马菲菲，李俊龙，丁志刚

(安徽科技学院 食品工程学院，安徽 凤阳 233100)

玉米须来自于中国的三大农作物之一——玉米，现如今，我国每年玉米产量在世界上名列前茅,玉米须产量丰富，但绝大多数被丢弃，造成资源的浪费[1]。有学者专家对玉米须中的成分进行了提取分析，发现其中含有黄酮类成分，它作为玉米须中主要的活性成分之一，对人体十分有益[2-4]。研究试验证明，黄酮具有抗癌、抗氧化、增强免疫力等功效[5-6]。中医认为玉米须有平肝、利胆、利尿的功效，对肾炎和高血压有一定的预防及治疗效果[7-8]。我国玉米须产量高，成本低廉，具有良好的开发前景。目前，黄酮的提取方法主要有以下几种：溶剂提取、微波提取、超声提取、离子交换法等[9-11]。本研究采用溶剂乙醇对玉米须进行提取黄酮成分，通过单因素实验和响应面法优化提取工艺，从而选取出最优的玉米须黄酮提取条件组合，减少玉米须原料资源的浪费，为其深加工奠定一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

试剂与器皿：95%乙醇，芦丁标准品，三氯化铝，甲醇，研钵，烧杯，具塞锥形瓶，漏斗，玻璃棒，容量瓶。

原料：玉米须(采自安徽滁州)。

1.2 仪器与设备

TD5A-WS台式低速离心机(三发科学仪器有限公司)；722可见光分光光度计(宏发科技)；鼓风干燥箱(燕飞仪器)；电子天平(万特衡器)；DK-S24型电热恒温水浴锅(常州越新仪器制造有限公司)。

1.3 试验方法

1.3.1样品处理

将玉米须去杂，放置干燥箱中烘干，剪碎研磨成粉末状，用乙醚回流1 h脱脂，真空干燥，备用。

1.3.2提取工艺

具体工艺路线图如下。

1.3.3芦丁标准曲线的建立

称取芦丁标准品用甲醇溶解定量到50 mL容量瓶中，摇匀后作储备液，吸取储备液到50 mL容量瓶中，加入三氯化铝的甲醇溶液，定容。在400 nm波长下测定吸光度A，用芦丁浓度作横坐标，吸光度作纵坐标建立芦丁标准曲线并计算回归方程[12]。

1.3.4样品中总黄酮提取率的测定

吸取提取液到10 mL容量瓶中，加入三氯化铝的甲醇溶液,定容，测定吸光度A，计算出总黄酮浓度C[13]。

式中：C-黄酮浓度(mg/mL);V-体积(mL);n-稀释倍数;m-玉米须的质量(g)。

1.3.5单因素实验

在别的条件都保持不变的情况下，分别以不同的提取时间(1、2、3、4、5 h);浸提料液比(1∶50、1∶60、1∶70、1∶80、1∶90);乙醇浓度(50%、60%、70%、80%、90%);提取温度(50、60、70、80、90 ℃);提取pH(6.5、7、7.5、8、8.5)进行试验。

1.3.6响应面分析因素水平的设计

根据单因素试验的结果，去除一个影响相对较小的因素，挑取5个试验因素中4个因素的各3个水平，利用Design-Expert软件处理分析[14]。

2 结果与分析

2.1 标准曲线的建立

经数据处理，得到芦丁标准品浓度(x)和吸光度(y)的回归方程：y=0.0253x+0.0231，R2=0.9983，如图1所示。

图1 标准曲线的绘制

2.2 单因素试验结果与分析

2.2.1提取时间对总黄酮提取率的影响

由图2可知，当时间为1 h时，提取率为0.303%，较低，可能是提取时间过短，样品中的黄酮还没有全部提取出来；当时间增加到2 h时，提取率有了一定的提高，达到了0.335%，在第3 h时，提取率接近最大值，为0.353%；当时间继续增加，提取率开始降低，可能是因为一部分黄酮溶于乙醇而损失，造成了提取率降低。因此，最佳提取时间为3 h。

图2 提取时间对总黄酮提取率的影响

2.2.2料液比对总黄酮提取率的影响

由图3可知，随着料液比的增加，总黄酮提取率出现先增高后趋于平稳的趋势，当料液比为1∶70(g/mL)时，提取率最高，为0.245%。当料液比大于1∶70(g/mL)时，提取率出现平稳趋势，提高溶剂用量可促进总黄酮的溶出。当总黄酮完全溶出或浓度达到平衡时，提取率不再发生显著变化，而过高的溶剂用量将增加体系杂质含量及提取成本，因此，取最佳料液比为1∶70(g/mL)。

图3 浸提料液比对总黄酮提取率的影响

2.2.3乙醇浓度对总黄酮提取率的影响

由图4可知，当乙醇浓度为50%时，总黄酮提取率为0.19%，当乙醇浓度增加到70%时，提取率最高为0.353%，说明乙醇浓度可以显著提高总黄酮提取率，当乙醇浓度继续增加，达到80%和90%时，提取率反而开始下降了，这可能是因为高浓度的乙醇更容易挥发，挥发的乙醇中夹带有总黄酮，导致总黄酮提取率下降。因此，最佳乙醇浓度为70%。

图4 乙醇浓度对总黄酮提取率的影响

2.2.4提取温度对总黄酮提取率的影响

由图5可知，温度升高，提取率先增大后降低，当温度从50 ℃上升到70 ℃时，提取率也从0.292%提高到0.362%，可能是因为分子的扩散速度加快，导致总黄酮提取率提高，但当温度上升到80 ℃、90 ℃时，提取率开始下降，这可能是因为在高温环境中总黄酮的分子结构易降解并失去生物活性，导致提取率下降。因此，最佳提取温度为70 ℃。

图5 提取温度对总黄酮提取率的影响

2.2.5提取pH值对总黄酮提取率的影响

由图6可知，溶液pH为6.5时，提取率为0.295%，当pH增加到7.0左右时，提取率接近最大值，为0.313%，而当提取液的碱性增大时，提取率开始显著降低。玉米须黄酮在偏中性环境下结构稳定，在偏碱性溶液中会降解，导致提取率下降。因此，玉米须黄酮最佳提取pH为7.0。

图6 提取液的pH值对总黄酮提取率的影响

2.3 响应面法优化提取工艺

2.3.1响应面分析因素水平设计结果

根据单因素结果分析，料液比对玉米须黄酮提取率的影响较小，所以将其排除，选取剩余的四个因素进行响应面法优化提取工艺(见表1、表2)。

表1 响应面法分析因素和水平

表2 玉米须黄酮提取工艺优化响应面试验设计和结果

续表

2.3.2玉米须黄酮提取率回归模型的建立和显著性检验

利用Design-Expert软件得到的回归方程为：

Y=0.3568+0.0116A+0.0467B+0.0154C+0.0117D+ 0.0288AB-0.0051AC+0.0022AD+0.0060BC+0.0012BD-0.0010CD-0.0359A2-0.0316B2-0.0444C2-0.0288D2

对优化后的回归模型进行方差分析和可信度分析(见表3)。

表3 玉米须中黄酮提取工艺优化数学模型方差分析

续表

由表3可知，该方程P<0.0001，极显著；失拟项P=0.1078>0.05，不显著，说明该方程对试验拟合情况较好，试验误差小，可用于预测玉米黄酮的提取率。由方差分析可知，提取温度、时间及乙醇浓度对提取率的影响比较显著，对提取率的影响大小为：B>A>C>D，即提取温度>提取时间>乙醇浓度>提取pH。

2.3.3响应面交互作用分析

由图7-图9可知，响应面为平滑的曲面，且开口向下，等高线中心椭圆率较低甚至偏圆形，说明AB、AC、BC的交互作用不明显，此结果与方差分析结果一致。

图7 提取温度和提取时间

图8 乙醇浓度和提取时间

图9 乙醇浓度和提取温度

2.3.4最佳工艺条件的确定

通过Design-Expert确定的最佳条件为：提取时间2.4 h，提取温度79.2 ℃，乙醇浓度73.36%，提取pH 6.99。在此条件下，提取率的理论值为0.390%。根据实际条件，将试验条件调整为提取时间2.5 h，提取温度80 ℃，乙醇浓度70%，提取pH 7，进行验证试验，得到的提取率为0.389%，与软件分析得出的理论值接近，证明响应面法得到的数据准确。

3 结论

本研究在单因素试验的基础上，利用响应面法优化了玉米须黄酮的提取工艺，最终得到最优的黄酮提取条件：提取时间2.5 h，提取温度80 ℃，乙醇浓度70%，提取pH 7.0，浸提料液比1∶70(g/mL)。此条件下的提取率为0.389%。研究结果对高效利用玉米须天然植物资源，合理开发功能性产品具有一定的意义，符合当今绿色食品、持续发展的要求。