甜玉米芯多酚纯化工艺研究
2020-10-08
来源:步旅网
第2期(总第425期) 2017年2月 农产品加工 Farm Products Processing No.2 Feb. 文章编号:1671—9646(2017)02a一0043—05 甜玉米芯多酚纯化工艺研究 林枞雨 ,王 鑫 ,李鉴昊 ,王佳宁 , 马永强 (1.哈尔滨商业大学食品工程学院,黑龙江省普通高等学校食品科学与工程重点实验室,黑龙江哈尔滨2.哈尔滨桃李食品有限公司,黑龙江哈尔滨150078) 150076; 摘要:以甜玉米芯为原料,对多酚纯化的工艺条件及其抗氧化活性进行研究。对多酚纯化工艺条件进行单因素试验 分析,以纯化后多酚纯度为指标,采用AB一8型树脂确定甜玉米芯多酚纯化的最佳工艺条件为pH值7,静态吸附 5 h,静态解析5 h,洗脱体积分数60%,洗脱流速2 mL/min,进样质量浓度2.5 ms/mE,进样流速2 mL/min,在此条 件下可得纯度最佳的多酚纯化液。 关键词:甜玉米芯;多酚;纯化;大孔树脂 中图分类号:TS914.1 文献标志码:A doi:10.166936.cnki.1671—9646(X).2017.02.014 The Research of the Polypheno1 in Sweet Corn Cob Puriicatfion Technology LIN Congyu ,WANGXin ,LI Jianhao2,WANG Jianing ,"MA ̄.sqin# a(1.Key Laboratory for Food Science and Engineering in Heilongjiang CoHege and University,CoUege of Food Engineering, Harbin University of Commerce,Harbin,Heilong3iang 150076,China;2.Harbin Peach Food Co.,Ltd., Harbin,Heilongiing 1a50078,China) Abstract:This experienment uses sweet corn cobs as raw material to study the best condiitons of polyphenols and antioxidant activity.In puriifed polyphenols recovery,use purity of indicators and know that the sweet corn cob polyphenol purificmion optimum condiitons are pH 7,adsorption time of 5 hours,5 hours to desorption and the elution concen ̄afion 2.5 mg/mL, elufion flow rate 2 mL/min,elution volume fraction of 60%,resin type of AB-8. Key words:sweet COIll cobs;polyphenols;puriifed;macroporous resin 0引言 1材料与方法 我国植物资源十分丰富,甜玉米因其独特口感 备受欢迎。随着玉米产品消费越来越高档化,国内 玉米的研究主要集中于可以食用的籽粒上,对于甜 玉米芯营养成分的提取纯化和利用方面的研究却很 少【1],每年数万吨的玉米芯被焚烧,造成浪费资源的 同时又污染环境脚。因此,利用玉米芯提取多酚,可 以成为农产品发展的新方向。玉米芯深加工试验大 大提高了玉米副产品的利用价值,具有很高的社会 经济效益和广阔发展前景[31。 研究发现,植物多酚在化学、生物和制药等方 面有活性作用。植物多酚结构具有复杂性,因此有 多种分类方法,从化学结构上看,植物单宁可分为 水解单宁和缩合单宁两大类,两类单宁的构成和结 构截然不同,因此化学性质和应用范围差别较大[41。 植物多酚作为许多植物中很主要的功能性成分,已 成为天然产物研究的热点嘲。 收稿日期:2016一lJ—o9 1.1材料与试剂 甜玉米芯(产地绥化),市售;D101,D4020, AB一8,S一8,NKA一9型大孑L树脂;无水乙醇、盐酸、 碳酸钠、没食子酸、福林酚试剂。 1.2仪器与设备 R209型旋转蒸发器,上海申胜生物技术有限公 司产品;SHB—IV型双A循环水式多用真空泵,郑州 长城科工贸有限公司产品;722型紫外分光光度计, 上海元析仪器有限公司产品;KQ一250DE型数控超声 波清洗器,昆山市超声仪器有限公司产品;TG16一 WS型离心机,上海一恒科学仪器有限公司产品; DK一98—1型电热恒温水浴锅,天津市泰斯特仪器有 限公司产品;SHZ一8型水浴恒温振荡器,上海博讯 实业有限公司产品;LabV1型恒流泵,保定申辰泵业 有限公司产品;ALC一210.2型电子天平,赛多利斯科 学仪器有限公司产品。 作者简介:林枞雨(199卜一),男,在读硕士,研究方向为农产品加工与贮藏。 通讯作者:马永强(1963~),男,硕士,教授,博士生导师,研究方向为食品生物技术品。 农产品加工 2017年第2期 1.3甜玉米芯多酚提取纯化工艺研究 60%的乙醇溶液,在水浴恒温振荡器中振荡5 h,每 1.3.1甜玉米芯多酚提取 隔1 h测定多酚含量,根据解析量随时间变化的关系 取5份预处理后的甜玉米芯10 g于500 mL的烧 绘制出树脂的解析曲线,相关指标按照式(3)和 杯中,以1:25的料液比加人体积分数为60%的乙 (4)计算。 醇,用保鲜膜盖严,放置于功率为250 w的超声振 解析量=C2× . (3) 荡器中超声处理60 min,将超声处理后的样液放置 于50℃的水浴锅中分别浸提2 h。水浴完毕后,以 解析率= 乙窨 — ×1 00%. (4) d— 1 × 转速4 000 r/min离心10 min。离心后的样液经过抽 ~乙醇解析后多酚质量浓度,mg/mL; 滤获得澄清液体。澄清液体经旋蒸后定容至500 mL, 式中:作为粗提液待用。 1.3.2标准曲线的绘制嘲 采用福林酚法,以没食子酸为标准品,测定甜 玉米芯中多酚成分的含量。准确称取5O.00 mg没食 子酸,先加人少量蒸馏水待没食子酸溶解后,加蒸 馏水定容至500 mL,混匀后得质量浓度为100 p.g/mL 的没食子酸标准溶液。量取标准液0.05,0.10,0.15, 0.20,0.25,0.30 mL,并置于10 mL比色管中,加蒸馏 水定容至2 mL,摇匀后加1.0 mL福林酚试剂,4 min 后加入10%碳酸钠溶液1.0 mL,于25℃水浴条件下 静置2 h,测定溶液于波长765 nm处的吸光度。以 吸光度为纵坐标、没食子酸含量( g)为横坐标, 得线性回归方程。 1.3.3大孔树脂的预处理即 将AB一8,S一8,D101,D4020,NKA一9型等5种 类型树脂用95%的乙醇溶液浸泡24 h,去除树脂表 面吸附的杂质。倒掉乙醇溶液,先用蒸馏水一直冲 洗大孔树脂达到中性,用质量分数为5%的盐酸浸泡 树脂12 h,然后再用蒸馏水冲洗直至中性,再加入 质量分数为5%的氢氧化钠溶液,浸泡12 h后再用 蒸馏水洗至中性并浸泡备用。 1.3.4大孔树脂的静态吸附与解析 在大孔树脂预处理结束后,用滤纸吸干树脂表面 存在的水分,准确称取2.0 g不同种类的树脂分别置于 50 mL离心管中,加入30 mL质量浓度为2.5 rng/mL的 甜玉米芯多酚粗提液,置于水浴恒温振荡器中,以 转速120 r/arin振荡8 h,每隔1 h测定多酚含量,并 按式(1)和(2)计算各项指标。 吸附量=(Co-C )× ., (1) 吸附率: ×100%. (2) 乙0 式中: ——树脂吸附前多酚质量浓度,mg/mL; c ——树脂吸附后多酚质量浓度,mg/mL; ——多酚粗提液体积,mL; 树脂质量,g。 树脂在静态吸附结束后抽滤,用蒸馏水充分冲 洗此时的树脂,去除其他吸附物,用滤纸把树脂吸 干,放人50 mL离心管中,加入30 mL体积分数为 ’——乙醇解析后多酚的溶液体积,mL。 M,C0,c , 含义同前公式。 通过试验得到的数据,计算出各种树脂对多酚 的吸附率、解析率及吸附解析平衡时间,对这些指 标进行逐个分析,选出纯化效果最佳的树脂。 1.3.5 大孔树脂的动态吸附与解析 将预处理后的大孔树脂装人玻璃层析柱中,预 先在柱子底端加一层薄薄的棉花,加一定体积的蒸 馏水,在层析柱口用玻璃棒引流,缓慢加入处理后 的树脂到预定的径长比处。打开旋转塞排水至水层 与树脂高度一致时,沿着玻璃棒缓慢加人多酚粗提 液,等到高度与树脂平齐时关闭旋塞,动态吸附6 h。 吸附结束后用2倍柱体积的蒸馏水冲洗,去除杂质 后用2倍柱体积的乙醇溶液上柱,将多酚物质解析 出来,收集后进行旋蒸和定容,测定解析液中多酚 浓度。 1.3.6甜玉米芯多酚纯化工艺的单因素试验 (1)pH值对甜玉米芯多酚纯化工艺的影响。在 大孔树脂预处理结束后,用滤纸吸干树脂表面存在 的水分,准确称取2.0 g的AB一8型树脂置于小型离 心管中,用蒸馏水把多酚粗提液的质量浓度稀释成 2.5 arg/mE,用0.1 mol/L的柠檬酸与碳酸氢钠溶液调 节多酚粗提液的pH值,使其分别达到3,5,7,9, l1,同时用没有调节pH值的样液作为对照组。取 30 mL粗提液于离心管中,置于水浴恒温振荡器中, 在恒定转速下振荡8 h,测定多酚含量,计算吸附量。 (2)进样质量浓度对甜玉米芯多酚纯化工艺的 影响。以1:15的径长比按照湿法装柱法装填树脂, 用蒸馏水把多酚粗提液的质量浓度分别稀释成1.5, 2.0,2.5,3.0,3.5 arg/mE,吸取40 mL不同质量浓度样 液进行上样的操作,吸附3 h后用2倍柱体积的蒸馏水 清洗除杂,旋动旋塞并调节样液的流速至4 mL/min, 用体积分数60%的乙醇溶液解析树脂上的多酚物质。 旋蒸后定容,测定洗脱液吸光度,计算吸附量。 (3)进样流速对甜玉米芯多酚纯化工艺的影响。 以l:15的径长比按照湿法装柱法装填树脂,用蒸 馏水把多酚粗提液的质量浓度稀释成2.5 mg/mL, 吸取40 mL的该样液经恒流泵通过树脂,分别以 1.O,1.5,2.0,2.5,3.0 mL/min的速度进行上样操 2017年第2期 林枞雨,等:甜玉米芯多酚纯化工艺研究 作,吸附3 h后用2倍柱体积的蒸馏水清洗除杂,旋 动旋塞并调节样液的流速至4 mL/min,用体积分数 60%的乙醇溶液解析树脂上的多酚物质。旋蒸定容后 测定洗脱液吸光度,计算吸附量。 (4)洗脱体积分数对甜玉米芯多酚纯化工艺的 影响。以1:15的径长比按照湿法装柱法装填树脂, 用蒸馏水把多酚粗提液的质量浓度稀释成2.5 mg/mL, 吸取40 mL的该样液进行上样操作,吸附3 h后用 2倍柱体积的蒸馏水清洗去除杂质,旋动旋塞并调节 样液的流速至4 mL/min,分别用体积分数为30%, Y=0.022 1X+0.009 6,相关系数R2=0.998 9。证明 该曲线线性关系良好,可用于计算甜玉米芯多酚的 含量。 2.2大孔树脂的静态吸附特性 吸附率随吸附时间变化曲线见图2。 8O 70 、60 50 40%,50%,60%,70%的乙醇溶液解析树脂上的多 酚物质。旋蒸后定容测定洗脱液吸光度,计算出相 应的多酚质量浓度。 (5)洗脱流速对甜玉米芯多酚纯化工艺的影响。 以1:15的径长比按照湿法装柱法装填树脂,用蒸 馏水把多酚粗提液的质量浓度稀释成2.5 mg/mL,吸 取40 mL的该样液进行上样的操作,吸附3 h后用 2倍柱体积的蒸馏水清洗除杂,旋动旋塞并使样液的 流速分别至2,3,4,5,6 mL/min,用体积分数 60%的乙醇溶液解析树脂上的多酚物质。旋蒸后定容 测定洗脱液吸光度,计算出相应的多酚质量浓度。 1.4正交试验 根据5个单因素试验,选择进样质量浓度、进 样流速、洗脱体积分数和洗脱流速4个因素,设立 3个水平,利用正交试验设计k(3 )对甜玉米芯多酚 的纯化进行优化。 正交试验因素与水平设计见表1。 表1 正交试验因素与水平设计 2结果与分析 2.1没食子酸标准曲线 标准曲线见图1。 0.8 0.7 0.6 O.5 0.4 O-3 0-2 O.1 0 0 5 1O l5 20 25 3O 没食子酸含量/ g 图1标准曲线 如图I绘制标准曲线,在没食子酸含量为0~ 35 g时呈线性关系。此标准曲线的线性回归方程为 l0 O 吸附时间f,h ◆一AB一8;-一D101;★一NKA一9;令一D4020;0-一S-8 图2吸附率随吸附时间变化曲线 由图2可知,伴随着吸附时间的延长,多酚的 吸附量总体上呈现逐渐增大的趋势,而且AB一8与 D101型侈嘲旨的多酚吸附率高于D4020,S一8,NKA一9型 等3种树脂。AB一8型树脂在8 h时达到了最大的吸 附率,其值为71.20%;但是5,6,7,8 h的多酚吸 附率差异不大,从生产实际方面考虑,选取5 h为 AB一8型树脂的最佳吸附时间。D101型树脂在8 h时 吸附率达到了最大吸附率,其值为55.82%;5 h之 后树脂的吸附率变化不显著,所以选取5 h为最佳吸 附时间。同理,NKA一9,D402,s一8型大孑L树脂最 佳吸附时间均为5 h。 2.3大孔树脂的静态解析特性 解析率随时间变化曲线见图3。 80 70 6O 、 50 褂 40 3O 琏 20 1O O 解析时间t,h 41-一AB一8;●|一D101;★一NKA~9;令~D4020;0-一S-8 图3解析率随时间变化曲线 随着解析时间延长,解析率也逐渐增大,8 h时 解析率达到最大值;但5,6,7,8 h解析率差距不 大,考虑到节约试验时间的问题,选择5 h为最佳解 析时间。由图3可知,AB一8型大孔树脂解析率明显 高于其他几种树脂,故选用AB一8型大孑L树脂进行多 酚纯化研究。 2.4大孔树脂的静态吸附解析单因素试验 2.4.1 pH值对甜玉米芯多酚纯化的影响 吸附量随pH值变化曲线见图4。 由图4可知,甜玉米芯多酚在酸性条件下比较 农产品加工 2017年第2期 12 一 {10 咖{6 附完全,多酚类物质即流出,而缓慢流速则利于样 液中多酚在树脂中充分扩散和吸附,进样流速为 1 mL/min和2 mL/min时的吸附量差距不大,考虑到 节约试验时间,故选择进样流速为2 mL/min。 2.4.4 洗脱体积分数对甜玉米芯多酚纯度的影响 萋4 2 3 5 7 9 11 l3 多酚质量浓度随洗脱体积分数变化曲线见图7。 pH值 龟 竽 图4吸附量随pH值变化曲线 稳定,pH值对多酚吸附量的影响不是很大。当环境 越 变碱性时,纯度随pH值增大而减小。多酚类含有多 个羟基,水溶液中呈酸性,碱性条件下,氢离子会 结合氢氧根,从而破坏多酚结构,降低了吸附量, 没有调节pH值的粗提液纯化效果较好,所以粗提液 的pH值不需要调节。 2.4.2进样质量浓度对甜玉米芯多酚纯化工艺效果 的影响 吸附量随进样质量浓度变化曲线见图5。 9 8 7 咖6 萋s 4 1.5 2.0 2.5 3.O 3.5 进样质量浓度/mg・mL- 图5吸附量随进样质量浓度变化曲线 比较低的进样质量浓度对于树脂对目标物质的 吸附很有利。但是,树脂基础浓度过低的多酚溶液, 会造成接触面积变小,降低树脂与溶液接触面积, 也就降低了二者的接触机会,吸附效果不好。由图5 可知,多酚的吸附量在2.5 mg/mL的粗提物质量浓度 处达到了最大值。进样质量浓度超过2.5 mg/mL时, 吸附量变化并不明显,所以最佳进样质量浓度确定为 2.5 mg/mL。 2.4.3进样流速对甜玉米芯多酚纯度的影响 吸附量随进样流速变化曲线见图6。 衄I 蓝 1 2 3 4 5 6 进样流速/mL・min 图6吸附量随进样流速变化曲线 由图6可知,进样流速越慢,吸附量越大,其 中以流速为1 mL/min最佳。流速过快,树脂尚未吸 咖} 裔 洗脱体积分数/% 图7多酚质量浓度随洗脱体积分数变化曲线 由图7可知,多酚质量浓度曲线伴随着乙醇体 积分数的增加,呈现出先上升后平稳的趋势。当乙 醇体积分数达到60%时,多酚质量浓度最大。洗脱 剂极性影响了各种物质的溶解性,高体积分数的乙 醇在增加酚类物质析出的同时,也会溶解更多的非 酚类有机物质,因此可能会影响多酚的纯度。为了 保持多酚高质量浓度,选择最佳洗脱体积分数为60%。 2.4.5洗脱流速对甜玉米芯多酚纯度的影响 多酚质量浓度随洗脱流速变化曲线见图8。 1.8 誉1.6 .4 . 暴 .o 1 2 3 4 5 6 洗脱流速,mL・min 图8多酚质量浓度随洗脱流速变化曲线 洗脱流速太快会延长解析时间,产生严重的拖 尾现象;而过低的洗脱流速会延长实际生产周期。 图8反映出了树脂动态吸附解析多酚特性随洗脱流 速变化的影响情况,洗脱流速加快,多酚质量浓度 呈现先下降的趋势。洗脱流速在2 mL/min时达到最 大值,故选择2 mL/min作为甜玉米芯多酚纯化工艺 的最佳洗脱流速。 2.5正交试验优化纯化条件 正交试验设计及结果见表2。 由表2可知,通过分析各因素对多酚纯化条件 影响程度从小到大依次为进样流速、洗脱体积分数、 洗脱流速、进样质量浓度。最优方案为A 8 G2D ,即 进样质量浓度2.5 mg/mL,进样流速2 mL/min,洗脱 体积分数60%,洗脱流速2 mL/min,此时多酚纯度 为74.02%。 2017年第2期 林枞雨,等:甜玉米芯多酚纯化工艺研究 。47‘ 表2正交试验设计及结果 均为5 h。 (3)利用单因素试验和正交试验确定最佳纯化 工艺为pH值7,进样质量浓度2.5 mg/mL,进样流 速2 mL/min,洗脱体积分数60%,洗脱流速2 mL/min; 此时多酚纯化效果最好,纯度为74.02%。 参考文献: 魏璐.玉米花丝多酚提取纯化及鉴定技术研究fD】.长 春:吉林大学,2014. 卜彦花,周娜娜,王春悦,等.福林酚试剂法和紫外分 光光度法测定冬枣多酚含量的比较研究fJ1.中国农学 通报,2012,28(1):212—217. 王雪飞,张华.多酚类物质生理功能的研究进展【J].食 品研究与开发,2012(2):21 1-214. 张天财.鲜核桃保鲜及核桃种皮中多酚化合物的测定、 纯化及功能研究【D].昆明:昆明理工大学,2014. 3结论 李昌文,张丽华,纵伟,等.玉米芯的综合利用研究技 Ⅲ 嘲 术进展嘲 [J].食品研究与开发,2015(15):139—143. (1)以甜玉米芯为原料,采用大孔树脂层析法 马永强,袁诺,葛林,等.甜玉米芯多酚提取工艺研 对多酚粗提液进行纯化,以吸附量和解析率为指标 究[J].农产品加工(下),2015(12):36—38. 筛选得到最佳树脂型号为AB一8。 于震.落叶松树皮多酚的提取、纯化及抗氧化活性研 (2)通过静态吸附和解析试验,确定最佳时间 究【D】.哈尔滨:东北林业大学,2014.◇ (上接第42页) 汁具有风味好、营养全等优点,在今后必将成为饮 原料取汁,以一定的配合比例进行混合,进而制成 料消费潮流。 的一种果蔬汁产品。复合果蔬汁生产过程中分层沉 淀一直是困扰果蔬汁品质的一个关键问题,至今没 参考文献: 有克服的方法,只能通过一些生产工艺及手段加以 [11】 焦凌霞,鲁宏发,孔瑾.复合果蔬汁生产工艺及其稳定 控制,使其在一定的保质期内保持相对稳定,不分 性的研究【J].保鲜与加工,2006,6(1):33—35. 层沉淀。目前,常用的减少分层沉淀措施主要是均 [2】 宋翔,李悦,魏文静,等.沙棘复合果蔬汁饮料配方研 质,可使果肉颗粒细化,降低由于重力原因引起的 究[J].食品研究与开发,2015,36(8):43—45. 沉淀;添加稳定剂,适当增加溶液黏度等。 【3】 王会,米书梅,樊琛,等.黄瓜、猕猴桃、苹果复合果 蔬汁的研制[J].湖北农业科学,2015,54(2):409— 7展望 411. [4] 石玉欣,马欣荣,王瑁一,等.复合果蔬汁发酵乳工艺 水果和蔬菜含有人体所需的维生素、糖类、矿 配方的研制[J].食品科技,2015,40(7):114—1l7. 物质、氨基酸及膳食纤维等营养成分。单一原料制 [5 5]张巍.复合果蔬汁酸乳饮料的研制『J].农产品加工(学 作的果汁或蔬菜汁因存在风味或颜色不理想等问题, 刊),2009(1O):31—32. 难以被大多数消费者所接受。然而,随着生活水平 [6 6]王春辉.直投式乳酸菌发酵复合果蔬汁饮料的工艺研 的不断提高,人们对生活品质也提出了更高的要求, 究[J].农产品加工,2016(10):30—32.◇ 对于食品营养的价值有更加深入的了解,复合果蔬