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葵花籽粕中绿原酸的微波提取工艺研究

袁粉粉 余长坡



摘要:采用微波技术提取葵花籽粕中的绿原酸,并优化提取工艺條件,为绿原酸在饲料中的应用提供参考。试验首先研究了微波提取葵花籽粕绿原酸过程中乙醇体积分数、微波时间、微波功率、微波温度、料液比等五个因素对提取率的影响,在此基础上,通过正交实验优化提取工艺,结果显示:乙醇体积分数60%,微波时间4min,微波功率300W.微波温度60℃,料液比1:18g/mL时,葵花籽粕中绿原酸的提取率最高,达4.925%。绿原酸是天然的饲料抗氧化剂、抗茵剂,在禽畜机体免疫调节方面具有突出作用,是不可多得的天然绿色饲料添加剂。
关键词:微波:提取:葵花籽粕:绿原酸
前言
葵花籽粕是葵花籽经预压榨或直接浸出榨取油脂之后的物质.葵花籽粕中含有高于其他谷物的优质蛋白质,作为植物蛋白的重要来源之一,其还含有丰富的铁、锌、镁、钾等微量元素,可作为蛋白饲用原料来配制多样性的禽畜口粮。葵花籽粕中的粗纤维是普通豆粕的2倍.因此应用在禽畜日粮中的代谢能也较低。绿原酸是葵花籽粕中的一种活性物质,具有抗氧化、抗癌变、抗菌抗炎及免疫系统调节等功效,具有无毒、无害、无残留的优良特性.是一种替代抗生素的新型绿色饲料添加剂。本文以葵花籽粕作为提取原料,通过正交试验优化提取工艺.旨在为葵花籽粕在饲料工业中的精细应用提供理论参考。
1 实验
1.1 实验材料及仪器
葵花籽粕购于陕西汉中某油料加工公司,干燥粉碎后于阴凉通风处保存备用:绿原酸标准品(中国药品生物制品检验所,纯度≥99%);无水乙醇(西安蓝翔化工有限公司,纯度≥99.9%)。
GR-200电子天平:日本AND;TU-1810紫外一可见分光光度计:北京普析通用仪器有限公司;SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵:巩义市予华仪器有限公司;电热鼓风干燥箱101型:北京科伟永兴仪器有限公司:DHG-9075A型电热鼓风干燥箱:上海一恒科技有限公司;WF-2000微波快速反应系统:上海屹尧分析仪器有限公司:80-1型离心机:江苏金坛正基仪器有限公司;FW117中草药粉碎机:天津泰斯特仪器有限公司。
1.2 实验
1.2.1 绿原酸标准曲线的绘制 精确量取5 mg的绿原酸标准样品,用体积分数为60%的乙醇溶解后转入50 mL的容量瓶中,配制100 ug/mL的绿原酸标准溶液。分别精密移取0,1,2,3,4,5,6 mL放入7个10 mL的容量瓶中定容至刻度.放置10 min后于328.00 nm波长处测其吸光度,以吸光度为纵坐标,绿原酸待测液浓度为横坐标绘制标准曲线,得回归方程为:A=0.0014C+0.0006.R2=0.9991,说明绿原酸浓度在0~0.6 mg/mL范围内线性关系良好。
1.2.2 葵花籽粕中绿原酸的提取
将备用的葵花籽粕粉末和不同体积分数的乙醇溶液按照一定的料液比配制好后移人微波反应系统中,设定微波功率、微波时间、微波温度进行提取,提取后所得的混合液经过抽滤、离心得上清液.按照1.2.1的方法测定不同提取参数所得的上清液的吸光度,计算葵花籽粕中绿原酸的提取率。
1.2.3 绿原酸提取率的计算
绿原酸提取率/(%)
=[(A-0.0006)QV/0.0014*1000]/m
式中:A-待测液吸光度;
v-测定液的体积(mL);
m-提取所用的葵花籽粕质量(g);
Q-提取液的稀释总倍数;
1.3 正交试验设计
选择乙醇体积分数、微波时间、微波温度、微波功率、料液比五个因素作为正交试验的考察因子,以葵花籽粕中绿原酸的提取率为指标.采用五因素四水平的正交实验设计优化葵花籽粕中绿原酸的提取,试验安排见表1。
2 实验结果及讨论
2.1 乙醇体积分数的选择
在乙醇体积分数这个单因素探究试验中.设定料液比1:15 g/mL,微波温度50℃,微波时间4min.微波功率300 W,研究乙醇体积分数分别为40%、50%、60%、70%、80%时葵花籽粕中绿原酸提取率的变化,结果如图1所示。
由图l可知.在微波提取葵花籽粕绿原酸的过程中,乙醇体积分数对其的影响并非线性.而是随着乙醇体积分数的增大.绿原酸的提取率先增大后减小.乙醇体积分数为60%时葵花籽粕中绿原酸的提取率最大.说明此时的乙醇水溶液的极性和绿原酸的极性最相似.随着乙醇体积分数的增大,葵花籽粕中脂溶性的物质也容易溶解其中,阻碍一部分绿原酸的溶解,因此表现在图1中,当乙醇体积分数大于60%之后,绿原酸提取率降低。兼顾提取效果及成本.选择体积分数为60%的乙醇溶液较合适。
2.2 微波时间的选择
在微波时间这个单因素探究试验中.设定料液比1:15 g/mL,微波温度50℃,乙醇体积分数60%.微波功率300 W.研究微波时间分别为2rmn、3min、4min、5 min、6 min时葵花籽粕中绿原酸提取率的变化,结果如图2所示。
绿原酸的提取是其向乙醇溶液中扩散的过程.微波时间对扩散量有直接影响。如图2所示,在2min~6 min的微波提取时间范围内,葵花籽粕中绿原酸的提取率随微波时间的延长不断增大.4 min时对应的绿原酸提取率最大.微波时间再延长绿原酸提取率减小。这可能是因为微波时间过长导致提取剂挥发.同时长时间的微波作用呵能会使提取到的绿原酸结构发生变化.因此提取率降低,从最优角度考虑,4 min的微波时间最合适。
2.3 微波功率的选择
在微波功率这个单因素探究试验中.设定料液比1:15 g/mL,微波温度50℃,微波时间4 min,乙醇体积分数60%,研究微波功率分别为100 W,200 W,300 W,400 W,500 W时葵花籽粕中绿原酸提取率的变化,结果如图3所示。
微波功率是微波能的直接影响因子.提取原料在溶液中吸收微波能后.整个体系会在短时间内迅速升温.破坏提取原料分子的细胞壁.促进提取目标物质的的溶出及在提取剂中的扩散。由图3可知.在试验探究的微波功率范围(100 W~500W)内,葵花籽粕中绿原酸的提取率随着微波功率的增大先迅速增大后又降低,微波功率越大,体系瞬间吸收的微波能就越大.局部高温效应就越强.可能会破坏绿原酸分子结构.因此选择300 W的微波功率较合适。
2.4 微波温度的选择
在微波温度这个单因素探究试验中.设定料液比1:15 g/mL,微波功率300 W,微波时间4mm,乙醇体积分数60%.研究微波温度分别为40℃,50℃,60℃,70℃,80℃时葵花籽粕中绿原酸提取率的变化,结果如图4所示。
微波温度在葵花籽粕提取中具有决定性作用.微波温度直接决定葵花籽粕中绿原酸的热运动能力。由图4可知.微波温度在40—60℃范围内.随着微波温度的升高.绿原酸提取率不断增大,60℃时提取效果最好,过高的微波温度则易破坏绿原酸分子结构,表现在图4中为绿原酸提取率降低.因此选择60C为提取绿原酸的较佳微波温度。
2.5 料液比的选择
在料液比这个单因素探究试验中.设定微波温度60℃,微波功率300 W,微波时间4min,乙醇体积分数60%,研究料液比1:9 g/mL、1:12g/mL、1:15 g/mL、1:18 g/mL、1:21 g/mL、时葵花籽粕中绿原酸提取率的變化,结果如图5所示。
葵花籽粕中绿原酸的提取本身就是固液两相之间的传质过程,料液比是提取过程中传质的主要影响因素,料液比小,传质速率小,绿原酸提取率低,料液比增大,葵花籽粕中的绿原酸提取率也不断增大,当料液比增大到1:18 g/mL后,绿原酸的提取率变化幅度非常小,继续增大料液比,既达不到有效的提高绿原酸提取率的目的.还会造成一定程度提取夜的浪费。兼顾提取率和提取成本,选择1:18 g/mL为较佳料液比。
3 正交实验结果及分析
为了优化微波辅助提取葵花籽粕中绿原酸的工艺条件.以单因素试验中的五个因素作为影响因子,绿原酸提取率为指标,通过L16(45)正交优化试验确定最佳提取工艺参数,按照表1实验设计进行实验,试验结果见表2。
在正交试验结果分析表中,各因素对葵花籽粕提取率的影响可通过极差来评价,各因素对应的极差越大,说明其对绿原酸提取率影响越大。通过比较极差可知.各因素对葵花籽粕中绿原酸的影响顺序为:料液比>微波温度>微波时间>乙醇体积分数>微波功率。正交优化试验所得的最优工艺组合为:A383C3D3E3,即乙醇体积分数60%,微波时间4 min,微波功率300W,微波温度60℃,料液比1:18 g/mL。为了验证正交优化试验给出的最优工艺组合的优越性,在此工艺条件下进行三次平行实验,以绿原酸提取率为指标进行验证,得三次平行试验对应的绿原酸提取率为4.926%、4.933%、4.917%,平均得率为4.925%,高于正交和单因素实验中的任何组合.故确定其为最佳工艺参数。
结论
(1)微波作为一种快速高效的提取方法,近年来在天然产物提取中的应用越来越广泛。试验研究微波提取葵花籽粕中绿原酸的过程中,首先探究了乙醇体积分数、微波时间、微波功率、微波温度、料液比五个因素对绿原酸提取率的影响,以此为基础进行正交优化试验,结果显示:各因素对葵花籽粕中绿原酸提取的影响顺序为:料液比>微波温度>微波时间>乙醇体积分数>微波功率。
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