程碧君,李天嬌,李應(yīng)華
(1.吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院食品工程學(xué)院,吉林吉林 132101;2.漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品學(xué)院,河南漯河 462002)
薏米屬禾本科,別名“藥王米”,薏仁米、薏苡仁是家喻戶曉、經(jīng)常食用的一種谷類食品,也常被作為中藥使用[1]。醫(yī)學(xué)以為,薏米味淡而甜,具有補(bǔ)脾健肺、清熱利濕的功效[2]。薏米也是一種能消除粉刺、雀斑等的美容食品,經(jīng)常食用皮膚會(huì)變得光澤細(xì)膩,是保健和潤(rùn)膚的好產(chǎn)品[3]。薏米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高,不僅含有蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、多種微量元素和多種藥用成分[4],而且還含有人體必需的亮氨酸、精氨酸、賴氨酸、酪氨酸等,是典型的“綠色食品”,堪稱為“禾本科之王”[5]。
磷脂是一類含有磷酸基團(tuán)的脂類化合物,其主要存在于植物種子及動(dòng)物的腦、肝、卵中,是構(gòu)成生物膜的重要組成部分[6]。磷脂不僅能改善脂質(zhì)代謝等生理功能[7],同時(shí),由于磷脂是雙親性分子,可以有效降低物質(zhì)之間的界面能,起到乳化的作用[8]。磷脂又可分為卵磷脂、腦磷脂、磷脂酰絲氨酸、磷脂酰甘油、磷脂酰肌醇和心磷脂,且這些磷脂又分別與人體不同部位的功能相關(guān)[9]。
磷脂不僅是生物膜的重要組成部分,還具有促進(jìn)神經(jīng)傳導(dǎo)[10]、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝[11]、防止肝硬化[12]的作用。目前,磷脂可應(yīng)用于食品及飼料中[13]。而且,由于磷脂的表面活性和膠體性,磷脂在藥物中可作為載體使用[14]?,F(xiàn)代人身體中又普遍缺乏磷脂,孕婦體內(nèi)缺乏卵磷脂,將影響胎兒大腦的正常發(fā)育[15]。嬰幼兒期間缺乏卵磷脂,將影響其大腦及智力發(fā)育[16]。成人缺乏卵磷脂,大腦將處于疲勞狀態(tài),此狀況長(zhǎng)期持續(xù)下去,將會(huì)造成反應(yīng)遲鈍、頭昏頭痛、失眠多夢(mèng)、記憶力下降、健忘、注意力難以集中等現(xiàn)象[17]。
目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)磷脂的提取進(jìn)行了大量研究。張麗等人[18]研究了超聲波輔助的方法提取鰹魚腦中磷脂,確定了提取的工藝參數(shù),并用氣相色譜法測(cè)定了鰹魚腦磷脂的組成,為鰹魚深加工提供了基礎(chǔ)。李翔宇等人[19]研究?jī)?yōu)化了藻類中磷脂提取的工藝,利用響應(yīng)面法得到最佳的提取條件,在此條件下藻類中磷脂型DHA得率為80.8%。趙彥巧等人[20]研究了芝麻油渣中磷脂的提取工藝,研究利用了超臨界提取的方法確定提取的萃取壓力、萃取溫度和萃取時(shí)間,在最佳提取條件下芝麻油渣中磷脂的提取率為35.58%。Stefanov K等人[21]利用酶催化法提取磷脂酰膽堿,得到高純度的磷脂酰膽堿產(chǎn)物。Lekh R J等人[22]研究應(yīng)用磷脂酶將大豆磷脂的提取純度明顯提高,為大豆磷脂提取工藝奠定了基礎(chǔ)。世界衛(wèi)生組織(WHO) 和聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FRO) 中的專家發(fā)表聲明,人體對(duì)磷脂的攝入不做限制要求,磷脂作為食品添加劑也不做限制[23]。
由于薏米中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),大多研究都集中在蛋白、脂肪等方向,針對(duì)薏米中磷脂的研究相對(duì)較少。試驗(yàn)以薏米為原料,研究薏米磷脂的提取工藝,通過對(duì)提取工藝中的單因素試驗(yàn)分析,確定了薏米磷脂提取的最佳工藝,以期為薏米磷脂的生物學(xué)功能研究奠定基礎(chǔ),為薏米磷脂產(chǎn)品開發(fā)提供理論依據(jù)。
1.1.1 試驗(yàn)材料與試劑
材料:薏米,購于當(dāng)?shù)爻小?/p>
試劑:磷標(biāo)準(zhǔn)品(磷酸二氫鈉)、乙醇、石油醚、丙酮、乙醇、鹽酸、氨水、氯化鋅(ZnCl2)、亞硝酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉、硝酸鋁(均為分析純),天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司提供。
1.1.2 試驗(yàn)儀器
AL204型電子天平,梅特勒-托利公司產(chǎn)品;RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,上海亞榮生化儀器廠產(chǎn)品;TG-18D型離心機(jī),湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司產(chǎn)品;DH9-9240A型真空干燥箱,上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司產(chǎn)品;721型分光光度計(jì),上海菁華科技儀器有限公司產(chǎn)品。
1.2.1 薏米磷脂的提取
參考徐同成等人[24]的方法,首先取100 g薏米于粉碎機(jī)中粉碎,取出放置燒杯中,加入500 mL丙酮,攪拌30 min,用紗布過濾,收集濾渣。將濾渣放入燒杯中,重復(fù)提取2次。合并提取液,以轉(zhuǎn)速5 000 r/min離心20 min,上清液減壓濃縮,得到粗磷脂。制備乙醇-石油醚混合溶劑,取500 mL石油醚和1 L乙醇放入燒杯中混合均勻,將粗磷脂加入乙醇-石油醚混合溶劑中攪拌30 min后,加入金屬沉淀劑(ZnCl2),以轉(zhuǎn)速5 000 r/min離心20 min,沉淀物置于容器中,進(jìn)行抽真空干燥,即可得到薏米磷脂。
1.2.2 薏米磷脂提取率的測(cè)定
根據(jù)GB/T 5537—2008國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行磷脂含量測(cè)定。取薏米磷脂25 g(m0)置于燒杯中,加熱至80℃,加水2 mL,充分?jǐn)嚢瑁赞D(zhuǎn)速5 000 r/min離心20 min。上清液用已知質(zhì)量的濾紙(m1)進(jìn)行抽濾,并用丙酮將沉淀沖洗入濾紙上,繼續(xù)用丙酮洗滌濾紙和沉淀,洗至無油跡為止。靜置一段時(shí)間,待丙酮揮發(fā)后,置于105℃烘箱中烘至恒質(zhì)量(m2)。
式中:m0——樣品質(zhì)量,g;
m1——濾紙質(zhì)量,g;
m2——沉淀物和濾紙質(zhì)量,g。
1.2.3 單因素試驗(yàn)
按照1.2.1薏米磷脂的提取方法,以丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)、丙酮pH值、金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為影響因素進(jìn)行薏米磷脂提取工藝的優(yōu)化研究。
(1)丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)薏米磷脂提取的影響。分別以丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%,60%,70%,80%,90%時(shí),在丙酮pH值為7.5,金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的條件下進(jìn)行薏米磷脂的提取。以此單因素試驗(yàn)來確定薏米磷脂提取工藝最佳的丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
(2)丙酮pH值對(duì)薏米磷脂提取的影響。分別以丙酮pH值5.5,6.5,7.5,8.5,9.5時(shí),在丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%,金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的條件下進(jìn)行薏米磷脂的提取。以此單因素試驗(yàn)來確定薏米磷脂提取工藝最佳的丙酮pH值。
(3)金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)薏米磷脂提取率的影響。將準(zhǔn)備的氯化鋅粉末溶于水,調(diào)制成10%,20%,30%,40%,50%的5種金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的試劑,在丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%,pH值為7.5的條件下進(jìn)行薏米磷脂的提取。以此單因素試驗(yàn)來確定薏米磷脂提取工藝最佳的金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
在薏米磷脂提取工藝中,以丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)、丙酮pH值、金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為單因素利用SPSS軟件進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。
正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1。
表1 正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)
丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)薏米磷脂提取率的影響見圖1。
圖1 丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)薏米磷脂提取率的影響
由圖1可知,隨著丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)從50%升高至80%時(shí),薏米磷脂的提取率呈現(xiàn)顯著上升的趨勢(shì);隨著丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)從80%繼續(xù)升高至90%時(shí),薏米磷脂的提取率差異不顯著;當(dāng)丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%時(shí),薏米磷脂的提取率達(dá)到最大值,所以在丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%時(shí)為最佳提取率。
丙酮pH值對(duì)薏米磷脂提取率的影響見圖2。
圖2 丙酮pH值對(duì)薏米磷脂提取率的影響
由圖2可知,丙酮pH值為5.5~6.5時(shí),薏米磷脂的提取率呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì);丙酮pH值為6.5~7.5時(shí),薏米磷脂的提取率呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì);丙酮pH值為7.5~9.5時(shí),薏米磷脂的提取率呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì);當(dāng)丙酮pH值為7.5時(shí),薏米磷脂的提取率達(dá)到最大值,所以最佳的丙酮pH值為7.5。
金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)薏米磷脂提取率的影響見圖3。
圖3 金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)薏米磷脂提取率的影響
由圖3可知,隨著金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)從10%升高至40%時(shí),薏米磷脂的提取率呈現(xiàn)顯著上升的趨勢(shì);隨著金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)從40%繼續(xù)升高至50%時(shí),薏米磷脂的提取率差異不顯著;當(dāng)金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%時(shí),薏米磷脂的提取率達(dá)到最大值,所以最佳的金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%。
根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,分別選擇單因素的最佳值附近的數(shù)值設(shè)計(jì)因素水平表,設(shè)置為三因素三水平,利用SPSS軟件進(jìn)行設(shè)置正交試驗(yàn)數(shù)值,根據(jù)軟件設(shè)計(jì)的正交試驗(yàn)組合條件進(jìn)行提取試驗(yàn),得到相應(yīng)的薏米磷脂提取率,利用SPSS軟件進(jìn)行均值和方差分析等。
正交試驗(yàn)結(jié)果見表2,方差分析結(jié)果見表3。
表2 正交試驗(yàn)結(jié)果
表3 方差分析結(jié)果
根據(jù)SPSS軟件設(shè)計(jì)的正交試驗(yàn)組合進(jìn)行薏米磷脂的提取試驗(yàn),并將提取的試驗(yàn)結(jié)果依次按順序填入設(shè)計(jì)的正交試驗(yàn)表格中,利用SPSS軟件進(jìn)行方法分析、均值分析、極差分析、顯著性差異分析等。
通過正交試驗(yàn)和方差分析,得知3個(gè)單因素對(duì)薏米磷脂提取純化工藝影響的重要性。其中,極差R值的大小決定著單因素對(duì)工藝影響的重要性,如果R值越大,說明單因素對(duì)提取工藝影響越大;R值越小,說明單因素對(duì)提取工藝影響越小。根據(jù)極差R值可以得到各因素對(duì)提取工藝的影響大小,即丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)(A)>丙酮pH值(B) >金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)(C)。3個(gè)單因素顯著性都達(dá)到顯著水平(p<0.05)。薏米磷脂最佳提取工藝為A2B2C2,即丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%,丙酮pH值7.5,金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%,在此條件下薏米磷脂的提取率為61.736%。
利用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)法相結(jié)合來確定最佳的薏米磷脂提取條件,確定試驗(yàn)的單因素條件為丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)、丙酮pH值和金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù),得到各個(gè)單因素的最佳值,取單因素的最佳值及兩邊的數(shù)值設(shè)計(jì)正交試驗(yàn),利用SPSS軟件進(jìn)行分析。結(jié)果表明,丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)薏米磷脂提取工藝影響程度最大,金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)薏米磷脂提取工藝影響程度最小。
通過對(duì)薏米磷脂提取純化工藝中的丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)、丙酮pH值和金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)這3個(gè)影響因素最為單因素進(jìn)行試驗(yàn),得到最佳的單因素試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行正交試驗(yàn)和方差分析,得到了薏米磷脂提取純化的最佳工藝參數(shù)為丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%,丙酮pH值7.5,金屬離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%,此提取工藝條件下薏米磷脂的提取率為61.736%。