芝麻糖蜜中木酚素提取工藝的研究

芝麻糖蜜中木酚素提取工藝的研究

中國是一個資源匱乏的國家。有效利用現(xiàn)有的蛋白資源是一個長期問題。我國是芝麻生產大國,芝麻蛋白是一種營養(yǎng)均衡,且不含抗營養(yǎng)因子的優(yōu)質蛋白資源,同時芝麻餅粕中含有0.03%~0.06%的芝麻木酚素類物質。芝麻木酚素類物質包括脂溶性的木酚素和水溶性的木酚素糖苷,其中已經被鑒定出的脂溶性木酚素主要有芝麻酚、芝麻素、芝麻林素［1－2］、細辛素、芝麻素酚、辣薄荷醇、松脂醇等,被鑒定出的水溶性木酚素糖苷主要有松脂醇糖苷［3］、芝麻素酚糖苷(芝麻素酚糖苷根據(jù)其含有糖苷數(shù)量可分為一糖苷芝麻素酚、二糖苷芝麻素酚和三糖苷芝麻素酚,其中二糖苷芝麻素酚有兩種同分異構體)［4－5］、芝麻林素酚糖苷［6］等。這些木酚素類物質具有強的抗氧化性［7］,可以保護肝臟［8］,是一種γ-VE、α-VE抗氧化增效劑。通過動物試驗表明:芝麻中的木酚素類物質可以增強一些對人類有益酶類如過氧化物歧化酶［9］、谷胱甘肽過氧化物酶和谷胱甘肽-S-轉移酶［10］的活性,減少脂類物質的氧化［11］,降低膽固醇合成酶的活性［12］,延緩衰老。含水乙醇可以將油料餅粕中的大部分糖類和少部分蛋白質和油脂溶解,醇洗法生產濃縮蛋白已經在大豆、花生、油菜籽等大宗油料中得到應用,料想不久醇洗法生產芝麻蛋白的工業(yè)化項目就會出現(xiàn)。同時木酚素類物質也可以溶解在乙醇中［13］,因此可以用醇洗芝麻濃縮蛋白的副產品芝麻糖蜜作為提取木酚素的原料。本文就乙酸乙酯從芝麻糖蜜中提取木酚素的工藝條件進行研究。1材料和方法1.1.1天麻黨組織帶頭過皮亞臨界單元引導芝麻:品種為鄭芝98N09,產地商水。對15kg芝麻進行清理去雜去癟粒,再用0.4%熱堿水浸泡3min,清水沖洗后,手工脫皮,50℃烘干。芝麻粕:將脫皮芝麻潤濕到含有約10%的水分,然后將芝麻送入螺旋榨油機壓榨3次。冷榨餅進行亞臨界脫脂,獲得脫脂芝麻粕,過40目篩備用。試劑:芝麻素標準品、芝麻林素標準品;95%乙醇、甲醇、氫氧化鈉、乙酸乙酯,均為分析純;甲醇,色譜純;95%乙醇,化學純。1.1.2u3000定光譜AL204分析天平,RE-52A旋轉蒸發(fā)儀,SHZ-D(III)循環(huán)水式真空泵,DZKW-S-4電熱恒溫水浴鍋,SHZ-88水浴恒溫振蕩器,LC-10AT液相色譜儀,FW-100高速萬能粉碎機,YP6001電子天平,JJ-1型定時電動攪拌器,DHN-914bA電熱恒溫鼓風干燥箱,UV759S紫外-可見分光光度計。1.2測試方法1.2.1乙醇提取物的提取稱取一定量芝麻粕置于三口圓底燒瓶內,按料液比1∶4加入70%乙醇。50℃水浴加熱,電動攪拌提取60min,醇洗3次。抽濾并收集每次醇洗液,回收乙醇,蒸發(fā)濃縮得到芝麻糖蜜,濕粕低溫(50℃)脫溶得到芝麻濃縮蛋白。1.2.2芝麻素和芝麻林素的測定1.2.2.提取條件的確定參照馮志勇等［14］給出的芝麻素在287nm和235nm處有最大紫外吸收,芝麻林素在288.5nm和235nm處有最大紫外吸收的結論。在287nm處測定紫外吸光度,初步判斷單因素試驗中不同提取條件對芝麻木酚素提取效果的影響。乙酸乙酯提取芝麻糖蜜之后,取上清液,旋轉蒸發(fā)除去溶劑,用95%乙醇將固形物完全溶解定容至50mL,再從中取1mL定容至10mL,測定紫外吸光度。1.2.2.工藝流程的繪制HPLC測定條件:Sunfire色譜柱(250mm×4.6mm,5μm),柱溫30℃,流動相為甲醇-水(體積比70∶30),流速0.8mL/min,檢測波長290nm,進樣量10μL。標準溶液的配制和標準曲線的繪制:準確稱取芝麻素標準品10mg,用甲醇溶解,定容到25mL容量瓶中。稀釋成40、80、120、160、200μg/mL的標準溶液,精確吸取不同質量濃度的標準溶液10μL進樣。根據(jù)不同質量濃度的芝麻素標樣與對應的峰面積繪制標準曲線。芝麻素標準曲線方程為:Y=13961.2352X-3724.0757。芝麻林素的操作方法同芝麻素,芝麻林素的標準曲線方程為:Y=16934.1414X+10052.1233。乙酸乙酯提取芝麻糖蜜之后,取上清液,旋轉蒸發(fā)除去溶劑,用95%乙醇將固形物完全溶解定容至50mL,取10μL樣品注入HPLC進行分離,通過標樣峰的保留時間定性,峰面積與標準曲線比較計算芝麻素與芝麻林素的含量。2結果與討論2.1單因素試驗2.1.1天麻糖蜜質量分數(shù)對提取效果的影響稱取一定質量(干物質為5g),質量分數(shù)分別為20%、30%、40%、50%、60%、70%的芝麻糖蜜置于250mL具塞錐形瓶中,在料液比1∶4(即加入20mL乙酸乙酯)、30℃、120r/min水浴振蕩50min、分液漏斗中靜置90min的條件下,考察芝麻糖蜜質量分數(shù)對提取效果的影響,結果如圖1所示。由圖1可知,乙酸乙酯提取芝麻木酚素的效果先升高后降低,當芝麻糖蜜質量分數(shù)在50%時,提取效果最好。隨著芝麻糖蜜質量分數(shù)繼續(xù)增大,提取效果反而下降。這可能是因為芝麻糖蜜質量分數(shù)增大,稠度越高,兩相不能夠充分接觸。因此,選定芝麻糖蜜質量分數(shù)為50%。2.1.2料液比對提取效果的影響稱取50%的芝麻糖蜜10g(即5g干物質)置于250mL具塞錐形瓶中,料液比分別為1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10,在30℃、120r/min水浴振蕩50min、分液漏斗中靜置90min的條件下,考察料液比對提取效果的影響,結果如圖2所示。由圖2可知,當料液比為1∶8時提取效果比較好。隨著料液比繼續(xù)增加,提取效果反而降低。因此,選定料液比為1∶8。2.1.3振蕩時間對提取效果的影響稱取50%的芝麻糖蜜10g(即5g干物質)置于250mL具塞錐形瓶中,料液比1∶8,振蕩時間分別為30、40、50、60、70min,在30℃、120r/min水浴振蕩、分液漏斗中靜置90min的條件下,考察振蕩時間對提取效果的影響,結果如圖3所示。由圖3可知,振蕩時間為50min時提取效果最好。隨著振蕩時間繼續(xù)延長,提取效果呈下降趨勢。因此,選定振蕩時間為50min。2.1.4靜置時間的影響稱取50%的芝麻糖蜜10g(即5g干物質)置于250mL具塞錐形瓶中,料液比1∶8,30℃、120r/min水浴振蕩50min,分液漏斗中分別靜置10、30、50、70、90min,考察靜置時間對提取效果的影響,結果如圖4所示。由圖4可知,靜置時間對提取效果基本無影響。因此,選定靜置時間為10min。2.1.5提取溫度對提取效果的影響稱取50%的芝麻糖蜜10g(即5g干物質)置于250mL具塞錐形瓶中,料液比1∶8,分別在30、40、50、60、70℃水浴條件下120r/min振蕩50min,在分液漏斗中靜置10min,考察提取溫度對提取效果的影響,結果如圖5所示。由圖5可知,提取溫度對提取效果影響比較大,在60℃時提取效果最好。但是較50℃相比隨著提取溫度升高提取效果基本沒有增加。因此,選定提取溫度為50℃。2.1.6振蕩強度對提取效果的影響稱取50%的芝麻糖蜜10g(即5g干物質)置于250mL具塞錐形瓶中,料液比1∶8,振蕩強度分別為60、120、180、240r/min,在50℃水浴振蕩50min、分液漏斗中靜置10min的條件下,考察振蕩強度對提取效果的影響,結果如圖6所示。由圖6可知,振蕩強度為120r/min提取效果最好,之后隨著振蕩強度增強提取效果反而有所下降。因此,選定振蕩強度為120r/min。2.2正交試驗2.2.1正交試驗設計在單因素試驗基礎上,選取靜置時間10min,以芝麻糖蜜質量分數(shù)、料液比、振蕩時間、提取溫度、振蕩強度為因素,以木酚素提取量為指標,設計正交試驗,正交試驗因素與水平如表1所示。2.2.2香辛料液比和添加量的確定正交試驗結果如表2所示。由表2的極差分析可知,影響因素由大到小依次為料液比>提取溫度>振蕩時間>振蕩強度>芝麻糖蜜質量分數(shù)。最佳組合為A3B4C1D1E3,即芝麻糖蜜質量分數(shù)50%、料液比1∶8、振蕩時間45min、提取溫度50℃、振蕩強度150r/min。2.2.3麻林素的含量用具塞錐形瓶分別稱取50%的芝麻糖蜜10g(即5g干物質)3組。在料液比1∶8、振蕩強度150r/min,50℃水浴振蕩45min的條件下,在分液漏斗中靜置10min。取上清液置于已恒重的平底燒瓶中,下層芝麻糖蜜相同條件下再進行2次提取。分別收集上清液,脫除溶劑,烘干至恒重并稱重,得出木酚素粗品質量。木酚素粗品用95%乙醇定容至50mL,取樣注入HPLC進行分析,峰面積與標準曲線比較計算芝麻素與芝麻林素含量,結果如表3所示(第3次提取物中檢測均無目標產物)。由表3可知,2次提取的木酚素含量分別為4.03%、4.33%、3.56%,平均值3.97%。第1次提取的木酚素粗品中的木酚素平均含量為5.75%,第2次提取的木酚素粗品中木酚素平均含量為0.28%。在這3組試驗中,第2次得到的木酚素的量分別是第1次的2.34%、2.20%、2.56%,但是第2次提取所得固形物的量分別是第1次的48.18%、40.19%、50.89%。多次提取,木酚素的提取率有所上升,但是效果已很不明顯,如果增加提取次數(shù),會成倍增大溶劑消耗量和振蕩時間,并且造成木酚素粗品中木酚素含量的顯著降低。根據(jù)HPLC測出的芝麻糖蜜干物質中含木酚素0.14%,5g干物質含有7.00mg木酚素。由表3可知,提取1次木酚素平均提取量為6.34mg,木酚素的提取率為90.57%,木酚素平均含量為5.75%。提取2次木酚素平均提取量為6.49mg,木酚素的提取率為92.71%,木酚素平均含量為3.97%。實驗結果表明,提取1次所得木酚素粗品中木酚素平均含量為5.75%,含量相對較低,但是相對于芝麻粕中的含量0.03%、芝麻糖蜜(干物質)中的含量0.14%,本研究采用的工藝將木酚素濃縮了191.3倍和41.0倍。因此,使用乙酸乙酯按照本工藝提取醇洗芝麻濃縮蛋白的副產物芝麻糖蜜中的木酚素是可行有效的。3木酚素的提取乙酸乙酯提取芝麻糖蜜中的木酚素的優(yōu)化工藝條件為芝麻糖蜜質量分數(shù)50%,料液比1∶8