《響應面法優化超聲波輔助提取小米多酚》論文發表期刊：《食品工程》；發表周期：2020年04期

《響應面法優化超聲波輔助提取小米多酚》論文作者信息：張春穎，女，1996年出生，2019年畢業于運城學院食品質量與安全專業，學士。

　　小米(Setariaitatica)，又稱粟，是禾本科狗尾草屬植物粟或谷子的種仁，是我國北方地區主要雜糧作物之一，居五谷之首。近年來多酚已經成為國內外學者研究的熱點之一，有研究表明，小米中酚類化合物含量較高，種類較多，包括黃酮類、酚酸類、花色苷類等。酚類化合物可以清除體內自由基，具有較強的抗氧化活性以及預防與氧化應激有關的疾病等作用。

　　小米品種不同，多酚的種類及含量也不同。本文以沁州黃小米為原料，采用超聲波輔助有機溶劑提取法，利用超聲波的空化效應，使小米多酚與溶劑充分混合，在單因素試驗的基礎上，采用響應面法優化提取工藝，以期得到沁州黃小米多酚的最佳提取工藝，為沁州黃小米資源的進一步開發利用提供理論參考。

　　1材料與方法

　　1.1材料與試劑

　　沁州黃小米，山西省長治市武鄉縣。

　　沒食子酸，國藥集團化學試劑有限公司;Folin試劑、石油醚、無水乙醇、無水碳酸鈉，均勻分析純。

　　1.2器與設備

　　UV-5500紫外分光光度計，上海元析儀器有限公司;TDL6M型低速離心機，湖南湘立科學儀器有限公司;HH-4數顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司;FA1604型電子天平，上海舜宇恒平科學儀器有限公司;KQ-300GDV超聲波清洗器，上海梅特勒-托利多儀器有限公司。

　　1.3試驗方法

　　1.3.1原料預處理

　　小米除雜后，用粉碎機粉碎，過篩(50目)，然后用石油醚按料液比1：2脫脂處理72h，干燥箱干燥，備用。

　　1.3.2單因素試驗

　　固定料液比1：10，超聲時間40min，超聲溫度40℃，研究乙醇體積分數(50%、60%、70%、80%，90%)對多酚得率的影響。

　　固定料液比1：10，超聲溫度40℃，乙醇體積分數70%，研究超聲時間(20min，30min，40min，50min，60min)對多酚得率的影響。固定料液比1：10，超聲時間40min，乙醇體積分數70%，研究超聲溫度(20℃、30℃、40℃、50℃、60℃)對多酚得率的影響。

　　固定超聲溫度40℃，超聲時間40min，乙醇體積分數70%，研究料液比(1：6，1：8.1：10.1：12.1：14)對率的影響。

　　13.3響應面試驗

　　根據單因素試驗結果，利用DesignExper10.0軟件Box-Benhnken中心組合試驗設計，以小米多酚得率為判定指標，3個較為顯著的因素為自變量設計因素水平表，見表1

　　13.4多酚含量測定

　　依次取0.1mg/ml沒食子酸溶液0.0mL.0.5ml，1.0ml，1.5ml，2.0mL，2.5mL于50mL.容量瓶中，加入3mLFolin試劑，25ml蒸餾水，靜置5min，加入9mlL10%的碳酸鈉溶液后定容至刻度。避光反應30min，以蒸餾水為空白對照，在760nm處測定吸光值。重復3次測得出平均值，繪制多酚標準曲線。

　　準確量取5mlL樣液，按照上述方法測定吸光度值。根據標準曲線計算多酚含量。

　　2結果與分析

　　2.1酚標準曲線

　　以沒食子酸質量濃度為橫坐標，吸光度值為縱坐標，繪制標準曲線，見圖1，標準曲線方程為：y=0.0974-0.0121，相關系數R20.9937

　　2.2單因素試驗結果

　　2.2.1乙醇體積分數對多酚得率的影響

　　乙酚體積分數對多酚得率影響結果見圖2。

　　由圖2可以看出，隨著乙醇體積分數升高，多酚得率先升高后下降。乙醇體積分數不同，提取溶劑的極性不同，導致溶出的有效成分不同，乙醇體積分數為70%時，小米多酚得率最高。因此，選擇乙醇體積分數70%較為適宜。

　　2.2.2超聲時間對多酚得率的影響

　　超聲時間對多酚得率的影響結果見圖3。

　　由圖3中可以看出，多酚得率隨著提取時間的增加而升高，當提取時間超過40min，多酚得率逐漸下降。原因是提取時間過短，提取不充分，導致得率偏低;提取時間越長，超聲波產生的高速震動空化效應會破壞樣液中的多酚類物質，使得率下降，并且提取時間過長，會使其他物質溶出較多，不利于后續純化。因此選擇超聲時間40min較適宜。

　　2.2.3超聲溫度對多酚得率的影響

　　超聲溫度對多酚得率的影響結果見圖4。

　　由圖4可以看出，隨著提取溫度升高，多酚得率先增加后下降，當溫度為40℃時，多酚得率最高。溫度升高可以提高物質的溶解度，然而溫度過高可能導致小米中多酚物質被熱分解，破壞已經提取出的多酚結構，使多酚得率下降。因此，選擇超聲提取溫度40℃為宜。

　　2.2.4料液比對多酚得率的影響

　　料液比對多酚得率影響結果見圖5。

　　由圖5可知，隨著提取溶劑體積的增加，多酚得率先升高后趁于平穩。當料液比超過1∶10后，得率呈現穩定趨勢。料液比達到一定程度時，多酚基本溶出，繼續增加料液比會造成原材料浪費和經　濟損失。因此，選擇料液比1∶10為宜。

　　2.3響應面試驗結果

　　2.3.1回歸模型的建立及方差分析

　　根據單因素試驗結果，從中選取了3個對得率影響顯著的因素進行3水平3因素響應面試驗，試驗結果見表2。以多酚得率為響應值，得到二次回歸模型為：Y=73.83+3.29A+0.68B-2.17C+1.70AB-3.84AC-0.36BC-11.91A2-7.78B2-7.58C2，其中A為乙醇體積分數，B為超聲時間，C為超聲溫度。

　　對模型進行方差分析，結果見表3。該模型極顯著(P<0.0001)，失擬項不顯著(P=0.1227)，說明該模型具有統計學意義，能較好的預測小米多酚的得率。其決定系數RAdj2=0.9586，說明該模型相關性較好。一次項A(乙醇體積分數)，交互作用項AC，二次項A2、B2、C2對多酚得率影響極顯著(P<0.01)，一次項C(超聲溫度)對多酚得率影響顯著(P<0.05)，其余因素影響不顯著。各個因素對多酚得率影響的主次順序為乙醇體積分數>超聲溫度>超聲時間。

　　2.3.2等高線圖及響應曲面圖分析

　　圖6、圖7~8見下頁分別為各個因素交互作用

　　與響應值之間的等高線及響應曲面圖。由等高線圖可以看出，AC交互作用的等高線最接近橢圓，響應曲面最陡，所以AC交互作用對得率的影響最顯著;BC交互作用的等高線接近圓形，相應曲面較平，說明BC交互作用對得率的影響較小。

　　2.3.3提取工藝優化及驗證試驗

　　結合回歸方程和響應面結果分析，超聲波輔助法提取小米多酚的最優工藝條件為：乙醇體積分數71.727%，超聲時間40.671min，超聲溫度38.117℃，此時得率為74.34mg/100g。考慮到實際操作，將工藝條件調整為乙醇體積分數72%，超聲時間41min，超聲溫度38℃，進行3次平行試驗，多酚得率平均值為74.13mg/100g，與理論值基本吻合，說明該模型能較好的預測小米多酚得率。

　　3結論

　　通過單因素和響應面優化試驗，得出超聲波輔助提取沁州黃小米多酚的最佳工藝條件為：乙醇體積分數72%，超聲時間41min，超聲溫度38℃，在此工藝條件下多酚得率預測值為74.34mg/100g，驗證試驗結果為74.34mg/100g，接近預測值。說明該模型可以有效預測沁州黃小米多酚的超聲波提取工藝參數，為沁州黃小米多酚的提取及綜合利用提供一定的理論參考。

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