陈蓓颖，沈 群

(中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京100083)

长期以来，麸皮由于其口感、口味不佳，难以食用，主要被用作饲料［1］，其所含有的植酸也被认为是一个抗营养因子。研究表明植酸会导致矿物质生物利用率的下降［2］，但也有研究表明植酸对矿物质生物利用率的抑制与膳食中的矿物质水平以及矿物质与其他成分之间的相互作用有关［3-4］。近年来对于植酸的功能和作用的研究又出现了另外的声音，Shamsuddin 等人［5-6］在植酸抗癌活性领域的研究很是活跃，并进而提出植酸从实验到临床作为抗癌药物具有的巨大潜力;植酸的抗氧化活性在1984 年由Graf 等人［7］第一次提出，植酸凭借与铁形成了独特的螯合物，抑制铁催化氧化反应，成为强有力的抗氧化成分。小米麸皮是小米加工的副产品，由小米的果皮、种皮、糊粉层、少量的胚和胚乳组成，富含蛋白质、脂肪、矿物质、维生素和纤维素等营养成分。本文旨在优化小米麸皮植酸的提取工艺，测定取得部分品种麸皮植酸含量，为小米加工副产物麸皮进一步深度开发利用、促进粮食加工副产物的增值利用和小米膳食的科学推广打下基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

38 个小米品种的麸皮 中国农业科学研究院、山西省农业科学院收集并提供;植酸钠 Sigma 公司，纯度≥99%;其他试剂均为分析纯。

WFZ UV-2102C 型紫外可见分光光度计 尤尼柯(上海)仪器有限公司;ALC 型精细电子天平 ACCULAB;HW·SY11-K 型电热恒温水浴锅 北京市长风仪器仪表公司;HY-04A 型高速粉碎机 北京环亚天元机械技术有限公司;GL-20G-II 型离心机 上海安亭科学仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 响应面实验设计优化小米麸皮植酸提取条件 以长农35 小米麸皮为原料，根据Box-Behnken的中心组合实验设计原理，综合文献报道的提取条件［8-13］，选择提取液料比、提取时间和提取温度3 因素进行响应面方法设计(表1)。

表1 优化小米麸皮植酸提取条件的响应面实验设计Table 1 Levels and factors of extraction test design

1.2.2 各品种小米麸皮植酸的提取和含量测定 各品种小米麸皮经粉碎过20 目筛，取其中1g 于50mL锥形瓶，加入0.01mol/L HCl 进行提取，6000r/min 离心10min，取上清液定容至10mL 进行含量测定。

实验采用比色法测定小米麸皮植酸的含量。植酸钠标准应用溶液:准确称取1.8889g 植酸钠标准品，精确至0.0001g，溶解并定容至100mL，稀释100倍浓度为0.01mg/mL 后备用。反应液:准确称取1.5g FeCl3·6H2O 和15g 磺基水杨酸，溶解定容至500mL，稀释10 倍后备用。按照表2 进行实验，以吸光度A 为纵坐标，植酸含量Y(mg)为横坐标绘制出工作曲线。

表2 植酸含量测定工作曲线绘制Table 2 Standard curve to determine phytic acid content

取待测样品2～10mL，蒸馏水补足至10mL 再加入4mL 反应液，摇匀后3000r/min 离心10min，室温静置20min，取上层清液用分光光度计于500nm 处测定其吸光值，三次重复。根据绘制的工作曲线、测得的吸光值，按照公式(1)计算出原料中植酸含量Xi(mg/g)。

式中:Yi 为根据工作曲线计算出的测样中植酸含量(mg);m 为原料质量(g)。

1.2.3 数据分析 小米麸皮植酸的提取、含量测定中三次重复取得的实验结果数据均以平均值±标准偏差表示，响应面设计实验数据通过软件Design Expert(v.8.0.6)进行多元二次回归方程拟合优化，回归系数方差分析，并根据分析结果作出相应曲面图。

2 结果和讨论

2.1 小米麸皮植酸的提取及含量测定

2.1.1 植酸含量测定的工作曲线 植酸含量工作曲线回归方程:y =-0.0701x +0.69，R2=0.9977 线性关系良好(图1)，据此计算所提取的植酸含量。

2.1.2 响应面实验设计 响应面实验设计方案与结果见表3，以植酸含量为响应值，经回归拟和后，各实验因子对响应值的影响可用如下函数表示:Y =-31.886 +4.702A +0.074B +0.147C-1.694E-3AB +1.778E-3AC-2.556E-4BC-0.166A2-3.053E-4B2-2.277E-3C2，式中，Y 为响应值植酸含量，提取液料比A、提取时间B、提取温度C 在设计中均经纲线性编码处理，因此，方程中各项系数绝对值的大小直接反映了各因素对指标值的影响程度，系数的正负反映了影响的方向。

图1 植酸含量测定的工作曲线Fig.1 Standard curve for Phytic Acid content determination

表3 响应面实验设计方案及实验结果Table 3 Design and result of respond surface method

回归模型方差分析结果见表4，F模型=35.4726，p ＜0.0001，表明回归模型回归效果极显著，不同处理间的差异极显著;F失拟=2.0213，p =0.2534 ＞0.05，相关系数R2为0.9785，说明回归模型的拟合度良好，实验失拟性小，预测值与实验值高度相关，因此可以用此模型来分析和预测提取所得的植酸含量。表4 回归系数的显著性检验可以看出因素A 对小米麸皮提取植酸含量的线性效应影响显著，而因素B、C 对其线性效应影响不显著;因素A、C 对小米麸皮提取植酸含量的曲面效应影响显著，而因素B 对其曲面效应影响不显著;AB、AC、BC 对小米麸皮提取植酸含量的交互效应影响均不显著。

根据回归分析结果，作各因素相应曲面图(图2～图4)，从响应面分析图上可以找出最佳参数以及各参数之间的相互作用，其直观地映了各因素对响应值的影响。比较3 组图可以清楚的知道，液料比和提取温度的交互作用对提取所得植酸含量影响较明显，表现为曲线稍陡;而提取温度和提取时间的交互作用对植酸提取率没有显著性影响(p ＞0.05)，表现为曲线平缓，从图4 可以看出该曲面几乎成为一个平面。

表4 回归模型的方差分析Table 4 Variance analysis of regression model

图2 提取液料比和提取时间对植酸含量影响的响应面Fig.2 3D plot of phytic acid content at different solution/sample ratio and extraction time

图3 提取液料比和提取温度对植酸含量影响的响应面Fig.3 3D plot of phytic acid content at different solution/sample ratio and extraction temperature

2.1.3 响应面优化植酸提取条件结果 用Design Expert(v.8.0.6)软件进行数据处理后，得出小米麸皮植酸提取优化的工艺条件:液料比14.03∶1(v/w，mL/g)，提取时间68.47min，提取温度33.97℃，此条件下预测提取得植酸含量可达:6.15mg/g。考虑到实际操作的便利性，将最佳条件修正为液料比14∶1(v/w，mL/g)，提取时间68min，提取温度34℃。在此工艺条件下进行验证实验，得到植酸含量为6.13mg/g，与理论预测值相比相对误差在0.5%以内。因此，采用响应面方法优化得到的提取条件参数准确可靠，具有实用价值。

图4 提取时间和提取温度对植酸含量影响的响应面Fig.4 3D plot of phytic acid content at different extraction time and temperature

2.1.4 各品种小米麸皮的植酸含量 以优化确立的工艺条件进行原料植酸提取，测定得各品种小米麸皮中植酸含量(见表5)。

测定所得38 个品种麸皮植酸含量范围为3.13～8.75mg/g，平均植酸含量为6.39mg/g。结果与刘兴旺等［14］报道的小米植酸含量为(5.73 ±0.07)mg/g 相一致且略高，说明此提取工艺对植酸的提取效果较过去有了提升。

小米麸皮植酸含量最多的是长治011 品种，达(8.75 ±0.01)mg/g;含量最少的是长治342 品种，为(3.13 ±0.06)mg/g;晋谷小米麸皮的植酸含量平均水平相对较低，且在低水平范围波动较大，其平均植酸含量为为5.46mg/g;DC 小米麸皮的植酸含量平均水平相对较高，平均含量为7.16mg/g;长农小米麸皮的植酸含量相对波动不大。

小米的类型、环境、生长地区、灌溉条件、土壤类型、肥料种类等都影响其中植酸的含量，同一品系小米麸皮植酸含量也存在较大的差异，说明植酸含量不仅受到遗传因素控制，同时表现形式也因可能在不同地域种植、生态条件差异的影响。

表5 各品种小米麸皮植酸含量Table 5 Phytic acid contents of different foxtail millet brans

3 结论

优化后的小米麸皮植酸提取条件为:14∶1(v/w，mL/g)，提取时间68min，提取温度34℃，此条件下提取小米麸皮植酸含量可达:6.13mg/g。取得DC、晋谷、长农、长治共38 个小米品种小米麸皮的植酸含量，其范围为3.13～8.75mg/g，平均含量为6.39mg/g。各品系品种小米麸皮植酸含量不同受其遗传因素及种植条件差异等的综合影响。

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