摘  要：以巴馬火麻籽為材料，采用超聲輔助乙醇提取火麻籽游離氨基酸?以游離氨基酸提取量為指標，在單因素試驗的基礎上通過響應面法優(yōu)化提取工藝?結果表明：最優(yōu)提取工藝為超聲時間35min?超聲溫度46℃?超聲功率175W?乙醇體積分數25%，在此條件下獲得的火麻籽游離氨基酸提取量為(13.07±1.77)mg/g?

關鍵詞：巴馬火麻籽；游離氨基酸；響應面法；提取工藝

 

火麻為桑科大麻屬，一年生直立草本植物，主要分布在廣西?安徽?云南等地^[1]，其中以廣西巴馬火麻最為著名^[2]?火麻富含維生素?氨基酸?火麻油及礦物質等^[3]?火麻籽是醫(yī)學界認定的長壽綠色食物之一，也是1種藥食同源的食材^[4]，具有抗疲勞?抗老年癡呆?預防心血管系統(tǒng)疾病?抗?jié)?助消化?抗衰老等藥理作用^[5-6]，在食品和醫(yī)藥行業(yè)中具有巨大的經濟價值和市場開發(fā)前景^[7]?火麻籽富含賴氨酸?色氨酸?甲硫氨酸等8種人體必需氨基酸，其氨基酸的豐富程度可以與大豆媲美^[8-9]?WANG等^[10]通過模擬胃腸道消化試驗發(fā)現，火麻球蛋白易于消化，且與大豆分離蛋白相比，其必需氨基酸含量更高?目前，關于火麻籽氨基酸提取及作用的研究還鮮有報道?本研究以廣西巴馬縣火麻籽為材料，利用超聲輔助乙醇提取氨基酸，并通過響應面法優(yōu)化火麻籽游離氨基酸的提取條件，為火麻籽氨基酸的開發(fā)與利用提供參考?

 

1材料與方法

1.1材料與試劑

火麻籽，產自廣西河池市巴馬縣；正己烷?無水乙醇?水合茚三酮?抗壞血酸?冰乙酸?甘氨酸?無水乙酸鈉，分析純?

1.2儀器與設備

Agilent8453二極管陣列分光光度計，安捷倫公司；KQ-600DV大容量數顯超聲波清洗儀，廣州越特科學儀器有限公司；XL-06A扣壓式打粉機，廣州市旭朗機械有限公司；DZ-75L恒溫水浴鍋，上海赫田科學儀器有限公司；DHG-9070A電熱恒溫鼓風干燥箱，上海齊欣儀器有限公司?

1.3試驗方法

1.3.1工藝流程

火麻籽→烘干粉碎→脫脂處理→烘干→脫脂火麻籽粉→超聲波輔助乙醇提取→冷卻過濾→游離氨基酸含量測定

1.3.2操作要點

1.3.2.1脫脂處理

將烘干的火麻籽粉碎，用濾紙包裹，并用紗布包住保護濾紙，浸泡于正己烷中，以超聲功率200W?超聲溫度30℃脫脂2h，取出濾紙，揮干正己烷，置于電熱恒溫鼓風干燥箱內烘干，得脫脂火麻籽粉，裝入封口袋，備用?

1.3.2.2超聲輔助乙醇提取

取適量脫脂火麻籽粉，加入一定量的乙醇溶液，在一定超聲功率和溫度條件下提取一段時間，冷卻過濾于100mL容量瓶中，并用超純水定容，備用?

1.3.2.3游離氨基酸含量測定

參照岑忠用等^[11]的方法?以甘氨酸為標準品配制成質量濃度為5μg/mL的標準溶液，采用茚三酮試劑顯色法在波長570nm處測吸光度，以標準溶液質量濃度為橫坐標?吸光度為縱坐標制作標準曲線，得回歸方程為y=1.6994x-0.0254，R2=0.9993?

1.3.3單因素試驗

在乙醇體積分數25%?超聲時間35min?超聲溫度45℃?超聲功率150W的基礎上進行單因素試驗，考察4個因素對火麻籽游離氨基酸提取量的影響?

1.3.4響應面試驗

在單因素試驗的基礎上，以乙醇體積分數?超聲時間?超聲溫度?超聲功率為自變量，以游離氨基酸提取量為響應值進行響應面試驗設計?因素水平見表1?

表1 響應面試驗因素水平表

  

1.3.5火麻籽游離氨基酸提取量的計算

精確量取火麻籽游離氨基酸提取液1.00mL于10mL試管中，按茚三酮顯色法測定火麻籽樣品中的吸光度，代入線性回歸方程可計算出游離氨基酸質量濃度?游離氨基酸提取量計算見式(1)?

 

式中：V為提取液體積，mL；ρ為游離氨基酸質量濃度，μg/mL；m為脫脂火麻籽的質量，g?

 

2結果與分析

2.1單因素試驗結果與分析

2.1.1乙醇體積分數對提取量的影響

由圖1可知：隨著乙醇體積分數的增加，火麻籽游離氨基酸提取量先上升后下降，當乙醇體積分數為25%時，游離氨基酸提取量最高，達到11.84mg/g?這可能是因為當乙醇體積分數過高或過低時，其極性條件不利于游離氨基酸的溶解，從而使游離氨基酸提取量下降?因此，選擇乙醇體積分數20%?25%?30%進行響應面試驗?

  

圖1 乙醇體積分數對火麻籽游離氨基酸提取量的影響

2.1.2超聲時間對提取量的影響

由圖2可知：隨著超聲時間的延長，火麻籽游離氨基酸提取量先上升后下降，當超聲時間為35min時，游離氨基酸提取量最高，達到12.66mg/g?因為長時間的超聲波提取，使得細胞內其他成分也被提取出來，會影響游離氨基酸的提取量?因此，選擇超聲時間25?35?45min進行響應面試驗?

  

圖2 超聲時間對火麻籽游離氨基酸提取量的影響

2.1.3超聲溫度對提取量的影響

由圖3可知：隨著超聲溫度的上升，火麻籽游離氨基酸提取量先上升后下降，當超聲溫度為45℃時，游離氨基酸提取量最高，達到9.02mg/g?因為溫度太高使游離氨基酸發(fā)生脫水反應，游離氨基酸之間氫鍵斷裂，導致其提取量下降?因此，選擇超聲溫度35?45?55℃進行響應面試驗?

  

圖3 超聲溫度對火麻籽游離氨基酸提取量的影響

2.1.4超聲功率對提取量的影響

由圖4可知：隨著超聲功率的增大，火麻籽游離氨基酸提取量先上升后下降，當超聲功率為150W時，游離氨基酸提取量最高?因為超聲功率過高，導致氨基酸的降解或被破壞，從而使游離氨基酸提取量下降?因此，選擇超聲功率125?150?175W進行響應面試驗?

  

圖4 超聲功率對火麻籽游離氨基酸提取量的影響

2.2響應面試驗結果分析

響應面試驗設計與結果見表2，方差分析見表3?

采用Design-ExpertV8.0.6軟件對試驗數據進行二元回歸擬合，得出火麻籽游離氨基酸提取量(Y)與各變量間的回歸方程：Y=+12.69+0.051A-0.12B+0.18C+0.29D-0.57AB-0.066AC-0.50AD+0.13BC+0.029BD+0.11CD-0.86A2-0.89B2-0.91C2-0.23D2?

表2 響應面試驗設計與結果

  

由表3可知：模型P值為0.0007<0.01，表明該模型達到極顯著水平；失擬項P值為0.9454>0.05，不顯著，說明模型與事實吻合程度高；該模型決定系數R2=0.8626，說明響應面模型預測結果和實際結果一致性高；而校正決定性系數R2adj=0.7252，說明該模型具有可靠性?各因素對火麻籽游離氨基酸提取量影響的大小為D>C>B>A?

通單因素分析與響應面模型優(yōu)化火麻籽游離氨基酸提取工藝，得最優(yōu)提取工藝為超聲時間35.48min?超聲溫度46.74℃?超聲功率174.18W?乙醇體積分數23.61%，在此條件下的游離氨基酸提取量預測值為12.83mg/g?根據實際生產與操作需要，對最佳提取條件稍作微調，調整后的工藝為超聲時間35min?超聲溫度46℃?超聲功率175W?乙醇體積分數25%，在此工藝下進行3次驗證實驗，得火麻籽游離氨基酸的提取量平均為(13.07±1.77)mg/g，與預測值相差不大，說明模型較為合理穩(wěn)定，該火麻籽游離氨基酸提取工藝具有可行性?

表3 響應面試驗回歸模型方差分析

  

注：**表示差異極顯著，P<0.01；*表示差異顯著，P<0.05?

 

3結論

以巴馬火麻籽為材料，采用超聲輔助乙醇提取火麻籽游離氨基酸?以游離氨基酸提取量為指標，在單因素試驗的基礎上通過響應面法優(yōu)化提取工藝?結果表明：最優(yōu)提取工藝為超聲時間35min?超聲溫度46℃?超聲功率175W?乙醇體積分數25%，在此條件下獲得的火麻籽游離氨基酸提取量為(13.07±1.77)mg/g?本研究可為火麻籽游離氨基酸資源開發(fā)利提供用理論依據?

 

參考文獻

[1]孫曉波，劉衛(wèi)萍，王小明，等.火麻籽粕多酚微波輔助提取工藝及其抗氧化活性[J].食品研究與開發(fā)，2022，43(16)：111-118.

[2]聶夢琳，饒川艷，莫明規(guī)，等.廣西火麻膳食纖維提取及其特性研究[J].食品安全質量檢測學報，2020，11(17)：6187-6195.

[3]吳俊鋒.火麻資源副產物深加工應用研究[D].廣州：華南理工大學，2016.

[4]譚冰.藥食同源火麻仁作用機制研究進展與產品開發(fā)[J].黑龍江中醫(yī)藥，2022(2)：361-363.

[5]唐健民，韋霄，鄒蓉，等.食藥同源植物火麻的研究進展及開發(fā)策略[J].廣西科學院學報，2019，35(1)：1-6.

[6]張際慶，夏從龍，段寶忠，等.火麻仁的藥理作用研究進展及開發(fā)應用策略[J].世界科學技術-中醫(yī)藥現代化，2021，23(3)：750-757.

[7]高哲，張志軍，李會珍，等.火麻資源綜合加工及產品開發(fā)研究進展[J].中國糧油學報，2019，34(3)：141-146.

[8]陳聰穎，唐年初，崔淼，等.巴馬火麻仁的組分測定及營養(yǎng)評價[J].食品工業(yè)科技，2011，32(12)：435-437，440.

[9]單良，惠菊，劉元法，等.“云麻1號”大麻籽仁的組分及營養(yǎng)價值分析[J].食品與機械，2008，24(3)：114-117.

[10]WANG X S， TANG C H， YANG X Q， et al. Characterization， amino acid composition and in vitro digestibility of hemp ( Cannabis sativa L. ) proteins [J]. Food Chemistry， 2008， 107( 1) ： 11 - 18.

[11]岑忠用，蘇江，高麗霞，等.響應面優(yōu)化辣木葉游離氨基酸的提取工藝[J].飼料研究，2021，44(11)：85-89.

 

文章摘自：蘇江，謝彥軍，賴紅芳等.火麻籽游離氨基酸提取工藝研究[J].糧食與油脂，2023，36(06)：76-79.