響應(yīng)面超聲波提取黑糯玉米原花青素的工藝研究
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劉曉娜1．康健1*，趙俊嶺2
1．新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（烏魯木齊830046）；2．塔城市鵬坤玉米食品有限責(zé)任公司（塔城834300）
摘要應(yīng)用超聲波提取黑糯玉米中的原花青素，通過單因素試驗，選出液料比值、超聲溫度和超聲時間作為因素，研究這三因素對黑糯玉米中原花青素提取率的影響。應(yīng)用響應(yīng)面設(shè)計軟件8.05b,研究各單因素對原花青素提取率的影響及各因素之間交互作用對黑糯玉米中原花青素提取率的影響。結(jié)果表明，超聲時間21 min、乙醇體積分數(shù)42%、液料比值25 (m L/g)，原花青素提取率為8.266 1 mg/g。
關(guān)鍵詞 黑糯玉米；原花青素；超聲波；響應(yīng)面
原花青素( PC)是一種由黃烷-3-醇單體縮合而成的聚多酚類物質(zhì)，因在酸性介質(zhì)中加熱可產(chǎn)生相應(yīng)的花色素而得名。由于其聚合體還表現(xiàn)出單寧特性，也稱縮合單寧。原花青素廣泛存在于各種植物的核、皮或種籽等部位。
黑糯玉米( Black glutinous maize)屬于禾本科玉米屬，原產(chǎn)秘魯，后引進我國。黑糯玉米是玉米栽培的一個變種，是黑玉米的一種，其籽粒角質(zhì)層中的黑色素沉淀顯現(xiàn)為紫黑色或烏黑色且具有糯性。黑糯玉米水溶性黑色素含量特別高，黑色素屬于花色苷類色素，黑色素中大部分是生物類黃酮，原花青素是包含在其中的。國內(nèi)外對玉米黃色素、黑色素研究較多，但黑糯玉米原花青素的相關(guān)研究較少。
1 材料及方法
1.1材料
試驗原料：由塔城市鵬坤玉米食品有限公司提供，黑糯玉米是新疆塔城地區(qū)主要栽種玉米品種之一。
KQ-400KDE型高功率數(shù)控超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；SHB-III循環(huán)水式多用真空泵：鄭州長城科工貿(mào)有限公司；HH-S型水浴鍋：鞏義市英峪予華儀器廠；電子天平AL104:梅特勒一托利多（上海）有限公司；WFZ-UV-2000紫外可見分光光度計：尤尼柯上海有限公司。
甲醇、無水乙醇、鹽酸均：國產(chǎn)分析純，天津市富宇精細化工有限公司；香草醛：天津市百世化工有限公司；原花青素標品：以兒茶素計，上海原葉生物科技有限公司。
1.2方法
1.2.1原花青素標準曲線的繪制
采用香草醛-鹽酸法測定原花青素含量。準確稱取至恒重的原花青素標品10.5 mg，用甲醇定容于25 m L容量瓶中，得到濃度為0.42 mg/m L的原花青素標品溶液。取0.5，1，2，3和4 m L的原花青素標準溶液于10 m L帶塞試管，用甲醇定容。各取1 m L，加入5 m L現(xiàn)配的顯色劑（香草醛甲醇溶液1%和鹽酸甲醇溶液8%各2.5 m L），甲醇定容至10 m L具塞試管，以甲醇做空白對照。震蕩搖勻，置于31℃±0.5℃水浴鍋中避光水浴30 min取出，用可見分光光度計在500nm處測定其吸光度A。標準曲線A=0.004 5C+0.002 9，R2=0.998 2線性范圍2.1～16.8μg/m L。
1.2.2原花青素提取率的計算
移取1 m L提取液，用甲醇稀釋、定容。取定容后的樣液按照原花青素標準曲線繪制方法測定吸光度A，根據(jù)公式(1)計算出黑糯玉米粉中原花青素提取率。
1.2.3單因素試驗
固定單因素試驗條件為，乙醇體積分數(shù)50%、超聲功率240 W、超聲時間30 min、溫度45 0C、提取液體積50 m L、提取3次。主要研究乙醇體積分數(shù)、超聲功率、超聲時間、超聲溫度、提取次數(shù)和液料比值等因素對黑糯玉米原花青素提取率的影響。
1.2.4響應(yīng)面設(shè)計
根據(jù)響應(yīng)面試驗設(shè)計原理，在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選取乙醇體積分數(shù)、超時時間和液料比這3個對黑糯玉米原花青素提取率影響較大的單因素，每個因素取3個水平，因素水平見表1。
2結(jié)果與分析
2.1單因素試驗
2.1.1 乙醇體積分數(shù)對黑糯玉米原花青素提取率的影響
從圖1知，隨著乙醇體積分數(shù)的增大，黑糯玉米原花青素提取率也逐漸增大。乙醇體積分數(shù)增大到40%時原花青素提取率達到最大，繼續(xù)增大乙醇體積分數(shù)原花青素提取率反而有所降低。這是由于物質(zhì)的相似相溶原理，乙醇體積分數(shù)增大極性降低，原花青素溶解度降低，由此可確定乙醇體積分數(shù)為40%時原花青素提取率最高。
2.1.2超聲時間對黑糯玉米原花青素提取率的影響
由圖2可知，黑糯玉米原花青素提取率隨時間的增大而增大，20 min時提取率達到增大值，之后隨時間的增大提取率卻逐漸降低。這可能是長時間的超聲破壞了原花青素的結(jié)構(gòu)，使得原花青素提取率反而降低。
2.1.3液料比值對黑糯玉米原花青素提取率的影響
由圖3可知，黑糯玉米原花青素提取率隨液料比值增大而增大，當液料比值為25（m L/g）時提取率最大，之后隨液料比值的增大提取率降低。這可能是提取液體積的增大使得其它雜質(zhì)也溶出，原花青素提取率下降。
2.1.4超聲功率對黑糯玉米原花青素提取率的影響
由圖4可知，隨超聲功率的增大，黑糯玉米原花青素提取率逐漸增大，到240 W時提取率最大，之后隨著功率的增大原花青素提取率反而有所降低。有可能是原花青素酚型被破壞，所以提取率有所降低。
2.1.5超聲溫度對黑糯玉米原花青素提取率的影響
由圖5可知，隨溫度的升高黑糯玉米原花青素提取率也逐漸升高，60℃～70℃提取率趨于平緩�？紤]到70℃接近乙醇沸點，且過高的溫度可能會破壞原花青素的酚型，所以選定超聲溫度60℃。
2.2響應(yīng)面試驗
Box-Benhnken試驗設(shè)計及結(jié)果如表2所示。
應(yīng)用Design-Expert 8.05b對試驗所得數(shù)據(jù)分析，得到二次回歸方程為：y（黑糯玉米原花青素提取率）=8.17+0.014A-0.27B+0.79C+0.9AB+0.8AC+0.67BC -0.83A2-1.15B2-1.93C2。
模型方差分析結(jié)果見表3。由表3可知，模型為極顯著，失擬項不顯著，說明二次回歸方程模型高度顯著，試驗擬合較好，能用來代替真實點解釋響應(yīng)結(jié)果。R2=0.937 9，即該模型可解釋。93.79%的數(shù)據(jù)。變異系數(shù)為9.67，信噪比為10.229，說明該模型有較好的穩(wěn)定性和分辨率。一次項C極顯著，二次項B2、C2極顯著，交互項AB、AC和二次項A2顯著。說明該模型可較好的用來分析和預(yù)測超聲提取黑糯玉米原花青素的提取效果。
2.3響應(yīng)曲面分析與優(yōu)化
應(yīng)用Design-Expert軟件對表2做回歸分析，得到響應(yīng)曲面圖和其等高線圖。由圖6可知，各因素之間的交互作用對黑糯玉米原花青素提取率的影響都很顯著，可直觀表現(xiàn)出超聲時間和液料比值、超聲時間和乙醇體積分數(shù)、液料比值和乙醇體積分數(shù)之間的交互作用。
3結(jié)論
在單因素試驗基礎(chǔ)上，應(yīng)用響應(yīng)面分析法對黑糯玉米原花青素的提取工藝進行優(yōu)化，建立了響應(yīng)值和因素間的數(shù)學(xué)模型，依據(jù)模型預(yù)測黑糯玉米原花青素的理論提取率。據(jù)此二次回歸模型，計算得到黑糯玉米原花青素的最佳提取工藝參數(shù)：超聲時間21.14min，乙醇體積分數(shù)42.27%，液料比值24.96( m L/g)，原花青素提取率為8.266 1 mg/g。修改后可行的最佳提取參數(shù)為：超聲時間21 min，乙醇體積分數(shù)42%，液料比值25（m L/g）。依照此條件進行3次平行驗證試驗，得黑糯玉米原花青素提取率為8.22 mg/m L。由此可知，用響應(yīng)面法優(yōu)化超聲提取黑糯玉米原花青素提取條件是可行的，具有實際應(yīng)用價值。
