利用低共熔溶剂从小米糠中提取多酚的方法

1.本发明属于提取领域，具体涉及一种利用低共熔溶剂从小米糠中提取多酚的方法。


背景技术：

2.我国有着丰富的杂粮资源和品种。目前国内外都在追求更健康、营养的便利杂粮产品，因此对杂粮中生物活性物质的研究非常有意义。有研究表明小米糠中含有的酚类物质比小米中还要丰富，但经常被作为饲料或废弃物，不能充分发挥其最大价值。文献中很少有关于小米糠多酚的报道。
3.cn107496290a公开了一种提取米糠多酚的方法及应用，以米糠粉末为原料，按照25～35ml/g液料比加入体积百分比浓度为5～15％的甘油溶液，在60～70℃水浴中浸提1～2h，分离收集上清液，即得米糠多酚提取液。该法多酚得率最高为0.712％。
4.cn107050325a公开了一种脱脂米糠中多酚物质的提取方法，包括预处理、脱脂、碱水解、提取，其中碱水解步骤为称取干燥后的脱脂米糠粉，按照料液比为1:5～1:9放入浓度为0.5～3.0mol/l的naoh溶液中进行结合酚类物质的水解，水解1～4h后hcl调节ph至3.0-5.0；提取的过程中，将步骤三获得的水解液用乙醇提取3-5次，混合提取液真空浓缩后，用乙酸乙酯萃取完全，硫酸钠脱水后再次浓缩，用甲醇溶解并定容。该法提取效率不高，在优化条件下才200mg/100g。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题为：提供一种提取率高的从小米糠中提取多酚的方法。
6.本发明的技术方案为：一种从小米糠中提取多酚的方法，将小米糠粉末溶于低共熔溶剂中，超声辅助提取。
7.进一步地，所述低共熔溶剂为以氯化胆碱为氢受体，葡萄糖为氢供体形成dess，然后加入水配置而成。
8.进一步地，所述氯化胆碱与葡萄糖摩尔比为1∶1。
9.进一步地，所述dess与水的体积比为80∶20～70∶30；优选为80∶20。
10.进一步地，小米糠与低共熔溶剂的料液比g/ml为1∶30～1∶50；优选为1∶36。
11.进一步地，提取时间为20～40分钟；优选为20～30分钟。
12.进一步地，提取温度为30～50℃，优选为45～45.2℃。
13.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
14.本发明以dess作为提取溶剂辅以超声提取小米糠总多酚，在优化工艺条件下，总多酚含量达到10.58mg/g。提取效率高，工艺简单环保。
附图说明
15.图1dess类型对总酚含量的影响；
16.图2dess含水量对总多酚含量的影响；
17.图3料液比(a)萃取时间(b)萃取温度(c)对小米糠总多酚含量的影响；
18.图4料液比(a)和提取温度(c)3d响应面图及等高线图；
19.图5提取时间(b)和料液比(a)3d响应面图及等高线图；
20.图6提取时间(b)和提取温度(c)3d响应面图及等高线图。
具体实施方式
21.下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为从商业渠道购买得到的。
22.1.2.1试验材料与仪器
23.1.2.1.1实验材料
24.原料：小米糠，4℃避光储藏，石油醚脱脂后，烘干后超微粉碎进行备用。
25.表1主要实验试剂
[0026][0027]
1.2.1.2设备仪器
[0028]
表2主要仪器设备
[0029][0030]
1.2.2试验方法
[0031]
1.2.2.1dess的制备
[0032]
将氢受体和氢供体按一定摩尔比混合后在80摄氏度水浴锅中不断搅拌直至形成均一稳定的液体。在室温放置24h，没有结晶生成，仍为澄清透明的液体，该液体为合成的dess。本研究分别以葡萄糖，丙三醇，尿素，乙二醇，1,2-丙二醇，1,4-丁二醇为氢供体，制备6种dess，备用。如表3所示。
[0033]
表3dess的组成
[0034][0035]
1.2.2.2超声波辅助小米糠总多酚的提取
[0036]
准确称取1g小米糠粉末置于离心管中，加入40ml提取溶剂，充分摇晃，直到小米糠粉末与提取溶剂混合均匀。将离心管置于超声波清洗器，设定好相应参数(超声功率400w)后进行提取。提取完成后，8000rpm离心10min，取上清液备用。
[0037]
1.2.2.3小米糠总多酚含量的测定
[0038]
采用fc比色法，用移液枪精确移取1ml提取液，于760nm处测定其abs。小米糠多酚含量以没食子酸当量(mg/g)表示。
[0039][0040]
1.2.2.4超声辅助dess提取小米糠总多酚的工艺优化
[0041]
(一)dess类型的筛选
[0042]
精确称取1.0g小米糠粉末6份，分别以6种dess为提取溶剂，考察不同提取溶剂对小米糠总多酚含量的影响。
[0043]
(二)单因素试验
[0044]
准确称取相应的小米糠粉末，考察料液比(1:20，1:30，1:40，1:50，1:60g/ml)，提取时间(10、20、30、40、50min)，提取温度(20、30、40、50、60℃)对小米糠总多酚含量的影响。每组试验重复三次。
[0045]
(三)响应面分析
[0046]
在选出最优dess和单因素试验的基础上，采用响应面法对提取条件进一步优化。其中a、b、c分别代表料液比、提取时间和提取温度三个独立变量，-1、0、1分别代表每个因素的三个水平(表4)。以总多酚含量为响应值，进行17次试验，每个试验重复三次。通过建模分析和终止系数(r2)来评估预测多项式模型的准确性。
[0047]
表4bbd响应面设计因素水平表
[0048][0049]
(四)验证实验
[0050]
经过box-behnken试验设计的回归模型进行预测，得到超声辅助des-1提取小米糠总多酚的最优工艺，结合实际操作条件，提取并计算小米糠总多酚的含量，对比预测值与实验值之间的偏差，检验回归模型，每个试验重复三次。
[0051]
1.2.3结果与分析
[0052]
1.2.3.1超声辅助dess提取小米糠总多酚的工艺优化
[0053]
(一)dess类型的筛选
[0054]
以合成的6种dess为提取溶剂，分别对小米糠中总多酚进行提取，根据总多酚的含量选择最佳dess。如图1表示，不同dess对小米糠总多酚提取量不同。显然，在6种dess中，des-1总多酚的提取量最高为10.45mg/g。此外，des-3提取物中总多酚的含量仅次于des-1为7.58mg/g。低粘度dess被认为是有效的萃取剂，因为低粘度可以促进目标化合物向dess溶液的传质。但有实验结果表明，一些低粘度的dess对小米糠多酚类化合物的提取效果低于des-1这一高粘度的提取溶剂。meilin xu等人在用低共熔溶剂从柑橘果皮废料中提取黄酮类化合物中有同样的发现，其中一些低粘度的dess溶液对柑桔类黄酮的提取效果不明显，而一些高粘度的dess溶液对柑桔类黄酮的提取效果较好。原因可能是试验中高粘度的dess极性与目标提取物更接近，从而有利于目标物提取。
[0055]
jia zeng等人考察了6种dess对藜麦总黄酮的提取性能，实验结果表明氯化胆碱/尿素合成的dess对藜麦中总黄酮的提取效果最好。通过对以上研究比较发现，在不同原料总酚类物质的提取中，提取量最高的dess类型不同，可能是因为不同原料中多酚类化合物的种类不同。
[0056]
(二)单因素试验
[0057]
(1)des-1不同含水量对总多酚含量的影响：
[0058]
有研究发现在dess中加水可以有效降低dess溶液的粘度，便于实验操作，同时对总多酚的提取效率有很大的影响。进一步研究不同含水量(20％、30％、40％、50％、60％)对小米糠总多酚提取效率的影响，如图2所示。试验表明，在所选择的5个梯度的含水量不同的dess水溶液中，des-1中加入20％的水时，总多酚提取量最高。向dess中加水可以有效降低其粘度，但过多的水会破坏原有dess的结构，使部分氢键开裂，从而降低了萃取效率。另一个原因可能是水含量过高会降低水溶性较差的多酚在dess中的溶解度。除此之外，含水量为10％的des-1溶液粘度过高，试验操作无法如期进行。因此，选择含水量为20％des-1作为小米糠总多酚提取的最佳溶剂进行后续试验。
[0059]
(2)料液比对总多酚含量的影响：
[0060]
料液比是萃取过程中不可忽略的因素，溶质分子和溶剂分子间的传质速率会受到料液比的影响，从而影响提取效果。试验研究了料液比分别为1:20、1:30、1:40、1:50和1:
60g/ml时对小米糠总多酚提取量的影响，结果如图3a所示。随着料液比由1:20g/ml提高到1:40g/ml，萃取效率呈现升高的趋势。当料液比为1:40g/ml时，总多酚提取量为10.58mg/g，达到最高。随着料液比达到1:50g/ml以后，萃取效率不再增加，原因可能在于总多酚溶出达到饱和，没有更多的总多酚分离出来。1:40g/ml的料液比适用于本研究中多酚类化合物的提取。
[0061]
(3)提取时间对总多酚含量的影响：
[0062]
设定提取温度为40℃，料液比为1:40g/ml，对超声时间优化。结果如图3中b所示，表明随着提取时间从10min增加到30min，小米糠总多酚含量逐渐升高，最高可达10.32mg/g。当提取时间延长到30min之后时，含量开始降低，低于提取时间为30min时的含量。其原因可能是超声时间的延长破坏了目标提取物中某些成分的结构，或者超声时间延长小米糠中更多成分溶解出来，溶液体系的渗透压达到平衡，从而影响了多酚类化合物的传质过程。因此，进一步试验选择提取时间为30min。
[0063]
(4)提取温度对总多酚含量的影响：
[0064]
设定提取时间30min，料液比为1:40g/ml，将提取温度从20℃提高到60℃，对提取温度进行优化。结果如图3c所示，随着提取温度从20℃升高到60℃，提取量先升高后降低，在40℃时，小米糠总多酚的含量最高达到10.51mg/g。在提取温度20℃-40℃之间时，随着萃取温度的升高，萃取效率的显著提高可能是由于萃取溶液粘度的降低有利于传质效率的提高。但随着温度的进一步升高，40℃之后，提取效率开始下降，原因在于高温会导致不稳定组分降解，还有可能由于高温导致小米糠粉末中其他dess可溶性成分的溶解，导致多酚类化合物的传质速率降低，从而表现出总多酚的提取效率降低。因此，提取温度选择40℃进行后续试验。
[0065]
(三)响应面优化试验分析
[0066]
响应面法对料液比、萃取温度和时间三因素进行优化。高中低三水平分别对应：料液比(1:30-1:50g/ml)、萃取温度(30-50℃)、萃取时间(20-40min)。响应面设计17次试验优化提取条件，以总多酚含量为响应值，实验数据如表5所示。使用design-expert 8.0.6软件分析数据，得到了多酚类化合物的二阶多项式方程。
[0067]
y＝+10.10-1.16a+0.044b+1.14c+0.027ab-0.46ac-0.12bc-1.91a
2-0.23b
2-1.28c2[0068]
其中y为目标类多酚的含量(mg/g)；a、b、c分别为料液比(mg/ml)、提取时间(min)、提取温度(℃)。
[0069]
表5bbd实验结果
[0070][0071][0072]
表6实验模型的回归方差分析
[0073][0074]
回归方差分析表(表6)表明回归模型显著(p≤0.001)，r2＝0.9932，“拟合缺失”的p值大于0.05，表明不存在显著的拟合缺失，实际值与预测值较相符，模型具有较高的可信度。此外，变异系数(cv)值较低，为2.51，表明实验数据的准确度较高。同时，由表6可知，影响总多酚含量的因素大小是：料液比(a)＞提取温度(c)＞提取时间(b)。
[0075]
根据回归模型绘制三维响应面图和等高线图，可视化各变量响应与试验水平的关系，说明各变量对总多酚含量的交互作用。在响应面图中，坡度可以反映处理因素对响应值的影响，坡度越大说明该因素对总多酚含量的影响越大，反之，坡度越缓，影响越小。同时，等高线的形状和二因素对响应值的影响程度有密切关系。等高线形状椭圆化越明显，则二因素交互作用越显著。
[0076]
从图4等高线图中可以看出，料液比对总多酚含量的影响程度大于萃取温度，两者之间的相互作用显著(p＝0.0036《0.05)。在提取温度约为45℃，提取时间约为29min时，小米糠总多酚含量较高。
[0077]
(四)验证实验
[0078]
由回归模型知道，理论上最优提取条件为料液比1:36g/ml，45.2℃下超声辅助提取29min，在此条件下，总多酚的含量可达10.61mg/g。由于实际操作的局限性，改为料液比1∶36g/ml，45℃下超声辅助提取30min。在这种情况下，进行了三个重复的验证试验，小米糠总多酚含量为10.58mg/g。结果表明，该模型能较准确地预测实际总酚的含量。

技术特征：
1.一种从小米糠中提取多酚的方法，其特征在于，将小米糠粉末溶于低共熔溶剂中，超声辅助提取。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低共熔溶剂为以氯化胆碱为氢受体，葡萄糖为氢供体形成des，然后加入水配置而成，所述氯化胆碱与葡萄糖摩尔比为1∶1。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述dess与水的体积比为80∶20～70∶30。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述dess与水的体积比为80∶20。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，小米糠与低共熔溶剂的料液比g/ml为1∶30～1∶50。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，小米糠与低共熔溶剂的料液比g/ml为1∶36。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提取的时间为20～40分钟。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，提取的时间为29～30分钟。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提取的温度为30～50℃。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，提取的温度为45～45.2℃。

技术总结
本发明公开了一种从小米糠中提取多酚的方法，将小米糠粉末溶于低共熔溶剂中，超声辅助提取。本发明以DESs作为提取溶剂辅以超声提取小米糠总多酚，在优化工艺条件下，总多酚含量达到10.58mg/g。提取效率高，工艺简单环保。工艺简单环保。工艺简单环保。


技术研发人员：朱俊玲 王晓闻 卢智 荆旭 石宏宇 薛娅婧
受保护的技术使用者：山西农业大学
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/9/20