微波輔助提取果桑花色苷的工藝研究

張朝紅，古月華，房紅娟，樊明濤，李巨秀*

(西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西 楊凌 712100)

微波輔助提取果桑花色苷的工藝研究

張朝紅，古月華，房紅娟，樊明濤，李巨秀*

(西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西 楊凌 712100)

以果桑為試驗材料，以花色苷提取率為考察指標，采用pH示差法測定總花色苷含量。通過單因素和正交試驗，分析料液比、乙醇體積分數、pH值、微波功率和提取時間對桑椹花色苷提取效果的影響，并優化微波輔助提取果桑花色苷工藝參數。結果表明：料液比1:20(g/mL)、乙醇體積分數70%、pH1、微波功率540W和提取時間100s為最佳工藝參數，果桑花色苷的提取率為2.89mg/g；各因素影響的主次順序為料液比＞微波功率＞提取時間＞乙醇體積分數，且4個因素對花色苷提取率的影響都達到了顯著水平。微波輔助提取果桑花色苷是一種簡單可行、高效的提取方法。

果桑；花色苷；微波輔助；提取工藝

Abstract：Mulberry fruit (Morus Lhou Koidz.) is rich in anthocyanins, which are associated with many health benefits. In this work, we optimized the microwave-assisted extraction process of total anthocyanins from mulberry fruit. The effects of material/liquid ratio (g/mL), ethanol concentration, pH, microwave power and length of extraction time on the extraction of anthocyanins were examined. The quantification of total anthocyanins was carried out using pH differential method. Material/liquid ratio of 1:20, pH of 1, microwave power of 540 W and extraction duration of 100 s were found optimal, and the resultant yield of anthocyanins was 2.89 mg/g. Material/liquid ratio had the most important effect on the yield of anthocyanins, followed by microwave power, extraction duration and ethanol concentration, and all these four factors had significant effect on the yield of anthocyanins. This study reveals that microwave-assisted extraction is a simple, feasible and highly efficient method for extracting anthocyanins from mulberry fruit.

Key words：mulberry；anthocyanins；microwave assistance；extraction technology

果桑是近幾年葉桑基礎上選育出的專用品種，主要栽培的品種有“無核大十”、”紅果1號”、“紅果2號”、“紅果3號”和“白玉王”[1-3]，其果實又名桑椹，具有獨特的保健價值，富含以矢車菊-3-葡萄糖苷和矢車菊-3-蕓香苷為主的花色苷[4-5]，具有抗腫瘤、抗氧化、抗動脈粥樣硬化、抗風濕消炎等生理功能[6]。Sakagami等[7-8]還發現果桑具有抗艾滋病的作用，其活性是藍莓果汁的4倍多，且具有很強的清除自由基能力。Isabelle等[9]研究認為桑果中的花色苷含量、多酚化合物含量、原花青素含量與自由基清除能力間有顯著的相關性。

微波是一種頻率300～300000MHz的電磁波，微波輔助提取則是利用微波提高提取效率的一種新技術，具有提取時間短、效率高、能耗低等優點，在天然產物提取和分析領域應用越來越廣泛[10-14]。Sutivisedsak等[15]利用微波輔助技術提取豌豆中的酚類化合物，發現微波輔助提取產物提取率是常規方法提取提取率的2～3倍。本研究以果桑“無核大十”為研究材料，分析料液比、乙醇體積分數、pH值、微波功率、提取時間對果桑花色苷提取效果的影響，優化微波輔助提取果桑花色苷的提取工藝參數，為果桑保健產品的開發和評價提供試驗數據和參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

果桑：品種為“無核大十”，2009年5月采自陜西省周至縣果桑產業示范園。采摘后的果桑裝于保鮮袋，置于－40℃冰箱中保存。使用時解凍。

NaOH、KCl、磷酸、醋酸鈉、乙醇、冰乙酸(均為分析純)。

1.2 儀器與設備

SC-3610低速離心機 安徽中科中佳科學儀器有限公司；WD900ASL25R-2微波提取裝置(根據試驗要求改裝，圖1) 廣東格蘭仕集團有限公司；U V 1700 pharmaspec型紫外-可見分光光度計 日本島津公司。

圖1 微波提取裝置Fig.1 Schematic diagram for a microwave-assisted extraction instrument

1.3 方法

1.3.1 果桑中總花色苷的微波輔助提取方法

將預處理過的果桑研磨，稱取2.00g左右的果漿，置于100mL的圓底燒瓶中，加入一定量乙醇提取溶劑，放入微波提取裝置中，在一定條件下微波輔助提取后過濾，將上清液轉入50mL的離心管中， 5400r/min離心15min，定容至50mL測定其吸光度。

1.3.2 果桑花色苷最大吸收波長的確定

取果桑花色苷提取液適量，用紫外-可見分光光度計在400～700nm掃描測定提取液的吸收光譜，確定其最大吸收波長。經掃描后確定果桑花色苷在波長為515nm處有最大吸收峰。

1.3.3 微波輔助提取果桑花色苷的單因素試驗

以料液比、乙醇體積分數、p H值、微波功率、提取時間作為考察因素，進行單因素試驗，以確定各因素的適宜范圍。

1.3.3.1 料液比對果桑花色苷提取效果的影響

分別以料液比(g/mL)1:5、1:10、1:15、1:20和1:25，乙醇體積分數為60%，pH值為1，在微波功率為450W條件下，提取100s，過濾、離心，定容后在波長515nm處測定吸光度。

1.3.3.2 乙醇體積分數對果桑花色苷提取效果的影響

分別以體積分數30%、40%、50%、60%、70%和80%，pH1的乙醇溶液，料液比1:15，在微波功率450W條件下，提取100s，過濾、離心，定容后在波長515nm處測定吸光度。

1.3.3.3 pH值對果桑花色苷提取效果的影響

以料液比為1:15，分別加入pH值為1、2、3、4和5的60%乙醇溶液，在微波功率450W條件下，提取100s，過濾、離心，定容后在波長515nm處測定吸光度。

1.3.3.4 微波功率對果桑花色苷提取效果的影響

加入pH值為1的60%乙醇溶液，料液比1:15，分別在微波功率為0、270、360、450、540、630W和720W條件下，提取100s，過濾、離心，定容后在波長515nm處測定吸光度。

1.3.3.5 微波提取時間對果桑花色苷提取效果的影響

以料液比為1:15，加入pH值為1、體積分數60%的乙醇溶液，在微波功率450W條件下分別提取40、60、80、100、120、140s，過濾、離心，定容后在波長515nm處測定吸光度。

1.3.4 微波輔助提取果桑花色苷的正交試驗

依據單因素試驗結果，選取L16(45)正交表進行正交試驗，優化微波輔助提取的各因素試驗條件，因素水平表見表1。

表1 微波輔助提取正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels in the orthogonal array design

1.3.5 果桑總花色苷的測定方法

采取pH值示差法測定果桑花色苷的提取率[16]。

式中：A515為桑椹花色苷在最大吸光處的吸光度；A700為桑椹花色苷在700nm處的吸光度。MW為相對分子質量，以矢車菊素-3-葡萄糖苷為標準，449.4；DF為稀釋倍數；ε為消光系數，26900L·cm-1·mg-1；1為光程(1cm)。V為提取液總體積/mL；m為樣品質量/g。

1.4 實驗數據處理方法

采用DPS7.55設計試驗和處理試驗數據。

2 結果與分析

2.1 微波輔助提取果桑花色苷的單因素試驗

2.1.1 料液比對桑椹花色苷提取效果的影響

圖2 料液比對果桑花色苷提取效果的影響Fig.2 Effect of material/liquid ratio on the extraction of anthocyanins

由圖2可知，料液比對桑椹花色苷的提取效果有較大影響，提取液的吸光度隨料液比的減小而增大。但當料液比低于1:15時，增幅開始變小。若再增大料液比對于果桑花色苷提取效果影響不大。因此，當料液比1:15為提取效果較好。

2.1.2 乙醇體積分數對果桑花色苷提取效果的影響

圖3 乙醇體積分數對果桑花色苷提取效果的影響Fig.3 Effect of material/liquid ratio on the extraction of anthocyanins

乙醇由于成本低、毒性小、提取效率高，是提取多酚類化合物最為常用的溶劑，其體積分數對提取效果有重要的影響。乙醇體積分數對果桑花色苷的提取效果如圖3所示。

由圖3可知，隨著乙醇體積分數的增大，提取液的吸光度也隨之增大。但當乙醇體積分數達到60%后，吸光度達到最大值，再增加乙醇體積分數，吸光度變幅很小。由于乙醇是易揮發性液體，微波輔助提取時，微波瞬間發出極大熱量，高體積分數的乙醇易揮發。所以，當乙醇體積分數達到一定值，再提高乙醇體積分數對于提高花色苷的提取率影響不大。

2.1.3 pH值對果桑花色苷提取效果的影響

pH值對花色苷穩定性影響較顯著，不同的pH值溶液，花色苷結構不同并呈現不同的顏色，當pH值較低時，花色苷穩定性較高，當pH值逐漸增大時，花色苷的結構由紅色的花烊式轉化為無色的擬堿式，然后經過查耳酮式結構分解為褐色產物。pH值對果桑花色苷提取效果的影響見圖4。

圖4 pH值對果桑花色苷提取效果的影響Fig.4 Effect of pH on the extraction of anthocyanins

由圖4可得出，當pH值為1時，桑椹花色苷的吸光度最大，當pH＞1時，桑椹花色苷的吸光度明顯降低，在pH在2～5范圍內，吸光度變化不大，說明當pH值為1時提取效果最好。因此，在進行正交試驗時，將pH值確定為1。

2.1.4 微波功率對果桑花色苷提取效果的影響

圖5 微波功率對果桑花色苷提取效果的影響Fig.5 Effect of microwave power on the extraction of anthocyanins

微波加熱是利用分子極化或離子導電效應直接對物質進行加熱，加熱效率高、升溫快速均勻，不同的微波功率微波的發射強度不同，對物質的提取效果影響也不同。微波功率對果桑花色苷提取效果的影響見圖5。從圖5可看出，當微波功率在0～450W范圍內，提取液的吸光度隨著微波功率的增大而增大，當微波功率達到450W時，提取液的吸光度達到最大值，再隨著微波功率的增加吸光度沒有明顯的變化，由此可知，微波功率為450W時為提取效果較好。

2.1.5 提取時間對果桑花色苷提取效果的影響

圖6 微波提取時間對果桑花色苷提取效果的影響Fig.6 Effect of length of microwave treatment time on the extraction of anthocyanins

由圖6可知，隨著提取時間的延長，提取液的吸光度呈緩慢增加趨勢，當提取時間為100s時，提取液的吸光度最大，說明提取效果好。當提取時間再增加時，吸光度開始有下降的趨勢，其原因可能是微波可以瞬間產生大量熱量，溫度較高，當加熱時間過長，對花色苷可能有破壞作用。所以，提取時間為100s時為宜。

2.2 微波輔助提取果桑花色苷的正交試驗

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

表3 方差分析表Table 3 Variance analysis for the yield of anthocyanins with various extraction conditions

根據單因素試驗的結果，確定提取溶劑的pH值為1，以料液比、乙醇體積分數、微波功率、提取時間為考察因素，以花色苷提取率為指標，選擇L16(45)正交表，進行四因素四水平正交試驗，試驗重復兩次。正交試驗結果見表2，方差分析結果見表3。

從表2可得，各因素對果桑花色苷提取率的影響主次順序為A＞D＞C＞B。微波輔助提取果桑花色苷的最優組合為A3B4C3D4，即料液比1:20、乙醇體積分數70%、提取時間100s、微波功率540W。

由表3可知，各因素對果桑花色苷提取率的影響均達到極顯著(P＜0.01)。

由于優化出的組合不在正交表中，因此需要進行驗證試驗，在優化出的提取條件下進行驗證實驗，重復3次。花色苷平均提取率為2.89mg/g，高于正交試驗16個組合條件下的提取率，因此確定微波輔助提取果桑花色苷的工藝參數：料液比1:20(g/mL)、70%乙醇體積分數、提取時間100s、微波功率540W和pH值為1。

3 結 論

利用微波輔助提取法，通過單因素和正交試驗優化果桑花色苷提取的工藝參數，最佳提取條件為料液比1:20(g/mL)、乙醇體積分數70%、pH1、微波功率540W和提取時間100s，在此條件下果桑花色苷的提取率為2.89mg/g。各因素對果桑花色苷提取率影響的主次順序：料液比＞微波功率＞提取時間＞乙醇體積分數，且4個因素對花色苷提取率的影響均達到了極顯著水平(P＜0.01)。

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Microwave-assisted Extraction of Total Anthocyanins from Mulberry Fruit

ZHANG Chao-hong，GU Yue-hua，FANG Hong-juan，FAN Ming-tao，LI Ju-xiu*
(College of Food Science and Engineering, Northwest A & F University, Yangling 712100, China)

R284.2

A

1002-6630(2010)18-0192-04

2010-06-23

陜西省科技廳科技計劃項目(2009K01-17)

張朝紅(1973—)，男，博士研究生，主要從事食品化學研究。E-mail：zhangchh@nwsuaf.edu.cn

*通信作者：李巨秀(1972—)，女，副教授，博士，主要從事食品功能化學研究。E-mail：juxiuli@msn.com