0 引言

玉米是北方主要种植的粮食作物之一。玉米粒是主要的食用部位，玉米须大都被丢弃或焚烧处理。玉米须具有许多的化学成分，如多酚、类黄酮、多糖、有机酸、氨基酸等，它具有抗氧化、降低血糖、调节免疫力、保肝利胆、抗肿瘤等药理功效。我国的玉米须资源丰富，而玉米须作为玉米的附属产物，以其作为原料的产品在市场上寥寥无几。目前，有关玉米须的研究也有很多，但多集中在对其他有效物质的提取等方面，对于玉米须中重要的生物活性成分多酚的研究尚不全面，尤其是对其纯化、提取工艺的研究还有待完善。

离子液体具有许多独特的性质，如极性、疏水性、黏度和溶剂混溶性等可以有效地通过改变阳离子、阴离子和连接的取代基进行调整增加化合物的溶解性，离子液体由于挥发性非常低，不会造成大气污染，被认为是“绿色”溶剂。本文以玉米须为原材料，比较以离子液体为溶剂与纤维素酶酶解以及超声方法提取玉米须中多酚，利用响应面法确定最佳工艺路线，为提高玉米须多酚的产率，开发天然产品及工业化生产奠定基础。同时，实现了玉米的综合利用，减少了玉米须资源浪费及对环境污染，进一步拓展玉米生产的产业链，提高附属产品商业价值，扩大玉米须的应用市场。

1 材料与方法

1.1材料与试剂

玉米须：市售。没食子酸标准品：中国药品生物制品检定所；1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Emim]BF4)(纯度98%)：阿尔法试剂有限公司；其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

VGT-2013QT超声波清洗器：广州固特超声仪器有限公司；XV-9200紫外分光光度计：北京市精密仪器厂；DFY-X500高速万能粉碎机：北京科伟永兴仪器有限公司。

1.3 玉米须多酚的提取

1.3.1 酶解回流辅助超声法提取多酚

取玉米须置于鼓风干燥箱50℃烘干2 h，粉碎，过60目筛。精密称取2.0000 g玉米须粉末于50 m L圆底烧瓶中，按1:20比例加入p H值为4.5～5.5醋酸-醋酸钠缓冲液，再加入0.03 g/m L的纤维素酶，放置于50℃水浴锅中酶解一定时间。酶解后90℃水浴灭活10min，抽滤，保留滤液，滤渣放入圆底烧瓶中，加入20 m L 60%乙醇溶剂于烧瓶中，200 W超声中提取2次，提取一定时间后进行抽滤，合并滤液，放置旋转蒸发器中将滤液蒸发至50 m L以下，用一定浓度乙醇定容至50 m L。

1.3.2 超声法直接提取

取玉米须置于鼓风干燥箱50℃烘干2 h，粉碎，过60目筛。精密称取2.0000g玉米须粉末于50 m L圆底烧瓶中，按1:20比例加入蒸馏水，再放置于50℃水浴锅中回流一定时间，抽滤，保留滤液，滤渣放入圆底烧瓶中，按1.3.1法操作。

1.3.3 离子液体辅助超声法提取

取玉米须置于鼓风干燥箱50℃烘干2 h，粉碎，过60目筛。精密称取2.0000 g玉米须粉末于50 m L圆底烧瓶中，按1:20比例加入蒸馏水，再放置于50℃水浴锅中回流一定时间，抽滤，保留滤液，滤渣放入圆底烧瓶中，加1 m L离子液体([Emin]BF4)，按1.3.1法操作。

1.4 标准曲线绘制

精确称取0.0100 g没食子酸标准品，用去离子水溶解，移入25 m L容量瓶中，定容至刻度制成标准品溶液。分别取0.20、0.40、0.60、0.80、1.00 m L上述标准品溶液移入10 m L容量瓶中，加入0.5 m L福林酚试剂和2 m L 10%Na CO3溶液，去离子水定容至刻度，室温放置2 h，紫外760 nm波长处测量吸光度。以260 nm处吸光值为y轴，x轴为没食子酸溶液浓度(μg/m L)，绘制标准曲线。取1 m L定容后的原液于10 m L容量瓶中，加入0.5 m L福林酚试剂和2 m L 10%Na CO3溶液，室温放置，显色2 h,760 nm处测得最大吸光度。

2 结果与分析

2.1 玉米须多酚提取方法筛选结果

由图1可知，采用离子液体辅助超声法的多酚提取率最高，说明离子液体相比纤维素酶对玉米须细胞壁的酶解破坏能力更强。因此本文采用离子液体辅助超声法提取玉米须多酚，优化后的工艺将具有操作简单、省时、无毒、高效等优点。

图1 玉米须多酚提取工艺的筛选

注：1为酶解法回流辅助超声提取；2为离子液体辅助超声提取；3为超声提取。

2.2 单因素试验结果分析

精确称取玉米须粉末2.0000 g，采用离子液体-超声法提取多酚，考察离子液体的浓度A(0.08、0.16、0.32、0.48 mol/L)、超声时间B(15、20、25、30 min)、料液比C(1:10、1:15、1:20、1:25)、乙醇浓度(40%、50%、60%、70%)对玉米须中多酚提取率的影响，在紫外760 nm波长处测量吸光度，代入标准曲线方程y=0.0142x+0.104(R2=0.999)计算提取率，以多酚提取率为指标，以确定响应面设计的水平。

2.2.1 离子液体浓度对提取玉米须中多酚的影响

图2 离子液体浓度对多酚提取率的影响

由图2可知，随离子液体[Emim]BF4浓度的增加，多酚的提取率逐渐增加，当[Emim]BF4浓度为0.32 mol/L时，多酚提取率达到最大值；但随着离子液体浓度超过0.32 mol/L，提取率略有下降。原因可能是与提取溶剂的黏度相关，离子液体的浓度过高，提取液黏度也会继续增大，溶液扩散能力变差，更难渗到玉米须细胞的内部，使得[Emim]BF4对玉米须中多酚的溶出能力降低。因此，选择离子液体[Emim]BF4浓度为0.32 mol/L。2.2.2提取时间对提取玉米须中多酚的影响由图3可知，多酚的提取率会随着一定范围内提取时间不同而改变。一般情况下，提取时间越长则提取得越充分，提取效果也越好。但是从图中可看出，当提取时间升高至20 min时可获得最大提取率，之后随着提取时间的增加反而使多酚提取率下降。原因可能是由于多酚含有不饱和键，稳定性较差，提取时间太长，在提取的过程中容易被氧化或者发生其他反应，从而导致提取效率下降。因此，提取时间选择20 min最为合适。

图3 提取时间对多酚提取率的影响 

2.2.3 乙醇浓度对提取玉米须中多酚的影响

图4 乙醇浓度对多酚提取率的影响由图4可知，在40%～70%范围内，随着乙醇浓度的增加，多酚的提取效率先是稳步上升，再急剧下降。原因可能是因为多酚为水溶性，随着乙醇浓度的增大，水的量越来越少，导致多酚物质不能充分溶解并转移到液相中，而且其他脂溶性物质的溶出对多酚的溶出也有一定影响；如果乙醇浓度太低，则诸如多糖等醇溶性物质的溶出会影响多酚的溶出。因此，乙醇的浓度不应太高或太低，最佳乙醇浓度为50%。

2.2.4 料液比对提取玉米须中多酚的影响

图5 料液比对多酚提取率的影响

由图5可知，在1:10～1:25范围内，随着料液比的增大，多酚的提取率不断增大；而当超出了这一范围，提取率则会不增反降，原因可能是料液比较小时，即提取溶剂的量过少时，多酚类物质不能够充分地溶解出来，料液比逐渐增大的过程中，提取溶剂用量增加能够有效地稀释溶质，扩大原料内外溶质浓度差，增加渗透压，有利于溶质的浸出；继续增大溶剂用量会造成溶液中含有的多酚浓度低，并且旋转蒸发时间长，多酚化合物会产生损耗，造成最终提取率偏低。因此，料液比为1:20时提取效果最好。

2.3 玉米须多酚提取工艺优化响应面结果与分析

2.3.1 响应面试验设计及结果

表1 响应面试验设计因素水平表

以多酚提取率为指标，选取离子液体的浓度、提取时间、液料比和乙醇浓度为4个自变量，根据Design-Expert 8.0.6软件组合设计4因素3水平的响应面优化试验，考察各因素对多酚提取率的影响，试验因素水平设计见表1，试验设计方案和结果见表2。表2 玉米须多酚提取工艺优化响应面试验结果

2.3.2 响应面试验的建立

采用D e s i g nE x p e r t 8.0.6软件对表2数据分析，得到二次回归拟合方程Y=2 1.2 6–2.7 5 A+2.0 2 B+5.8 5 C–4.4 8 D+8.0 6 A B+1.4 3 A C–4.5 7 A D+2.73BC+2.03BD+2.99CD–0.4A2–6.96B2–4.48C2+0.93D2。对回归方程进行方差分析，结果见表3。由表3可知，模型P<0.0001，说明数据模型方程达到极显著水平；失拟值P=0.2311>0.05，无显著差异，说明回归方程与试验拟合良好，误差小。回归方程各项方差分析表明，回归模型一次项C、D，二次项AB、B2、C2对模型影响极显著(P<0.01)；一次项A，二次项AD对模型影响显著(P<0.05)；其余各项对玉米须中多酚提取率影响均不显著(P>0.05)。因此，可用此模型对玉米须中多酚提取工艺进行分析及预测。

表3 响应面试验结果方差分析

注：P>0.05表示对结果影响不显著；P<0.05表示对结果影响显著；P<0.01表示对结果影响极显著。

2.3.3 响应面分析

采用Box-Behnken软件对响应曲面图进行分析，可以显著反映各因素之间相互作用的强弱，得到各因素交互作用对响应值的影响，结果如图6所示。如果响应曲面较陡峭，说明该因素对玉米须多酚提取率的影响较大，响应值对于提取条件的改变就越敏感；如果响应曲面相对平缓，说明该因素的波动对响应值的影响较小。由图6可知，提取时间与料液比、离子液体浓度与提取时间之间交互作用的响应曲面相对陡峭，说明对响应值影响显著；其他条件的影响显著程度逐渐减小，表现为曲线较为平滑，响应值无显著性变化。由此可得，影响玉米须多酚提取率的各交互作用因素顺序为AB>AD>CD>BC>BD>AC。本试验以离子液体为溶剂结合超声提取，响应面优化得到理论最佳工艺条件为：离子液体浓度0.48 mol/L、提取时间23 min、料液比1:10、乙醇浓度57%，此条件下玉米须多酚的提取率可达32.46μg/m L；对最佳提取条件进行验证试验，考虑到实际操作，将最佳工艺条件修正为：离子液体浓度为0.50 mol/L、液料比1:10(g/m L)、提取时间25 min、乙醇浓度60%，测得玉米须多酚的提取率为30.26μg/m L，与预测值接近。

图6 各因素两两交互作用对玉米须多酚提取率影响的响应面图 

3 结论

玉米须中含有较多的多酚化合物，其作为植物中一种天然、健康、无毒提取物，不仅易提取，还具有一定的药理功效，在市场上被广泛应用。以离子液体为溶剂能提高破坏玉米须细胞壁的能力，使多酚更易渗出，是一种高效无污染提取多酚的方法。