乙醇浸提米糠中原花青素的工艺研究

2017-05-09杨豆张卫波樊华刘锰玉

粮油与饲料科技 2017年2期

关键词：米糠花青素中原

杨豆张卫波樊华刘锰玉

(陕西理工大学化学与环境科学学院汉中723000)

乙醇浸提米糠中原花青素的工艺研究

杨豆张卫波樊华刘锰玉

(陕西理工大学化学与环境科学学院汉中723000)

采用乙醇水溶液在集热式恒温加热磁力搅拌水浴锅中对米糠中的原花青素进行提取，通过搅拌强化了原花青素的提取效果。单因素实验分别研究了搅拌速度、乙醇体积分数、提取时间、提取温度、料液比四个因素对原花青素提取效果的影响，通过正交实验优化了提取工艺条件，得到最优的提取工艺参数为：搅拌速度150r∕min，乙醇体积分数60%，料液比1∶18g∕mL，提取温度55℃，提取时间40min，此条件下，原花青素的得率达3.772%。

米糠；原花青素；乙醇；浸提

0 前言

米糠是营养丰富且廉价的可部分替代玉米的饲料资源，其富含甾醇、原花青素、蛋白质、膳食纤维、矿物质、维生素等成分，新鲜米糠含有米香味，禽畜适口性好，不仅可以降低饲料成本，还能达到促生长、提高饲料中营养元素的吸收的目的[1-2]。研究表明，原花青素具有清除自由基抗氧化、抗癌抗衰老、消炎抗肿瘤、保护组织细胞、促进伤口愈合等多种生理作用，在医药、化妆品、饲料工业等领域均有应用。原花青素用作饲料添加剂具有促消化、提高机体免疫力、防腹泻、促进骨骼生成、促生长等效果，是不可多得的天然饲料添加剂，且不会在动物体内残留[3-5]，在饲料工业中具有很好的开发利用前景。

1 实验材料及方法

1.1 实验材料及仪器

米糠(购自汉中农贸市场)，清洗后干燥粉碎，石油醚脱脂后，过60目筛于阴凉干燥处放置备用；原花青素标准品（中国药品生物制品检验所，纯度≥98%）；乙醇、石油醚。

岛津UV-260紫外可见分光光度计：日本岛津；SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵：巩义市予华仪器有限公司；GR-200电子天平：日本AND；电热鼓风干燥箱101型：北京科伟永兴仪器有限公司；DHG-9075A型电热鼓风干燥箱：上海一恒科技有限公司；pHS-3C型酸度计：上海雷磁仪器厂；80-1型离心机：江苏金坛正基仪器有限公司；DF-101SZ型数显转速集热式恒温加热磁力搅拌器：巩义市科瑞仪器有限责任公司。

1.2 实验

1.2.1 原花青素标准曲线的绘制

参照文献绘制标准曲线[6]。精密称取0.1g的原花青素标准品，用体积分数为70%的乙醇溶解后定容，配制浓度为1mg∕mL的原花青素标准溶液。以此标准溶液为基础，再分别稀释配制浓度为0.005、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05mg∕mL不同浓度的原花青素溶液，于280nm处测定吸光度。以原花青素的质量浓度(C)为横坐标，不同浓度的溶液的吸光度(A)为纵坐标绘制标准曲线，得标准曲线方程为A=11.3843c+0.0102(R2=0.9998)

1.2.2 原花青素的提取

将乙醇水溶液和原花青素按照一定的料液比放入烧杯中，移入集热式恒温加热磁力搅拌器中进行提取，设定一定的转速、温度和时间。提取完成后，将提取液抽滤，取上清液进行稀释，测定吸光度，计算原花青素的得率。

1.2.3 原花青素得率的计算

得率(%)=Wcv∕m×100

式中：v—测定液的体积(mL)；W—稀释总倍数；c—提取液中原花青素质量浓度（mg∕mL）；

m—每次提取时所取的米糠粉末质量∕g.

1.3 单因素实验设计

分别探究了搅拌速度(0、50、100、150、200r∕min)，乙醇体积分数(40、50、60、70、80%)，料液比(1∶9、1∶12、1∶15、1∶18、1∶21g∕mL)，提取温度(45、50、55、60、65℃)，提取时间(20、30、40、50、60min)四个因素不同水平下的提取效果，为正交实验选择合适的水平范围。

1.4 正交试验设计

以单因素的五个因素作为正交实验的考察因素，以米糠中原花青素的得率为指标，采用五因素四水平的正交实验设计优化米糠中原花青素的提取，实验安排见表1。

2 实验结果与分析

表1 正交实验设计安排表

2.1 搅拌速度

研究搅拌速度对米糠中原花青素提取的影响过程中，固定乙醇体积分数60%、料液比1∶18g∕mL，提取温度50℃，提取时间30min，搅拌速度分别为0、50、100、150、200r∕min时的原花青素得率变化见图1。

图1 搅拌速度对原花青素得率的影响

由图1可以看出，随着搅拌速度的增大，米糠中原花青素的得率不断增大，当搅拌速度大于150r∕min时，原花青素得率基本不变。搅拌促进了米糠粉末在乙醇水溶液中的均匀分散，增大了固液接触面积和浓度梯度，使原花青素更快地溶出。与未搅拌相比，200r∕min的搅拌作用下，原花青素的提取率提高了约99.3%，提取效率得到明显提升，但从提取成本及能耗考虑，由于150r∕min和200r∕min条件下的得率相差不大，故选择150r∕min的搅拌速度比较合适。

2.2 乙醇体积分数

研究乙醇体积分数对米糠中原花青素提取的影响过程中，固定搅拌速度100r∕min、料液比1∶18g∕mL，提取温度50℃，提取时间30min，乙醇体积分数分别为50、60、70、80、90%时的原花青素得率变化见图2。

图2 乙醇体积分数对米糠中原花青素得率的影响

不同体积分数的乙醇的极性不一样，对米糠细胞组织的穿透力不同，因此提取效果有很大差异。从图2可以看出，在乙醇体积分数在40%～80%范围内，随着乙醇体积分数的增大，原花青素得率先增大后减小，体积分数为60%的乙醇提取米糠原花青素得率最高。乙醇体积分数再增大，得率反而降低，这可能与其他醇溶性杂质成分的溶解有关，降低了原花青素与乙醇-水的结合概率，因此选择体积分数为60%的乙醇较合适。

2.3 料液比

研究料液比对米糠中原花青素提取的影响过程中，固定搅拌速度100r∕min、乙醇体积分数50%，提取温度50℃，提取时间30min，料液比分别为1∶9、1∶12、1∶15、1∶18、1∶1g∕mL时的原花青素得率变化见图3。

图3 料液比对米糠中原花青素得率的影响

从图3可知，料液比对米糠中原花青素的提取具有正向作用，当料液比从1∶9g∕mL增大到1∶21g∕mL的过程中，米糠中原花青素得率不断增大。料液比增大，米糠和提取剂乙醇水溶液之间的浓度梯度就不断增大，这是提取原花青素的动力，但当料液比增大到1∶18g∕mL之后，原花青素得率基本不变，综合考虑提取成本和原花青素得率，选择1∶18g∕mL较合适。

2.4 提取温度

研究提取温度对米糠中原花青素提取的影响过程中，固定搅拌速度100r∕min、乙醇体积分数50%，料液比1∶18g∕mL，提取时间30min，提取温度分别为45、50、55、60、65℃时的原花青素得率变化见图4。

图4 提取温度对米糠中原花青素得率的影响

提取温度对米糠中原花青素的得率有很明显的影响，升高温度有利于分子运动，增大米糠粉末和提取剂的接触，但是温度过高又会破坏原花青素得率，因此需要对提取温度进行合理的调控。由图4可以看出，提取温度从45～65℃升温的过过程中，米糠原花青素得率先增大后减小，55℃时的提取效果最好，因此选择此温度为最适温度。

2.5 提取时间

研究提取时间对米糠中原花青素提取的影响过程中，固定搅拌速度100r∕min、乙醇体积分数50%，料液比1∶18g∕mL，提取时间温度50℃，提取时间分别为20、30、40、50、60min时的原花青素得率变化见图5。

从图5可以看出，米糠中原花青素的得率随提取时间的延长先增大后减小，提取时间较短，木糠中大部分的原花青素还未完全溶出，因此相对应的得率较低，随着提取时间的延长，原花青素得率不断增大，当提取时间为50min时，得率最高，再延长提取时间，原花青素得率反而降低，可能是长时间的提取使米糠中其他醇溶性物质竞相和原花青素溶出，导致得率降低，因此选择50min为最宜提取时间。

图5 提取时间对米糠中原花青素得率的影响

3 正交实验结果及分析

为了米糠中原花青素的乙醇浸提工艺条件，以搅拌速度、乙醇体积分数、料液比、提取温度和提取时间五个因素作为影响因子，原花青素得率为指标，通过L16(45)正交实验确定最佳提取工艺参数，按照表1实验设计进行实验，实验结果见表2。

从正交实验结果表中的极差值越大，说明对应的因素对提取结果影响越显著，据此可以看出各因素对米糠中原花青素得率的影响顺序为：提取温度＞提取时间＞乙醇体积分数＞搅拌速度＞料液比。表2中各因素对应的不同水平下的均值越大，说明在正交组合实验中，此水平下提取效果最好，结合正交实验中五个因素各水平对应的均值可以看出，乙醇浸提米糠中原花青素的最佳提取工艺组合为：A3B2C3D3E3，即搅拌速度150r∕min，乙醇体积分数60%，料液比1∶18g∕mL，提取温度55℃，提取时间40min。为了验证最优条件下的提取效果，并与其他条件相同时未搅拌状态条件下的提取效果进行比较，每个实验均进行3次，取其平均值作为最终得率，实验结果见表3。

表2 正交实验结果

表3 验证实验结果

表3中将最优组合条件下的提取效果与未搅拌条件下不同提取时间的效果进行了比较，相同条件下，搅拌提取所得的原花青素得率比未搅拌实验2的得率提高了64.36%，未搅拌状态下提取60min的得率才是搅拌状态下40min得率的71.42%，因此可以看出，搅拌能强化乙醇浸提米糠中原花青素的效果，同时还能缩短提取时间，正交实验确定的最优条件下米糠的得率与单因素及正交中的任何组相比是最高的。

4 结论

原花青素的饲用价值极高，高效提取是其在饲料工业中开发应用的基础。通过搅拌强化了乙醇浸提米糠原花青素的提取效果，达到了高效提取的目的。正交实验确定的各因素对原花青素提取的影响为：提取温度＞提取时间＞乙醇体积分数＞搅拌速度＞料液比，最优工艺参数为：搅拌速度150r∕min，乙醇体积分数60%，料液比1∶18g∕mL，提取温度55℃，提取时间40min，此条件下，原花青素的得率达3.772%。