg/g,表明该工艺条件可行｡

参考文献:

[1] 王辉,田呈瑞,马守磊,等.绿原酸的研究进展[J].食品工业科技,2009(4):341-344.

[2] 汤德良.植物抗虫的次生代谢物质[J].世界农业,1999(3):32-33.

[3] 肖卓炳,郭瑞轲,郭满满,等.金银花中绿原酸超声微波双辅助提取工艺优化[J].食品科学,2012,33(22):111-114.

[4] 聂凌鸿,岳淼.金银花中绿原酸提取工艺的优化[J].食品研究与开发,2008,29(1):51-55.

[5] 鲁晓翔,连喜军,唐津忠,等.玉米加工副产物高附加值利用研究进展[J].粮油加工,2007(4):84-87.

[6] 许钢.玉米不同部位提取物的抗氧化性能比较[J].食品与发酵工业,2004,30(4):88-92.

[7] 吴克伟,赵晓燕,张超,等.响应面法优化超声提取紫玉米苞叶花青素工艺条件的研究[J]. 中国食品添加剂,2009(3):137-140.