“沁州黄”小米总黄酮提取工艺的研究

付丽红，任文静，李玉娥

(山西农业大学 食品科学与工程学院，山西 太谷 030801)



“沁州黄”小米总黄酮提取工艺的研究

付丽红，任文静，李玉娥

(山西农业大学 食品科学与工程学院，山西 太谷 030801)

摘要：“沁州黄”小米是山西特色品种，营养丰富，为提高其综合利用价值，本试验采用有机溶剂提取法提取“沁州黄”小米黄酮化合物，通过响应面试验设计，研究颗粒大小、料液比、乙醇浓度、浸提时间和pH值5个因素对黄酮提取率的影响。结果表明：颗粒大小100目，料液比1∶50，乙醇浓度50%，浸提时间0.5 h，pH值4的条件下黄酮类物质的提取率为87.60%。

关键词：“沁州黄”小米；总黄酮；提取

小米(SetariaitalicaL.)属禾木科，狗尾草属。小米营养价值高，富含蛋白质、维生素和矿物质等营养物质[1]，同时含有淀粉酶抑制剂、芥子油甙、多酚和单宁等化合物[2,3]。据《本草纲目》记载，小米具“有气味咸，微寒无毒，主治养贤气，去脾胃中热”的功效。现代医学表明，小米提取物具有抗氧化[4]、抗菌[5]、抗癌[6]、降低糖尿病[7]和提高胆固醇代谢[8]等作用。

黄酮类化合物(Flavonoids)主要指具有2-苯基色原酮结构的化合物，研究发现该化合物具有清除自由基、抗肿瘤、消炎、镇痛以及保护心血管系统活性等作用[9,10]。因此，寻找天然高效的黄酮类化合物是当前研究的热点之一。但目前对天然黄酮类化合物的研究主要集中在植物上，对谷物黄酮类化合物的研究开发较少。山西隶属黄河流域，是谷子的发源地之一，盛产优质黄小米，具有代表性的是晋东南地区“沁州黄”小米。本试验主要研究“沁州黄”小米籽粒中总黄酮提取工艺，旨在丰富谷物黄酮类化合物的种类，提升小米加工利用价值。

1材料与方法

1.1材料与试剂

山西沁县沁州黄小米，市售。

芦丁购自BBI公司，无水乙醇、NaNO2、Al(NO3)3、NaOH均为国产分析纯。

1.2仪器与设备

MP200B电子天平，上海精密科学仪器有限公司；SHY-2A水浴恒温振荡器，江苏金坛市金城国胜实验仪器厂；SHZ-Ⅲ型循环真空泵，上海亚荣生化仪器厂；723可见分光光度计，上海菁华科技仪器有限公司。

1.3试验方法

1.3.1标准曲线的绘制

采用NaNO2-Al(NO3)3比色法绘制标准曲线。以芦丁浓度C为横坐标，吸光度A为纵坐标，得标准曲线的回归方程为：A=0.528 6C-0.001 1，相关系数 R2=0.999 4，相关性良好，可用于后续试验。

1.3.2“沁州黄”小米总黄酮提取工艺流程

“沁州黄”小米→粉碎→乙醇热浸提→抽滤取上清液→定容→采用NaNO2-Al(NO3)3比色法510 nm测吸光度，计算黄酮化合物的提取率。

1.3.3黄酮提取率

黄酮提取率计算公式为：

(1)

其中，C：提取液中黄酮含量(g·L-1)；V：提取液体积/mL；N：稀释倍数；M：小米总黄酮质量10.07 mg·g-1。

M值的测定：称取1.0 g小米粉末，加入50 mL 60%乙醇放于100 mL圆底烧瓶内，置于水浴锅上，50 ℃条件下回流提取12 h，过滤、定容于100 mL，NaNO2-Al(NO3)3比色法测吸光度，计算出 “沁州黄”小米总黄酮含量为10.07 mg·g-1。

1.3.4单因素试验

1.3.4.1颗粒大小

将小米粉碎至0、20、40、60、80、100目，称取2.5 g于200 mL三角瓶中，按照料液比1∶20(g/mL)，加入60%的乙醇，在40 ℃条件下恒温水浴振荡1 h，考察颗粒大小对总黄酮的影响。

1.3.4.2料液比

称取一定颗粒大小的小米粉2.5 g于200 mL三角瓶中，料液比分别按照1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50加入60%的乙醇，在40 ℃条件下恒温水浴振荡1 h，考察料液比对小米总黄酮提取效果的影响。

1.3.4.3乙醇浓度

取2.5 g小米粉于三角瓶中，按照1.3.1.2确定的最适料液比，分别加入不同浓度的乙醇，依次为0%、20%、40%、60%、80%、100%，在40 ℃条件下恒温水浴振荡1 h，考察乙醇浓度对黄酮提取效果的影响。

1.3.4.4浸提时间

称取2.5 g小米粉于200 mL三角瓶中，按照1.3.1.2和1.3.1.2确定的最佳比例和浓度加入乙醇，在40 ℃下分别恒温水浴振荡0.5、1、2、3、4、5 h后，测定吸光度确定最适浸提时间。

1.3.4.5pH

称取2.5 g小米粉，加入质量分数为60%乙醇溶液，分别调节溶液pH至3、5、7、9、11，在40 ℃下恒温水浴振荡，确定溶液pH对对黄酮提取效果的影响。

1.3.5响应面分析

根据单因素结果设计响应面因素，进行响应面分析。

2结果与分析

2.1单因素实验

2.1.1颗粒大小对“沁州黄”小米黄酮提取率的影响

由图1可见，将小米研磨成不同大小的颗粒，随着颗粒粒度的增加，有机溶剂乙醇与颗粒接触的比表面积增大，有利于有机溶剂快速渗透到小米颗粒中，提取醇溶性物质，从而提高黄酮类化合物提取率，因此选取100目的小米颗粒进行后续研究。

图1　颗粒大小对小米黄酮提取率的影响Fig.1　Effect of grain sizes on the extraction rate of flavonoids from millet

2.1.2料液比对“沁州黄”小米总黄酮提取率的影响

由图2可见，小米黄酮提取率随着料液比的增加而增加，当料液比为1∶40时达到最大值，随后其提取率趋于稳定。随着料液比增加，颗粒和浸提液间黄酮浓度差增大，传质推动力增加，加快传递速率，增加提取效果；当料液比达到1∶40，其提取率开始趋于稳定，所以，小米黄酮最佳料液比为1∶40。

图2　料液比对小米总黄酮提取率的影响Fig.2　Effect of liquid/material ratio on the extraction rate of flavonoids from millet

2.1.3乙醇浓度对“沁州黄”小米黄酮提取率的影响

提取黄酮类化合物时低浓度乙醇溶液，大量的水溶性物质会溶出，不利于黄酮的提取；而随着乙醇浓度的增加，醇溶和脂溶性的杂质会大量溶出，在同一体系中，与浸提目标发生竞争，影响浸提的效果。从图3得出，小米黄酮化合物提取最佳乙醇溶度为60%。

图3　乙醇浓度对小米黄酮提取率的影响Fig.3　Effect of ethanol volume fraction on the extraction rate of flavonoids from millet

2.1.4醇提时间对“沁州黄”小米黄酮提取率的影响

随着浸提时间的增加，有利于黄酮类化合物从固相介质传递到液相有机溶液介质，其提取率逐渐增加。浸提1 h后，随着时间的延长，浸提出的黄酮化合物发生分解，导致其提取率有所降低。所以，提取小米黄酮物的最佳浸提时间为1 h。

图4　浸提时间对小米黄酮提取率的影响Fig.4　Impact time on the extraction rate of flavonoids from millet

2.1.5溶液pH对“沁州黄”小米黄酮提取率的影响

由图5可以看出，溶液pH值5～7范围内，黄酮提取率最佳。过酸或过碱都会破坏黄酮化合物的结构，从而影响浸提率。

图5　pH对小米黄酮提取率的影响Fig.5　Impact of solution pH on the extraction rate

2.2响应面试验结果及分析

在单因素基础上选用料液比(X1)、乙醇浓度(X2)、浸提时间(X3)和pH(X4)对小米黄酮影响显著的4个因素，进行响应面分析。

表1　响应面试验因素和水平

回归方程为：

Y=52.95-1.01A-30.77B-7.93C-5.23D+2.09AB-4.20AC-3.36AD-0.86BC+8.94BD-0.57CD-1.61A2-5.18B2-4.00C2-5.46D2

(2)

表3　方差分析表

注：*表示在α=0.05水平上显著；**表示在α=0.01水平上极显著。

Notes: *means the difference is significant at the 0.05 level; **means the difference is significant at the 0.05 level.

图6　预测值与实验值之间的拟合程度曲线Fig.6　Fitted line plot indicating the closeness between predicted values and experimental values

试验值和预测值各点越接近对角线表明二者的吻合程度越高，预测模型的结果越可靠。图6试验值与预测值的高度一致性表明响应面分析所得的黄酮提取率预测模型方程能较好的反映实际试验结果。

2.3验证性试验

根据Design Expert Software所建立的数学模型进行优化分析可知，小米黄酮提取最佳工艺参数为：料液比(W/V)1∶50，提取时间0.5 h，pH值4，乙醇浓度50%，在此条件下黄酮提取率预测值为88.36%。经过试验验证所得的提取率为87.60%，与预测值基本吻合，表明预测结果实际可行。

3结论

本试验以乙醇作为提取剂，通过单因素和响应面试验优化得到提取黄酮最佳工艺条件，可为“沁州黄”小米黄酮深入研究和开发提供理论依据。

参考文献

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(编辑：马荣博)

The technical resrearch on extraction of total flavonoids from “Qin zhou huang” millet

Fu Lihong, Ren Wenjing, Li yu’e

(CollegeofFoodScienceandEngineering,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China)

Abstract:“Qin zhou huang” is rich in nutrition as characteristic species of shanxi. This paper was to improve the comprehensive utilization. The organic solvent extraction method was used to extracting total flavonoids from “Qin zhou huang” millet. According to the response surface, the optimal parameters for extraction total flavonoids from millet were obtained. The results were as follows: particle size 100mL, liquid/material ratio 1∶50, ethanol volume fraction 50%, extraction time 0.5 h and pH 4. The extracting yield of flavonoids finally was 87.61%.

Key words:“Qin zhou huang” millet; Total flavonoids; Extracting

中图分类号：TS202.3

文献标识码：A

文章编号：1671-8151(2016)03-0219-05

基金项目：山西农业大学博士启动基金(2013YJ32)

作者简介：付丽红(1984-)，女(汉)，山西大同人，讲师，博士，研究方向：食品科学

收稿日期：2015-12-10修回日期：2016-01-04