燕麦麸中抗氧化活性物质提取条件的响应面分析

摘 要： 本实验用不同温度、不同乙醇浓度、不同液料比来提取燕麦麸皮中的抗氧化物质，利用响应面实验分析得出最佳的提取工艺用于化妆品的研发。本实验利用 DPPH法检测提取物的去自由基能力, 选择对提取率有显著影响的三个因素：乙醇浓度、温度、液料比。做了 3 因素 3 水平的响应面分析实验，得出最佳的提取条件： 乙醇浓度 60% 、 温度 60 ℃、液料比 10 。

关键词 ：燕麦 抗氧化 DPPH 响应面分析

The conditions for the extraction of antioxidants from oat bran based on Response Surface Analysis (RSA)

Abstract: This study is to extract antioxidants from oat bran under different temperatures, ethanol concentrations and water-stuff proportions to identify the best method for the extraction of antioxidants from oat bran based on Response Surface Analysis (RSA), so that this method can be used for development of cosmetic. This study measured the ability of removing free radical of distillation by the means of DPPH. Three factors with distinct influence to extract content were selected: ethanol concentration, temperature, water-stuff proportion and they were analyzed in RSA involving 3-factor-3-level. The result showed that the optimized extract conditions: ethanol concentration 60%, temperature 60 ℃ , and water-stuff proportion 10.

Key word : oat antioxidation DPPH RSA

燕麦中含有多种抗氧化成分， 抗氧化性是燕麦诸多生理功能中较为突出的一个特点 ^[1.2] 。近年来国外学者对燕麦中的抗氧化成分的组成、抗氧化效果进行一系列研究。研究表明，燕麦中的抗氧化成分主要是各种多酚类物质，如肉桂酸衍生物、对香豆酸、对羟基苯甲酸、邻羟基苯甲酸、 4- 羟基苯乙酸、香草醛、儿茶酚等。Lena Hall Dimbergl进一步研究表明,燕麦中存在约40种肉桂酰邻氨基甲酸衍生物,即肉桂酸衍生物如阿魏酸、咖啡酸等与邻氨基苯甲酸衍生物氨基结合产物，其中阿魏酸的抗氧化活性最高^[2，3]。

燕麦中的维生素 E、甾醇、ω-羟基脂肪酸等成分也具有不同程度的抗氧化性。在国外有学者研究了不同提取液提取抗氧化成分的方法^[3]，但本实验的目的是提取抗氧化成分用于化妆品，所以对提取液的要求是无毒无害的，故实验中用到的提取液为乙醇。近年来的研究表明，人体的衰老与自由基导致的氧化密切相关，许多学者认为具有清除自由基能力的物质将对人体的衰老起到良好的抑制和延缓作用^[4]。所以将抗氧化物质用于化妆品是可行的。本实验为化妆品抗氧化成分的提取摸索方法，也为燕麦麸皮的深度开发提供新的思路。

1材料与方法

1.1材料

燕麦麸皮 20-60 目 河北省张家口农科院燕麦研究所

1 . 2 实验试剂

不同浓度的乙醇溶液 北京化工厂

DPPH SIGMA

1.3 实验仪器

电热恒温水浴锅 天津市泰斯泰仪器有限公司

RJ-TDL-5A 低速大容量离心机 无锡市瑞江分析仪器有限公司

SHZ- Ⅲ 型循环水真空泵 上海亚荣生化仪器厂

JY5002 型电子天平 上海良平仪器仪表有限公司

TB-214 型电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司

T6 新世纪 紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限公司

1.4 方法

取不同比例的燕麦乙醇混合液放入水浴锅中，并连接好 300mm 的冷凝管，取不同温度水浴加热 2h ， 4000r/min 离心 10min ，取上清，抽滤，冷却到室温，用 DPPH 法测抗氧化值。

响应面法 ( response surface methodology, RSM) 是利用合理的实验设计并通过实验得到一定数据，采用多元二次方程来拟合因素和响应值之间的函数关系，通过对回归方程的分析来寻求最优工艺，解决多变量问题的一种统计学方法。与通常采用的单因子和正交实验无法找到整个区域上各个因素的最佳组合及响应值的最优值比较， RSM 试验次数少、周期短，求得的回归方程精确度高，又能研究几个因素间交互作用，是降低开发成本、优化加工条件、提高产品质量、解决生产过程中实际问题的一种有效办法 ^[9.10] 。

1.5 DPPH 法检测抗氧化性

实验原理： 二苯代苦味酰基自由基 (DPPH ， C₁₈ H₁₂ N ₅ O₆ ) 是一种很稳定的以氮为中心的自由基，若受试物能清除它，则提示受试物具有降低羟自由基、烷自由基或过氧自由基等自由基的有效浓度，打断脂质过氧化链反应的作用 ^[5.6] 。 DPPH 有个单电子，在 520nm 有强吸收，其乙醇水溶液呈深紫色，加入受试物后，在 520nm 不同时间利用分光光度法测定其清除 DPPH 而引起吸光度减少的情况。根据吸光度变化情况可推知抗氧剂的抗氧化能力 ^[7.8] 。

表 1 抗氧化实验溶液配制方案

单位： ml 总体积： 3.1ml

计算抗氧剂对 DP PH 自由基的清除率公式： K (%)=[A₀-(A-A₁)/A₀ ]×100

2 结果与分析

2.1 自由基清除率的单因素实验

2.1.1 乙醇浓度对自由基清除率的影响

图 1 不同乙醇浓度对自由基清除率的影响

当液料比定为 10 时，我们来研究乙醇浓度对提取率的影响，上图结果表明乙醇浓度在 40% 至 80% 之间，提取率随着乙醇浓度的升高而升高，当乙醇浓度达到 90% 时，提取率反而下降。

2.1.2 温度对提取率的影响

图 2 不同温度对提取率的影响

提取率随着温度的升高而升高，但当温度达到 90 度时就开始发生沸腾，不易控制，所以温度应控制在 80 度以下。

2.1.3 液料比对提取率的影响

图 3 不同液料比对提取率的影响

当温度为 80 ℃，乙醇浓度为 80% 时，液料比对提取率的影响液料比分别为 : 5 、 8 、 10 、 12 、 15 、 20 清除率按 10 量化后数值。发现抗氧化性随着液料比的升高而升高。但根据实际生产应用， 10 比较理想。

2.1.4 时间对提取率的影响

图 4 时间对提取率的影响

由实验可知 , 清除率随时间的增长而升高 , 但当时间增加到 100 分钟后 , 清除率几乎不变化了。因此以后的提取都选用 100 分钟，且 100 分钟以前变化也不十分明显，所以响应面实验不做考察。

2.2 响应面实验结果与分析

根据单因素试验结果，采用响应面设计实验，运用根据 Box-Benhnken 的中心组合实验设计原理，选择对提取率有显著影响的三个因素：乙醇浓度（ X₁ ）、温度（ X₂ ）、液料比（ X₃ ），做了 3 因素 3 水平的响应面分析实验，见表 2 。

表 2 响应面实验设计与结果

表 3 影响因素的方差分析

由方差分析结果可知：乙醇浓度、温度、液料比三个因素在实验过程中均起主要作用，对提取率的效果：温度〉液料比〉乙醇浓度。方差分析表中， Pr>F<0.05 为显著， Pr>F<0.01 为极其显著。

表 4 模型的可信度分析的统计检验结果

表 3 中复相相关系数的平方 R²=95.86% ，说明由这 3 个因素及其二次项能解释水解度变化的 95.86 % ，水解度的误差的平方根为 2.670027 ，说明回归方程拟合程度较好 。