张　顺，曹龙奎，2

（1.黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江大庆　163319；2.黑龙江八一农垦大学国家杂粮工程技术研究中心，黑龙江大庆　163319）

响应面法优化超声波提取小米糠黄酮的工艺研究

张顺1，*曹龙奎1，2

（1.黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江大庆163319；
2.黑龙江八一农垦大学国家杂粮工程技术研究中心，黑龙江大庆163319）

以小米糠为原料，在单因素试验的基础上，采用二次回归组合试验，优化超声波提取小米糠黄酮的提取参数，研究超声功率、液料比、提取温度、提取时间等单因素对提取效果的影响，通过二次旋转试验结果进行分析。结果显示，超声功率363 W，液料比32∶1，提取温度59.7℃，提取时间31.2 min的条件下，小米糠总黄酮的得率为7.94‰，为小米糠的利用提供了理论参考。

小米糠黄酮；响应面法；超声波；提取工艺

谷子属禾本科植物，古称稷、粟，小米是谷子经过加工后所得到的产品，具有滋补身体、降血压、防治消化不良、补血健脑、安眠等重要作用［1-2］。小米糠是谷子脱壳过程中的副产物，质量为谷子的5%～7%［3］。目前，在我国大部分小米糠被直接用作饲料或者直接焚烧［4］。研究表明，小米糠中含有一定量的黄酮类物质，黄酮具有抗氧化、降血脂、降血压等生理作用［5-10］。目前，黄酮提取方法有常规提取法、微波法、超临界萃取法等，这些方法存在着提取温度高、提取率低、提取时间长、活性低、溶剂消耗大、成本高等缺点［11-13］。因此，本文采用超声波法提取小米糠黄酮，以期达到小米糠废物利用的目的。

1　材料与方法

1.1原料与仪器

小米糠，黑龙江省托古小米有限公司产品；芦丁标准品，中国药品生物制品检验所产品；其他化学试剂均为分析纯，市购。恒温水浴箱，上海森信实验仪器有限公司产品；ME104型电子天平，梅特勒·托利多公司产品；Pharo300型紫外可见光分光光度计，默克密理博公司产品；JBT/C型超声波药品处理机，济宁金百特电子有限责任公司产品。

1.2试验方法

1.2.1小米糠总黄酮的提取工艺路线

小米糠→烘干→粉碎→过200目筛→乙醇浸泡→超声波辅助提取→过滤→浓缩→冷冻干燥。

1.2.2检测方法

（1）标准曲线绘制。以芦丁为对照品进行标准曲线的测定，方法参考文献［14］。

（2）得率测定。取1 mL待测液按照（1）方法进行测定，根据标准曲线计算含量，再将黄酮含量代入得率计算公式［15］：

式中：W——黄酮得率，%；

C——质量浓度，g/mL；

V——体积，mL；

D——稀释倍数；

m——原料质量，g。

1.2.3单因素试验方法

（1）乙醇体积分数对小米糠黄酮得率的影响。选择小米糠10 g，分别以30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%乙醇为提取剂，超声功率300 W，超声频率24 kHz，提取时间25 min，提取温度40℃，液料比25∶1（mL∶g）的条件下，研究不同乙醇体积分数对小米糠总黄酮得率的影响。

（2）超声条件对小米糠黄酮得率的影响。称取小米糠10 g，80%乙醇浸泡，超声功率选取100，200，300，400，500 kW 5个水平；提取时间为10，15，20，25，30，35，40 min 7个水平；提取温度为40，45，50，55，60，65，70℃7个水平；液料比为10∶1，15∶1，20∶1，25∶1，30∶1，35∶1，40∶1（mL∶g）等7个水平，研究不同超声提取条件对小米糠总黄酮得率的影响。

1.2.4响应面优化试验方法

在单因素基础上，以小米糠黄酮得率为响应值，设计超声功率、提取时间、提取温度、液料比4个因素进行响应面分析试验。

因素与水平设计见表1。

表1　因素与水平设计

2　结果与分析

2.1标准曲线

标准曲线试验结果见图1。

由图1可知，小米糠总黄酮测定的计算公式为Y=1.110 9X+0.000 2，该标准曲线的R2为0.998 7，因此该曲线可信。

2.2单因素试验结果

2.2.1不同乙醇体积分数对小米糠黄酮提取的影响

不同乙醇体积分数对小米糠黄酮提取的影响见表2。

图1　标准曲线试验结果

表2　不同乙醇体积分数对小米糠黄酮提取的影响

由表2可知，30%～50%的小米糠乙醇提取物有浑浊现象出现，随着乙醇体积分数的增大，浑浊物逐渐消失；乙醇体积分数为60%～90%时，吸光度不断上升，80%后趋于平缓。因此，选择最佳的提取乙醇体积分数为80%。

2.2.2超声条件对小米糠总黄酮得率的影响

超声条件与小米糠总黄酮得率的关系见图2。

由图2（a）可知，随着超声功率的提高，小米糠总黄酮的得率呈上升趋势；当超声功率为300 W时，总黄酮得率趋于平稳。因此，选择超声功率以300 W为中心。由图2（b）可知，随着提取温度的提高，小米糠中的黄酮分子运动速度也随之提高，60℃时二者到达最佳平衡状态。因此，提取温度以60℃为中心。由图2（c） 可知，提取时间在20～30 min时，总黄酮得率呈现上升的趋势；30 min后趋于平稳。因为，当提取时间在20～30 min时，超声波的空化作用使小米糠细胞壁破裂。本试验选择提取时间以30 min为中心。由图2（d）可知，随着液料比的不断增大，小米糠总黄酮的得率呈现上升趋势；当液料比达到30∶1后，总黄酮得率趋于平稳。因此，选择响应面优化处理液料比范围为以30∶1为中心的25∶1～35∶1。

2.3响应面试验结果

基于单因素试验，以超声功率、液料比、提取温度、提取时间4个因素为自变量，以小米糠总黄酮得率为响应值，设计4个因素的四元二次回归正交旋转组合试验。

试验安排以及试验结果见表3，回归方程各项的方差分析见表4，二次回归模型参数见表5。

由表4和表5可知，二次回归模型拟和良好。以小米糠总黄酮的得率为Y值的四元二次回归方程为：

图2　超声条件与小米糠总黄酮得率的关系

Y=-432.74-0.17X1+1.98X2+6.12X3+16.46X4-0.000 15X12+0.001 6X1X2+0.003 3X1X3-0.000 85X1X4-0.025X22-0.029X2X3+0.024X2X4-0.01X32-0.17X3X4-0.12X42.

最优提取条件及得率见表6。

得率最高时的超声功率、液料比、提取温度、提取时间的具体值分别为363 W，32∶1，59.7℃，31.2 min，该条件下小米糠总黄酮最大得率为7.94‰。

3　结论

研究超声波辅助提取小米糠总黄酮的技术，建立了试验模型，经过二次回归组合试验经优化后的工艺参数为超声功率363 W，液料比32∶1，提取温度59.7℃，提取时间31.2 min，小米糠总黄酮的得率达到7.94‰，为小米糠的利用提供了理论参考。

表3　试验安排以及试验结果

表4　回归方程各项的方差分析

［1］Prashant S H，Namakkal S R，Chandra T S.Effects of the antioxidant properties of millet species on oxidative stress and glycemic status in alloxan induced rats［J］.Nutrition Research，2005，25（12）：1 109-1 120.

［2］Liang S，Yang G，Ma Y.Chemical characteristics and fatty acid profile of foxtail millet bran oil［J］.American Oil Chemists Society，2010，87（1）：63-67.

［3］郑丽萍，吕慧卿，郝志萍，等.山西省小杂粮产业发展及对策分析 ［J］.杂粮作物，2005，25（2）：117-118.

［4］陈正行，周彤.米糠：一种潜在的健康食品优质原料 ［J］.粮食与饲料工业，1999，21（10）：13-15.

表5　二次回归模型参数

表6　最优提取条件及小米糠总黄酮得率

［5］Bushway R J.Scparation of carotenoids in fruits and vegetables by high perfoanance liquid chmnatog chromatography［J］.Liquid chromatography，1985（8）：1 527-1 547.

［6］Bendich A.A role for carotenoids in inmune fixnetion［J］. Clin Nutr，1988（7）：113-117.

［7］Bhunberg J B.Consideration of the scientific substantiation for antioxidant vitamins and betacarotene in disease prevention［J］.Am J C lin Nuts，1995，62：1 521-1 526.

［8］赵文恩，韩雅珊，乔旭光，等.类胡萝卜素对H2O2-NaOCl体系生成的O2淬灭作用 ［J］.生物物理学报，1997，13（1）：137-142.

［9］许飒，李忠，张声华.类胡萝卜素抑制食用油脂光敏氧化的研究 ［J］.中国粮油学报，1999（1）：44-46.

［10］Jung M Y.DBM in Effects of quenching mechanis of carotenoids an the photosensitized oxidation of soybean oil J Am［J］.Oil Chan Soc，1991，68：653-658.

［11］Fukui H，Goyo K，Tabata H.Two antimicrobial flavones from the leaves of G.glabra［J］.Chem Pharm Bull，1988，36（10）：4 174.

［12］Augustin E.Prenylated is of flavones from the roots of erythrina sigmoidea［J］.Phytochemistry，1994，36（4）：1 074-1 081.

［13］Kruhova O D，Mandrovs'ka N M，Kyrychenko O V.Effect of exogenous lectin on the endogenous lectin and antioxidant enzymes activity and flavonoid content in wheat［J］. Biokhim，2006，78（2）：106-108.

［14］李良玉，曹荣安，于伟.超声波辅助提取麦胚黄酮的技术研究 ［J］.粮油食品科技，2014，22（4）：42-47.

［15］于伟，李朝阳，贾鹏禹.响应面法优化小米糠黄色素的超声波提取工艺研究 ［J］.黑龙江八一农垦大学学报，2016，28（1）：46-52.◇

Study on Optimization the Ultrasonic Extraction of Millet Bran Flavone

ZHANG Shun1，*CAO Longkui1，2
（1.College of Food Science，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing，Heilongjiang 163319，China；2.National Coarse Cereals Engineering Research Center，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing，Heilongjiang 163319，China）

This study deals with optimizing the process conditions for ultrasonic extraction of millet bran flavones with response surface method.Influence of the factors such as ultrasonic power，the ratio of material to water，ultrasonic temperature and time on the extraction of millet bran flavones is tested by single factor experiment，then a quadratic regression orthogonal rotary design with four factors and response surface contour plots are used to analyze the optimal process conditions.The conclusion is that the optimal conditions for extraction of millet bran flavones are at 363 W of ultrasonic power，the ratio 32∶1 of material to water，and ultrasonic time 31.2 min at a temperature of 59.7℃，with obtaining 7.94‰of millet bran flavone.

millet bran flavone；response surface methodology；ultrasonic；extraction

TS210.9

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.06.037

1671-9646（2016）06b-0036-04

2016-05-09

国家工程技术研究中心组建项目（2011FU125X07）。

张顺（1995— ），男，本科，研究方向为粮食工程。
*

曹龙奎（1965— ），男，博士，教授，研究方向为农产品加工工程技术研究。