藍靛果紅色素微波提取及抗氧化作用

張雁南，劉碩芳，李 皓，張艷榮*

(1.吉林工程技術師范學院食品工程學院，吉林 長春 130052；2.吉林農業大學食品科學與工程學院，吉林 長春 130118)

藍靛果紅色素微波提取及抗氧化作用

張雁南1，劉碩芳1，李 皓1，張艷榮2,*

(1.吉林工程技術師范學院食品工程學院，吉林 長春 130052；2.吉林農業大學食品科學與工程學院，吉林 長春 130118)

采用微波輔助法提取藍靛果中紅色素，以吸光度為評價指標，采用單因素試驗探討乙醇溶液體積分數、料液比、微波功率、提取時間對藍靛果紅色素提取率的影響，采用正交試驗優化提取工藝。用DPPH法測定藍靛果紅色素的抗氧化活性。結果表明：微波輔助提取藍靛果紅色素的最佳提取工藝條件為乙醇溶液體積分數65%、料液比1:10(g/mL)、微波功率540W、提取時間90s，此條件下紅色素提取量為105.5mg/100g果實，抗氧化實驗證明藍靛果紅色素具有清除DPPH自由基的作用。

藍靛果；色素；微波輔助提取；抗氧化

藍靛果是一種純天然、無污染的優質野生果，我國東北地區有分布[1]。藍靛果果實紫黑色，含多種維生素、礦物質，尤其是鋅、硒、鐵、鈣含量較高[2]，藍靛果果皮中含有大量的紅色素，研究表明此類紅色素屬多酚類衍生物中的花青素類[3]，有抗氧化功能[4-5]。可代替合成色素用于食品著色，增加食品的安全性。

微波是一種超高速電磁波，具有很強的穿透作用。微波萃取技術又稱微波輔助提取，是近年來發展起來的一種新型萃取方法，具有操作時間短、溶劑耗量少、有效成分提取率高等優點，符合綠色、清潔及環境友好性生產模式的要求[6]，廣泛用于多種天然產物的提取。現有報道藍靛果紅色素的提取方法主要有溶劑浸提法[7]、超聲波法[8]等。

DPPH自由基(1,1-二苯基-2-苦肼基)是一種非常穩定的以氮為中心的自由基，若受試物能將其清除，則說明受試物具有降低羥自由基、烷基自由基或過氧化自由基的濃度及終止脂質過氧化鏈反應的作用[9]。本實驗利用微波輔助萃取技術，以乙醇溶液為提取劑，提取藍靛果紅色素，確定最佳提取工藝條件，并對藍靛果紅色素DPPH自由基清除能力進行測試，考察其抗氧化活性，為藍靛果紅色素產品的開發和應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藍靛果采自吉林省敦化長白山地區的野生鮮果，挑選除雜后速凍貯藏；檸檬酸、磷酸氫二鈉、無水乙醇(均為分析純) 天津化學試劑有限公司；DPPH自由基(1,1-二苯基-2-苦肼基) Sigma公司。

1.2 儀器與設備

UV-1600型紫外-可見分光光度計 北京瑞利分析儀器公司；NN-J993型微波爐 日本松下電器產業株式會社； pHS-25型酸度計 上海理達儀器廠。

1.3 藍靛果紅色素的提取

1.3.1 微波法

準確稱取2.00g冷凍藍靛果，置于研缽中研磨，用一定量的提取劑轉移至250mL燒杯中，在一定功率下微波提取一定時間，提取1次，將提取液移入50mL的容量瓶中，用pH4.5的檸檬酸/磷酸氫二鈉緩沖溶液定容，過濾收集濾液。吸取0.55mL濾液于10mL具塞刻度試管中，用pH4.5的檸檬酸/磷酸氫二鈉緩沖溶液稀釋至刻度，以緩沖溶液作空白，在520nm處測定色素溶液的吸光度[10]。根據朗伯-比爾定律公式A=KCL(K消光系數，C為色素濃度，L比色皿光程)，隨著色素濃度增加吸光度增大[11]，因此以吸光度為評價指標，考察各因素對藍靛果紅色素提取率的影響。

1.3.2 傳統乙醇浸提法

根據本實驗室前期試驗結果同時參考趙桂紅[7]的研究結果，采用體積分數60%乙醇溶液，料液比1:10 (g/mL)，提取溫度50℃，提取時間2h，提取液稀釋濃度與微波法相同，波長520nm處測吸光度，與微波法最優化的提取工藝條件下的提取量比較。

1.3.3 提取劑的選擇

藍靛果紅色素溶于水、乙醇、甲醇等極性溶劑，稍溶于丙酮，不溶于苯、石油醚、乙醚、氯仿等非極性溶劑[12]。由于甲醇、丙酮有毒性，而且乙醇可有效沉淀果膠、糖、淀粉、蛋白質，起到初步精制的作用，所以選用有機溶劑乙醇作為提取劑。

1.3.4 影響藍靛果紅色素提取率的單因素試驗

通過單因素試驗研究乙醇溶液體積分數、料液比、微波功率、提取時間對藍靛果紅色素提取率的影響。

1.3.4.1 乙醇體積分數對藍靛果紅色素提取率的影響

分別用35%、45%、55%、65%、75%、85%不同體積分數乙醇溶液提取藍靛果紅色素，料液比1:10(g/ mL)，在180W條件下微波加熱60s，過濾，稀釋，在520nm處測定色素溶液的吸光度。

1.3.4.2 微波功率對藍靛果紅色素提取率的影響

采用體積分數55%的乙醇溶液提取藍靛果紅色素，料液比1:10(g/mL)，分別在180、360、540、720、900W等不同功率條件下微波加熱60s，過濾，稀釋，在波長520nm處測定色素溶液的吸光度。

1.3.4.3 提取時間對藍靛果紅色素提取率的影響

采用體積分數55%乙醇溶液提取藍靛果紅色素，料液比為1:10(g/mL)，在180W條件下微波處理30、60、90、120、150s，過濾，稀釋，在520nm處測定色素溶液的吸光度。

1.3.4.4 料液比對藍靛果紅色素提取率的影響

采用體積分數55%乙醇溶液提取藍靛果紅色素，以1:6、1:8、1:10、1:12和1:14(g/mL)不同料液比，在180W的條件下微波處理60s，過濾，稀釋，在波長520nm處測定色素溶液的吸光度。

1.3.5 提取工藝條件的優化

在單因素試驗的基礎上，采用L9(34)正交試驗，以乙醇溶液體積分數、微波功率、提取時間和料液比4因素3水平進行正交試驗，優化藍靛果紅色素的提取工藝，因素水平設計見表1。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels in the orthogonal array design

1.3.6 藍靛果紅色素提取量的計算

藍靛果紅色素主要成分矢車菊素-3-葡萄糖苷[3]，按照1.3節方法在最優化的提取工藝條件下提取藍靛果紅色素，測其吸光度，計算藍靛果紅色素的含量[13]。

Similarly to the first round, significantly more female participants completed both first and second FIT rounds in comparison to male participants (16 of 95 or 16.8%vs 8 of 116 or 6.8%, P = 0.05).

式中：A為吸光度；M為矢車菊素-3-葡萄糖苷分子量(取449.2)；V為稀釋液體積(909.1mL)；K為矢車菊素-3-葡萄糖苷的摩爾消光系數(取26900)；1為比色皿光程(1cm)；m為藍靛果取樣量(2g)。

1.4 藍靛果紅色素提取物清除DPPH自由基活性的測定[14]DPPH自由基乙醇溶液呈紫色，最大吸收波長為517nm。當DPPH自由基溶液中加入自由基清除劑時，溶液顏色變淺，在517nm處的吸光度變小，吸光度變小的程度與自由基被清除的程度呈線性關系。精確稱取44mg DPPH自由基樣品，用無水乙醇溶解并定容于100mL容量瓶中，DPPH自由基濃度為120μmol/L，避

光保存(0～4℃)。

按1.3節方法在最優化的提取工藝條件下提取藍靛果紅色素，用體積分數65%的乙醇將提取液稀釋至600、800、1000、1200mL，取2mL稀釋液與2mL 120μmol/L DPPH自由基溶液加入同一試管中，搖勻，在黑暗中放置30min，以無水乙醇為空白在517nm測定其吸光度，計算清除率。

清除率/%＝[(Ac－Ai)/Ac]×100

式中：Ac為2mL無水乙醇加2mL 120μmol/L DPPH溶液的吸光度；Ai為2mL藍靛果紅色素稀釋液加2mL 120μmol/L DPPH溶液的吸光度。

2 結果與分析

圖1 乙醇溶液體積分數對紅色素提取率的影響Fig.1 Effect of ethanol concentration on red pigment extraction

由圖1可知，隨著乙醇溶液體積分數的提高，吸光度增大，體積分數在65%時，提取效果最好，說明藍靛果紅色素提取物的極性與體積分數65%的乙醇溶液相似。水是吸收微波最好的介質[15]，微波加熱時，乙醇體積分數繼續增大時，減少了提取劑中水的比例，物料升溫減慢從而影響色素的溶出。另外，隨乙醇體積分數增加，醇溶性雜質提取量增加，對色素溶液吸光度的測定存在干擾。因此乙醇體積分數選擇在65%較為適宜。

圖2 微波功率對紅色素提取率的影響Fig.2 Effect of microwave power on red pigment extraction

2.2 微波功率對藍靛果紅色素提取率的影響由圖2看出，提取時間一定時，隨著微波輻射功率的提高，提取體系吸收的微波能增加，提取體系溫度上升，色素成分擴散速率提高，溶出量增加，吸光度增大。微波功率在540W時，色素提取率最大。微波功率大于540W時，吸光度下降，原因可能是微波功率過大體系溫度過高，使部分色素分解破壞，造成色素損失。因而選擇540W為浸提最佳微波功率。

2.3 提取時間對藍靛果紅色素提取率的影響

圖3 提取時間對紅色素提取率的影響Fig.3 Effect of microwave time on red pigment extraction

由圖3看出，在一定的微波功率下，隨著提取時間的延長，色素成分溶出，吸光度增大，提取90s色素提取率最高。當提取時間大于90s時，隨時間延長吸光度降低，其原因可能是隨提取時間延長，色素長時間處于較高溫度狀態下，色素的部分結構被破壞。因此提取時間應控制在90s左右。

2.4 料液比對藍靛果紅色素提取率的影響

圖4 料液比對紅色素提取率的影響Fig.4 Effect of solid/liquid ratio on red pigment extraction

由圖4可知，色素提取率隨著料液比的減小而增大，料液比降到1:10以下后提取率下降。原因可能是，提取劑用量增加，干擾雜質的浸出量也增加，導致色素溶液吸光度測定值下降；大部分微波能被提取劑吸收，導致藍靛果細胞對微波能吸收減少，細胞破裂不完全，色素不能充分溶出。因此確定料液比在1:8～1:12范圍內比較合理。

2.5 最佳提取工藝條件的確定

由表2極差R值可知，各因素對藍靛果紅色素提取率的影響程度為提取時間＞乙醇溶液體積分數＞微波功率＞料液比，即提取時間影響最大，其次是乙醇溶液體積分數，然后是微波功率，料液比影響最小。通過k值和R值分析可得出最佳提取條件為A3B2C2D2，這與正交表中吸光度最大的試樣8條件(A3B2C2D3)不相符，重復A3B2C2D2試驗，吸光度為0.139，大于A3B2C2D3條件下的0.136，即提取率優于A3B2C2D3。因此藍靛果紅色素的最佳提取條件為A3B2C2D2，即微波功率540W、乙醇溶液體積分數65%、料液比1:10(g/mL)、提取時間90s，按1.3.6節公式計算得此條件下藍靛果紅色素提取量為105.5mg/100g，而傳統乙醇浸提法藍靛果紅色素提取量為87.3mg/100g，因此微波法的提取量高于傳統乙醇浸提法。

表2 L9(34)正交試驗設計及結果Table 2 Orthogonal array design layout and experimental results

2.6 藍靛果紅色素提取物清除DPPH自由基活性的測定

圖5 紅色素對DPPH自由基的清除作用Fig.5 Concentration-dependent DPPH free radical scavenging effect of the red pigments

按1.3節方法在最優化的提取工藝條件下提取藍靛果紅色素，提取率為105.5mg/100g，用體積分數65%的乙醇將提取液稀釋至600、800、1000、1200mL，即色素質量濃度分別為3.52、2.64、2.11、1.76μg/mL，按照1.4節方法測定藍靛果紅色素對DPPH自由基的清除率，結果表明藍靛果紅色素具有抗氧化活性，并且其清除DPPH自由基的能力與質量濃度有量效關系。

3 結 論

采用微波輔助法提取藍靛果紅色素，通過正交試驗得出各因素影響藍靛果紅色素提取效果的主次順序為提取時間＞乙醇溶液體積分數＞微波功率＞料液比，藍靛果紅色素的最佳提取條件為微波功率540W、乙醇溶液體積分數65%、料液比1:10(g/mL)、提取時間90s，此條件下藍靛果紅色素提取量為105.5mg/100g果實。抗氧化實驗證明藍靛果紅色素提取物對DPPH自由基具有清除作用。

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Microwave-aided Extraction and Antioxidant Activity Assessment of Red Pigments from Lonicera edulis Fruits

ZHANG Yan-nan1，LI,UShuo-fang1，LI Hao1，ZHANG Yan-rong2,*
(1. College of Food Engineering, Jilin TeacheInstitute of Engineering and Technology, Changchun 130052, China；2. College of Food Science and Engineering, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China)

The microwave-aided extraction of red pigments from the fruits of Lonicera edulis was optimized using orthogonal array design method based on single factor investigations for maximizing the 520 nm absorbance of the extract. Meanwhile, DPPH radical scavenging assay was employed to assess whether the extracted pigments have antioxidant effect. The optimum microwave-aided extraction conditions were as follows: ethanol concentration 65%, solid/liquid ratio 1:10 (g/mL), microwave power 540 W, and extraction time 90 s. The maximum red pigment yield was 105.5 mg/100 g of fruits under such conditions. The red pigments had the ability to scavenge DPPPH free radicals.

Lonicera edulis；pigment；microwave-aided extraction；antioxidation

TS202.3

A

1002-6630(2010)18-0104-04

2010-06-30

“十一五”國家科技支撐計劃項目(2006BAD27B07)

張雁南(1976—)，女，講師，碩士，研究方向為天然植物功能成分提取及食品保鮮。E-mail：zhyn1221@163.com

*通信作者：張艷榮(1965—)，女，教授，博士，研究方向為糧食、油脂與植物蛋白工程。E-mail：xcpyfzx@163.com