超声波辅助法微乳提取玉米黄粉中玉米黄素工艺

李秀鑫，于晓丹，吴红艳*，许英一

1. 齐齐哈尔大学食品与生物工程学院（齐齐哈尔 161006）；2. 山东星光糖业有限公司（德州 253000）

玉米黄粉是玉米在生产淀粉过程中形成的副产物之一，玉米黄粉中含有较丰富的天然色素，主要含有玉米黄素[1-3]。玉米黄素不光具有抗氧化、缩小黄斑分辨率、治疗白内障、预防心血管疾病作用，还能强化机体免疫系统、减少动脉粥样硬化等影响。在食品工业中，玉米黄素逐渐取代柠檬黄和日落黄等合成色素作为天然食品色素[4]。因此，以玉米黄素为主要功能成分的保健品开发将具有宽阔的市场前景。

提取玉米黄素方法[5-7]主要有水浴振荡法、溶剂萃取法、超临界CO2萃取法、超声辅助法[8-9]、超声微波辅助法等。由于溶剂萃取法耗时且能源损失较大，超临界CO2萃取法的试验成本较高，应用范围较为狭窄，而超声辅助法能够提高其提取率，而且可以减少溶剂的使用，经济环保，超声微波辅助法对溶剂的结合更有效，在提高产量的同时也节约试验时间。故试验寻找一种既可以减少有机溶剂的使用，又经济环保的提取方法。故选用微乳液作为提取剂来提取玉米黄粉中的玉米黄素。

微乳液通常由表面活性剂、助表面活性剂、水和油一起配制组成，以一定比例混合均匀以形成各向同性、均匀、无色、透明或半透明、低黏度、热力学稳定的分散体系，其粒径通常在1～100 nm之间[10-12]，并且绿色环保，所以将微乳作为分离介质，可能会有很大的辨别能力，能克服现有提取法存在的提取率低、生物利用率低等缺陷[13-14]。为提取玉米黄素的研究和开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 试剂与设备

多力葵花籽油（江苏省苏州市太仓港经济技术开区）；吐温80、司班80（天津市光复精细化工研究所）；玉米黄粉（哈尔滨农垦香坊民生饲料厂）；玉米黄素标准品（上海源叶生物科技有限公司）；超纯水（蒸馏水再处理获得）。

EMS-8B恒温磁力搅拌器（天津欧诺仪器有限公司）；SHZ-C水浴恒温振荡器（上海跃进医疗器械厂）；DL-360E智能超声波清洗器（上海之信仪器有限公司）；MK-2485MG海尔微波炉（青岛海尔微波制品有限公司）；SHD-D循环水式真空泵（巩义市英裕予华仪器厂）；722S型可见分光光度计（上海精密科学仪器有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 葵花籽油微乳液的制备

将表面活性剂吐温80和司班80按照10∶1质量比进行均匀混合，按照与葵花籽油质量比7∶1比例混合均匀，待混合均匀后向其中缓慢的滴加超纯水，从而使体系由澄清透明变混浊黏稠再重新变澄清透明，此时形成水包油型微乳液。

1.2.2 玉米黄粉中玉米黄素含量的测定

1.2.2.1 标准曲线的绘制

准确称取10 mg玉米黄素，用制备好的微乳液溶解并配置成0.1 mg/mL的标准溶液，吸取其中1.25～10 mL微乳定容在25 mL容量瓶中，以葵花籽油微乳作为对照进行比较，在446 nm处测其吸光度，得到的标准曲线方程为y=32.105x+0.026 5，相关系数R2=0.998 5。

1.2.2.2 玉米黄素的提取方法

将玉米黄粉粉碎并过筛处理。称取2.0 g玉米黄粉，按照一定比例，将其与葵花籽油微乳液进行均匀混合，分别利用水浴法、超声波辅助法和超声微波辅助法提取一定时间，抽滤定容处理，测量吸光度。根据标准曲线方程计算出玉米黄粉中的玉米黄素的含量C（mg/mL），并根据式（1）计算出玉米黄素提取率。

式中：E为玉米黄素提取率，mg/g；C为玉米黄素含量，mg/mL；V为提取剂体积，mL；M为玉米黄粉质量，g。

1.2.3 单因素试验

1.2.3.1 料液比

称取5份玉米黄粉各2.0 g，将料液比分别为1∶10，1∶20，1∶30，1∶40和1∶50（g/mL）制备的样品置于40 ℃超声波清洗器中，在其功率99 W时进行超声90 min后进行抽滤定容，在446 nm处测其吸光度，并计算其提取率。

1.2.3.2 温度

将料液比1∶40（g/mL）的样品分别25，30，35和40 ℃超声波清洗器中，在功率99 W条件下超声90 min后进行抽滤定容，在446 nm处测其吸光度，并计算其提取率。

1.2.3.3 时间

将料液比1∶40（g/mL）的样品，置于40 ℃超声波清洗器中，在功率99 W条件下分别超声30，50，70，90和110 min后进行抽滤定容，在446 nm处测其吸光度，并计算其提取率。

1.2.4 超声波辅助提取玉米黄素的正交试验

在单因素试验的基础上选择料液比、温度和时间3个因素，并评价其提取率，采用正交设计方案，分别对玉米黄素的提取进行试验[15-16]，因子水平设计如表1。

表1 正交试验因素水平表

2 结果与讨论

2.1 不同方法对玉米黄粉中玉米黄素提取率的影响

将料液比1∶40（g/mL）的样品，分别置于温度40 ℃的恒温水浴振荡器、超声清洗器和超声清洗器和微波炉中提取90 min，进行试验，计算出玉米黄素提取率。结果如图1所示。

在相同样品情况下，超声波辅助微乳液提取玉米黄素和超声微波辅助微乳液提取玉米黄素与相比水浴法提取玉米黄素的提取效果较好，其提取率几乎是水浴法的2倍，又由于微波的时间较短其提取效果不太明显，微波时间较长，温度较高破坏分子间结构，使其微乳容易破乳，不能更好地进行玉米黄素提取。故试验选择超声波辅助微乳液提取玉米黄粉中玉米黄素。

图1 不同方法玉米黄素对提取率的影响

2.2 不同料液比玉米黄粉中玉米黄素提取率的影响

在温度40 ℃，超声功率99 W条件下超声90 min进行抽滤，料液比对玉米黄粉中玉米黄素提取率的影响，结果如图2所示。

从图2可以看出，随着料液比增加其玉米黄素提取率也随之增加，料液比1∶40（g/mL）时，玉米黄素的提取率最高。提取剂含量越多，使其玉米黄粉与微乳液接触越多，使其溶解更充分，因此越有利于色素溶出。但料液比太大，不仅提取率会降低，而且会增加其成本，因此选择提取玉米黄素最佳料液比1∶40（g/mL）。

2.3 温度对玉米黄粉中玉米黄素提取率的影响

在料液比1∶40（g/mL），超声功率99 W条件下超声90 min，温度对玉米黄粉中玉米黄素提取率的影响，结果如图3所示。

随着温度升高，玉米黄素提取率增加，可以表明温度越高使分子运动越剧烈，玉米黄素溶解越好，然而温度超过35 ℃时，提取率呈现下降趋势，可能因为温度越高，玉米黄素体系遭到破坏，分子间结构遭到破坏，玉米黄素不能更好溶出，从而使提取率开始下降，温度达到50 ℃时，溶液开始变成乳白色，微乳开始出现破乳现象，不能更好提取玉米黄素。因此，可以确定玉米黄素最佳提取温度为35 ℃。

图2 料液比对提取率的影响

图3 温度对提取率的影响

2.4 时间对玉米黄粉中玉米黄素提取率的影响

在料液比1∶40（g/mL）、超声功率99 W、温度40 ℃时，时间对玉米黄粉中玉米黄素提取率的影响，结果如图4所示。

玉米黄素提取率随着超声时间增加而增加，提取时间90 min时，其玉米黄素提取率最高，时间达到110 min时，其玉米黄素提取率开始下降。故在一定时间范围内，玉米黄素随着温度增加而增加，但长时间可能会破坏色素稳定性，使其提取率呈现下降趋势。所以，超声波辅助提取玉米黄素最佳时间为90 min。

2.5 超声提取玉米黄素的正交试验结果与分析

采用料液比、温度、时间3个因素进行正交试验设计，从而确定提取玉米黄素最佳条件，分析不同条件下玉米黄素的提取率，其分析结果如表2和表3所示。

结果表明，各种因素及其水平对玉米黄素的提取率的影响表现出一定差异。料液比和温度对试验的结果影响显著。在直观分析表中，由极差分析可知，超声波提取玉米黄素的3个因素对提取率的影响依次为A＞B＞C，根据极差分析确定提取最佳组合是A3B3C3，而9组正交试验得到的最优组合是A3B3C2，对2组试验进行验证与比较，平行3次，A3B3C3的提取率为0.34 mg/g，比A3B3C2的0.36 mg/g小，因此选取A3B3C2为最佳提取工艺组合，即料液比1∶40（g/mL）、温度40 ℃、时间110 min。在最佳条件下提取率最大，最大提取率为0.36 mg/g。

图4 时间对提取率的影响

表2 超声波辅助法提取玉米黄素L9(34)正交试验结果

表3 正交试验方差分析

3 结论

试验利用不同提取方法进行玉米黄粉中玉米黄素提取，而恒温水浴法在最佳条件下的玉米黄素提取率为0.12 mg/g，由于超声波辅助微乳中玉米黄素经济、方便又环保，故试验选取超声波辅助法作为玉米黄素提取方法。在单因素试验结果基础上，通过正交试验筛选出超声波辅助提取玉米黄粉中的玉米黄素的最优工艺条件为：料液比1∶40（g/mL）、温度40 ℃、时间110 min。在此条件下，试验所得玉米黄粉中玉米黄素提取率为0.36 mg/g。且料液比和温度对其试验结果均显著。