張志輝，于國(guó)萍

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱150030)

超聲波輔助提取黑米中抗氧化物質(zhì)

張志輝，于國(guó)萍*

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱150030)

在乙醇提取的基礎(chǔ)上，用超聲波輔助提取黑米中的抗氧化物質(zhì)。以花色苷含量、DPPH自由基清除率、總抗氧化能力(TAC)為指標(biāo)進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)對(duì)條件優(yōu)化。通過三個(gè)不同方面的指標(biāo)來反映提取的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:超聲波作用下縮短了提取時(shí)間。最佳的單因素指標(biāo)為:超聲功率280W、提取時(shí)間20min、乙醇濃度70%、液固比(mL/mg)20∶1、提取溫度50℃，此時(shí)的花色苷含量為12.56mg/g，DPPH自由基清除率為54.41%，TAC為52.38u/mL。

超聲波輔助提取，黑米，花色苷

黑米為特種水稻的一種，因其營(yíng)養(yǎng)豐富并且具有一定的生理保健作用而備受人們青睞。黑米的保健作用與黑米中所含有的花色苷有關(guān)［1］，黑米中含有的花色苷以矢車菊素-3-葡萄糖苷為主［2］?；ㄉ疹惢衔锍速x予植物豐富的色彩外，還具有抗氧化［3］、抗疲勞［4］、抗炎［5-7］、調(diào)節(jié)血脂［8］及抑制腫瘤等多種功能。因此對(duì)黑米花色苷的研究具有十分重要的意義。目前，關(guān)于黑米花色苷的提取和測(cè)定方法已有報(bào)道，但指標(biāo)較單一，本工作擬利用超聲波輔助提取黑米花色苷，應(yīng)用花色苷含量、DPPH自由基清除率、總抗氧化能力(TAC)為指標(biāo)從三個(gè)不同的方面來綜合分析提取的效果，優(yōu)化提取黑米花色苷的最優(yōu)參數(shù)，為黑米花色苷的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黑米 市售;所有其余試劑 均為分析純。

紫外可見分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;離心機(jī) 北京醫(yī)用離心機(jī)廠;電子天平北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;pH計(jì) 梅特勒-托利多儀器有限公司;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;真空干燥箱 上海一恒科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 超聲波輔助提取黑米花色苷的工藝流程 黑米→粉碎過80目篩→稱重→一定濃度乙醇提取(超聲波輔助)→離心→取濾液稀釋適當(dāng)倍數(shù)檢測(cè)不同指標(biāo)

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn) 稱取粉碎過篩后的黑米5g加入三角瓶中，根據(jù)不同的料液比加入浸提劑，按照不同的條件(超聲波功率、超聲時(shí)間、浸提劑的體積分?jǐn)?shù)、料液比、溫度)進(jìn)行超聲波提取，提取后離心，取上清液進(jìn)行測(cè)定，研究不同條件對(duì)黑米花色苷含量、DPPH自由基清除率、TAC值的影響。

1.2.3 測(cè)定方法

1.2.3.1 黑米花色苷含量的測(cè)定 pH示差法［9］：分別在pH為1.0和4.5處測(cè)定其吸光值，分別用pH為1.0的氯化鉀緩沖液和pH為4.5的醋酸鈉緩沖液將粗提物稀釋適當(dāng)倍數(shù)，稀釋后分別在室溫下靜置50、80min，在518、700nm處測(cè)定其吸光值。

其中，矢車菊花素-3-葡萄糖苷在pH1的緩沖溶液中 MW 為 449.2，DF為稀釋倍數(shù) 20，ε為26.900L/(mol·cm)。

1.2.3.2 黑米花色苷清除 DPPH自由基活性的測(cè)定［10］取25.6mg DPPH配制成濃度為6.5×10-5moL/L的DPPH溶液。取0.1mL試樣溶液和3.9mL DPPH乙醇溶液混合，反應(yīng)30min后在517nm處測(cè)定吸光值。

其中，A0為DPPH與試樣溶劑混合;Ai為DPPH與試樣混合;Aj為DPPH溶劑與試樣混合。

1.2.3.3 黑米花色苷總抗氧化能力的測(cè)定［11］取0.1mL樣液，按試劑盒說明書的測(cè)定方法進(jìn)行測(cè)定。定義在37℃時(shí)，1mL/min樣液使反應(yīng)體系的吸光度值增加0.01為1個(gè)TAC單位(u)，即u/mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

2.1.1 超聲功率對(duì)黑米花色苷提取的影響 乙醇濃度70%，液固比為30∶1，提取溫度為50℃，提取時(shí)間為30min，超聲功率分別為160、200、240、280、320、360W測(cè)定黑米花色苷的含量、DPPH自由基清除率、TAC值，結(jié)果見圖1～圖2。

圖1 超聲功率對(duì)黑米花色苷含量的影響

圖2 超聲功率對(duì)DPPH自由基清除率和TAC的影響

由圖2可以看出，超聲功率對(duì)花色苷含量有較大影響，隨著超聲功率的增加，超聲波產(chǎn)生的水合與滲透作用增加，加速了花色苷的提取，超聲功率在280W時(shí)的提取效果最好，當(dāng)超聲功率大于280W時(shí)，花色苷含量下降，這是由于超聲波產(chǎn)生的劇烈振動(dòng)又導(dǎo)致了部分花色苷降解。DPPH自由基清除率和TAC與花色苷含量曲線圖的趨勢(shì)一致，這從氧化的角度證明了在280W時(shí)，提取液中花色苷的總抗氧化能力最強(qiáng)、清除自由基的能力最高。因此，超聲功率選280W為最佳。

2.1.2 超聲時(shí)間對(duì)黑米花色苷提取的影響 超聲功率280W、乙醇濃度70%，液固比為30∶1，提取溫度為50℃，提取時(shí)間分別為 10、20、30、40、50、60、70、80min，測(cè)定黑米花色苷的含量、DPPH自由基清除率、TAC值，結(jié)果見圖3～圖4。

圖3 超聲提取時(shí)間對(duì)黑米花色苷含量的影響

圖4 超聲提取時(shí)間DPPH自由基清除率和TAC的影響

由圖3看出，隨著超聲時(shí)間的增加花色苷含量增加，在達(dá)到20min后，花色苷含量的增加趨于平緩，由圖4可以看出，提取液中清除自由基能力和總抗氧化能力在數(shù)值上有所增加，但是沒有顯著性差異，花色苷在20min時(shí)含量的增加，其中包含一部分花色苷，還包含有一小部分與花色苷結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，但這些物質(zhì)沒有太強(qiáng)的抗氧化能力，因此使DPPH自由基清除率和TAC在20min時(shí)沒有顯著性差異。我們選擇超聲時(shí)間20min為最佳。

與張名位［12］采用的傳統(tǒng)方法，浸提式提取黑米花色苷花費(fèi)4h相比較，本方法提取僅需要20min，縮短了提取時(shí)間，耗能少，因此采用超聲波輔助提取黑米花色苷具有十分重要的意義。

2.1.3 乙醇濃度對(duì)黑米花色苷提取的影響 超聲功率280W、超聲提取時(shí)間20min，液固比為30∶1，提取溫度為50℃，乙醇濃度分別為40%、50%、60%、70%、80%、90%，測(cè)定黑米花色苷的含量、DPPH自由基清除率、TAC值，結(jié)果見圖5～圖6。

圖5 乙醇濃度對(duì)黑米花色苷含量的影響

圖6 乙醇濃度對(duì)DPPH自由基清除率和TAC的影響

由圖5可以看出，黑米花色苷的含量隨著乙醇濃度的增加而增加，在乙醇濃度70%時(shí)的花色苷含量是最大的。圖6中乙醇濃度在70%有顯著性差異，花色苷是由苷元和糖基組成［13］，不同的乙醇濃度具有不同的極性，因此最佳的乙醇濃度選擇70%。

2.1.4 液固比對(duì)黑米花色苷提取的影響 超聲功率280W、超聲提取時(shí)間20min，乙醇濃度70%，提取溫度為50℃，液固比(mL/mg)分別為10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1，測(cè)定黑米花色苷的含量、DPPH自由基清除率、TAC值，結(jié)果見圖7～圖8。

圖7 液固比對(duì)黑米花色苷含量的影響

圖8 液固比對(duì)DPPH自由基清除率和TAC的影響

由圖7～圖8可以看出，隨著液固比的增加，花色苷含量、DPPH自由基清除率、TAC值都增加，在20∶1時(shí)都有顯著性差異，液固比的增加必然會(huì)在較大程度上增加傳質(zhì)推動(dòng)力［14］。在50∶1時(shí)的DPPH自由基清除率和TAC值都有顯著性差異，但考慮到經(jīng)濟(jì)因素及后續(xù)處理的難度，因此液固比選在20∶1最佳。

2.1.5 提取溫度對(duì)黑米花色苷提取的影響 超聲功率280W、超聲提取時(shí)間20min，乙醇濃度70%，液固比為20∶1，提取溫度分別為30、40、50、60、70℃，測(cè)定黑米花色苷的含量、DPPH自由基清除率、TAC值，結(jié)果見圖9～圖10。

圖9 提取溫度對(duì)黑米花色苷含量的影響

由圖9～圖10可以看出，隨著溫度的增加花色苷含量、DPPH自由基清除率、TAC值都隨著增加，在50℃時(shí)有最大值。超過50℃后，隨著溫度的增加，花色苷含量、DPPH自由基清除率、TAC的值都顯著下降，花色苷的降解速率明顯地受到溫度的影響［15］。因此溫度選50℃為最佳值。

圖10 提取溫度對(duì)DPPH自由基清除率和TAC的影響

3 結(jié)論

在超聲波輔助提取作用下，對(duì)各因素進(jìn)行了優(yōu)化，經(jīng)過綜合分析每個(gè)因素三個(gè)指標(biāo)的數(shù)值得到了最優(yōu)的單因素指標(biāo)，為超聲功率280W、提取時(shí)間20min、乙醇濃度70%、液固比(mL/mg)20∶1、提取溫度50℃，此時(shí)的花色苷含量為12.56mg/g，DPPH自由基清除率為54.41%，TAC為52.38u/mL。

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Ultrasound-assisted extraction of antioxidants of black rice

ZHANG Zhi-hui，YU Guo-ping*
(Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China)

Ethanol was used for extracting antioxidants of black rice under ultrasound assistance.Based on the anthocyanin content，DPPH free radical clearance rate，total antioxidant capacity(TAC)，the single factor method was used for the optimization of ultrasonic extraction.The extracted result was reflected by three different aspects indicators.Results showed that:extraction time was reduced by ultrasonic-assisted.The results showed that the optimal extraction conditions were:ultrasonic power 280W，extraction time 20min，70%ethanol concentration，liquid -solid ratio(mL/mg)20∶1，extraction temperature 50℃.Then the anthocyanin content was 12.56mg/g，DPPH free radical clearance rate was 54.41%，TAC was 52.38u/mL.

ultrasonic-assisted extraction;black rice;anthocyanins

TS210.1

A

1002-0306(2011)12-0338-04

2011-08-02 *通訊聯(lián)系人

張志輝(1986-)，女，碩士研究生，研究方向:農(nóng)產(chǎn)品精深加工。