由于受基因型、气候条件、土壤状况等自然条件的影响,我国不同产区生产的小麦品质存在极大差异。同时,同一产区不同小麦品种营养和功能品质有显着差异。因此,研究小麦主要产区主栽品种酚酸含量的差异具有重要的意义。
江苏省食品质量安全重点实验室—省部共建国家重点实验室培育基地、农业农村部农产品质量安全控制技术与标准重点实验室、农业农村部农产品质量安全风险评估实验室(南京)、江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心以及江苏省农业科学院农产品质量安全与营养研究所的王淑芳、董飞和史建荣*等人采用NaOH溶液水解小麦籽粒后,用乙酸乙酯萃取的方法,探讨水解及萃取条件对小麦籽粒酚酸提取量的影响,并优化提取条件;然后用HPLC-MS方法定量我国小麦主要产区主栽品种酚酸含量的差异。为我国小麦品种选育、品质区划及小麦的综合利用提供科学依据和数据支撑。
1、小麦籽粒酚酸提取条件单因素试验
结果显示,用不同浓度的NaOH溶液水解显着影响小麦籽粒中酚酸的提取量。随着NaOH浓度的不断增加,酚酸提取量不断上升,在1.5 mol/L时达到最大;当NaOH浓度为3.0 mol/L时,酚酸含量降低。提取液料比能显着影响酚酸提取率,随着液料比的增大,酚酸提取量增加,在液料比为15∶1(mL/g)时达到1 047.3 mg/kg。本研究中液料比20∶1(mL/g)时不再增加酚酸提取量。
本研究结果显示,乙酸乙酯萃取时间对小麦籽粒酚酸提取量有显着影响。当提取时间大于15 min时萃取量达到最大,相比10 min萃取量增加45.02%。在设定乙酸乙酯为1 倍体积添加量和萃取15 min的情况下,萃取2 次以上对酚酸提取量无显着影响,因此后续采用萃取次数2 次,进行NaOH浓度、液料比和乙酸乙酯萃取时间的优化实验。
2、响应面优化试验
在单因素试验的基础上,选用3因素3水平Box-Behnken试验设计对小麦籽粒中酚酸提取工艺进行优化。运用Design Expert软件,对相关数据进行Forward模式多元二次回归拟合,得到小麦籽粒中酚酸提取量预测值的二次多项回归方程:
对回归模型进行方差分析,结果表明,回归模型极显着,此模型可解释94.90%的变异,失拟值不显着(P>0.05),表明模型有实践指导意义。NaOH浓度和乙酸乙酯萃取时间对酚酸提取量均有显着影响(P<0.05),各因素的二次项对响应值的影响均达极显着水平(P<0.01)。
液料比和乙酸乙酯萃取时间之间有显着的交互作用(P<0.05),由图2可知,当液料比为10∶1(mL/g)时,萃取时间延长酚酸提取量先缓慢升高后有所降低;当液料比为20∶1(mL/g)时,随着萃取时间的延长酚酸提取先迅速增加后缓慢下降,且液料比越大,酚酸提取量升高的速率越快。
由回归方程可得,NaOH水解-乙酸乙酯萃取方法提取小麦籽粒酚酸的最佳条件为NaOH浓度1.56 mol/L、液料比15.53∶1(mL/g)、萃取时间17.33 min、萃取2 次;模型预测值为1 053 mg/kg。便于操作,选取NaOH浓度1.56 mol/L、液料比15.5∶1(mL/g)、萃取时间17 min,在此提取条件下,小麦籽粒中酚酸提取量达到1 055.99 mg/kg,且显着高于随机组合试验结果;说明本试验所拟合的二次多项式模型可预测提取条件和提取量之间的关系。
3、不同产区和品种小麦中主要酚酸组成和含量
结果显示,小麦中的主要酚酸为阿魏酸,占总酚酸的73.07%~89.01%,其次为芥子酸。没食子酸只有在江淮麦区的保麦6号中含有,其他地区的小麦中都不含有。咖啡酸主要存在于江淮麦区和北方麦区的小麦中。江淮麦区宁麦14中总酚酸含量最高,达1 001.12 mg/kg,和该产区的烟农19、淮麦33有显着性差异;黄淮麦区的品种新麦26中总酚酸含量最高,为1 016.03 mg/kg,和该产区的济麦22、百农207有显着性差异。
在本研究中,小麦采自中国江淮、黄淮和北方主要的小麦产区,产自海拔低的小麦品种宁麦14、扬麦16、扬辐麦4号,产自高海拔的小麦品种龙麦35、津强7号永良4号中咖啡酸含量较高,暗示咖啡酸可能与抵御极端环境有关。北方小麦中原儿茶酸和丁香酸含量高于江淮和黄淮产区小麦,而阿魏酸的含量相对较低。说明日照时间长和昼夜温差大有助于原儿茶酸和丁香酸的累积。
结 论
本研究经响应面优化获得NaOH水解-乙酸乙酯萃取一步法提取小麦籽粒中酚酸的条件为:NaOH浓度1.56 mol/L、液料比15.53∶1(mL/g)、萃取时间17.33 min、萃取2 次。以便操作,选取NaOH浓度1.56 mol/L、液料比15.5∶1(mL/g)、萃取时间17 min。在此提取条件下,小麦籽粒中酚酸提取量达到1 055.99 mg/kg。黄淮麦区的新麦26中总酚酸含量最高;阿魏酸为小麦中的主要酚酸,占总酚酸的73.07%~89.10%。不同产区小麦中酚酸的组成和含量差异较大,北方小麦中原儿茶酸、丁香酸和咖啡酸容易积累,而阿魏酸含量较江淮、黄淮区小麦低。本研究结果为我国主要产区小麦功能品质提供了重要参考。