超聲波醇提紅藍(lán)草紫色素工藝研究

摘要：通過(guò)單因素試驗(yàn)與正交試驗(yàn)研究了超聲波醇提紅藍(lán)草紫色素的最佳提取工藝。結(jié)果表明，選擇７０％乙醇作為浸提溶劑，隨著超聲波功率的升高，提取時(shí)間的延長(zhǎng)，料液比的增加，紅藍(lán)草紫色素的提取量呈增加趨勢(shì)，最佳提取工藝為提取溶劑７０％乙醇，功率３００Ｗ，提取溫度７0 ℃，提取時(shí)間４５ｍｉｎ，料液比１∶３５（Ｗ／Ｖ，ｇ∶ｍＬ）。

關(guān)鍵詞：紅藍(lán)草紫色素；超聲波；醇提工藝

中圖分類號(hào)：ＴＳ２０２．３文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：0439－８114（２０11）10－2101-04

Research on Ultrasonic Ethanol Extraction Technology of Purple Pigment from Peristrophe roxburghiana

JIANG Hong-zhi，F(xiàn)AN Wu-cai，ＨＵＡＮＧ Ｄｏｎｇ－ｘｕｅ，ＬＵＯ Ｚｈｏｎｇ－ｌｉ，ＹＡＮＧ Ｃｈａｎｇ－ｐｅｎｇ，ＬＩ Xiong-fei

（Ｇｕａｎｇｘｉ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｖｏｃａｔｉｏｎ－ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｎａｎｎｉｎｇ ５３０００７，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｓｉｎｇｌｅ ｆａｃｔｏｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｅｓｔ ｗａｓ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｐｕｒｐｌｅ ｐｉｇｍｅｎｔ ｆｒｏｍ Ｐｅｒｉｓｔｒｏｐｈｅ ｒｏｘｂｕｒｇｈｉａｎａ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｃｈｏｏｓｉｎｇ ７０％ ｅｔｈａｎｏｌ ａｓ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｓｏｌｖｅｎｔ， ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｐｕｒｐｌｅ ｐｉｇｍｅｎｔ ｗｏｕｌｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｐｏｗｅｒ， ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｓｏｌｉｄ ｔｏ ｌｉｑｕｉｄ ｒａｔｉｏ． Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｃｒａｆｔ ｗａｓ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｓｏｌｖｅｎｔ， ７０％ ｅｔｈａｎｏｌ； ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｐｏｗｅｒ，３００ Ｗ；ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，７0 ℃； ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ， ４５ ｍｉｎ； ｓｏｌｉｄ ｔｏ ｌｉｑｕｉｄ ｒａｔｉｏ， １∶３５．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｐｕｒｐｌｅ ｐｉｇｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｅｒｉｓｔｒｏｐｈｅ ｒｏｘｂｕｒｇｈｉａｎａ； ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ； ｅｔｈａｎｏｌ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

食品工業(yè)常用食用色素來(lái)著色食品，色素賦予食品誘人的色澤，給消費(fèi)者帶來(lái)良好的感官質(zhì)量和購(gòu)買欲望［１］。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，人們對(duì)食品添加劑的安全性越來(lái)越重視。由于合成色素具有毒性（包括致瀉性和致癌性），使用并不安全，其種類和數(shù)量都受到了限制。而食用天然色素具有安全、色澤自然鮮艷、多數(shù)不受添加量的限制和使用范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)而得到了迅速應(yīng)用。許多天然食用色素具有營(yíng)養(yǎng)功效和對(duì)人體的某些疾病具有預(yù)防、治療等藥理作用和保健功能［２］。因此，加快開(kāi)發(fā)和利用天然色素對(duì)保障人類身體健康，提高農(nóng)副產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，促進(jìn)食品工業(yè)的發(fā)展具有積極而深遠(yuǎn)的意義。

天然食用色素主要有紅曲紅、辣椒紅、梔子黃、姜黃等，紅、黃色素較為普遍，藍(lán)、綠、紫色素較少，國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)報(bào)道紅色素的提取工藝較多［３－５］，而報(bào)道紫色素的提取工藝比較少［６］。所以，從紅藍(lán)草中提取天然紫色素有很好的實(shí)際意義及應(yīng)用前景。

紅藍(lán)草紫色素是從爵床科植物山藍(lán)的地上部分（莖、葉）中提取的紫色素，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。紅藍(lán)草食用安全，具有清肺止咳、涼血止血、散瘀止痛等藥理作用。用紅藍(lán)草的地上部分煎水，取煎液煮糯米，米飯呈紫紅色，有滋補(bǔ)功用［７］。我國(guó)紅藍(lán)草資源豐富，華南各省區(qū)都有栽培。紅藍(lán)草紫色素的提取工藝，目前國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。超聲波提取天然色素可加快細(xì)胞釋放色素的速度，縮短提取時(shí)間和提高色素提取率［８，９］。研究主要利用超聲波輔助提取紅藍(lán)草紫色素，為開(kāi)發(fā)利用紅藍(lán)草提供理論依據(jù)。

１材料與方法

１．１材料

紅藍(lán)草洗凈晾干后放入冰箱中冷藏備用；乙醇為分析純；ＫＱ－６００Ｗ數(shù)控超聲波清洗儀、ＶＩＳ－７２２型可見(jiàn)光分光光度計(jì)、ＨＨ－Ｓ數(shù)顯恒溫水浴鍋、ＲＥ５２－８６型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、臺(tái)式離心機(jī)、ＣＰ１５０２電子天平、ＡＬ２０４電子天平、ＢＢ３３１－Ａ粉碎機(jī)。

１．２方法

１．２．１最大吸收波長(zhǎng)的測(cè)定及提取溶劑的選擇

１）水提法。準(zhǔn)確稱取３０．０ ｇ紅藍(lán)草，加入去離子水１００ ｍＬ，電爐上煮沸３０ ｍｉｎ，冷卻，過(guò)濾。

２）醇提法。準(zhǔn)確稱取３０．０ ｇ紅藍(lán)草，加入７０％乙醇１００ ｍＬ，７０℃水浴加熱３０ ｍｉｎ，冷卻，過(guò)濾。量取或稱取一定量的紅藍(lán)草紫色素提取液的離心分離產(chǎn)品或濃縮液離心分離產(chǎn)品稀釋，測(cè)定不同波長(zhǎng)下的吸光度，做光吸收曲線，找出最大吸收波長(zhǎng)。

３）超聲波提取法。準(zhǔn)確稱取５．０ ｇ紅藍(lán)草，加入７０％乙醇１００ ｍＬ，在超聲波功率為360 W，５０℃下提取３０ ｍｉｎ，冷卻，過(guò)濾，定容至２５０ ｍＬ。離心分離，測(cè)定不同波長(zhǎng)下的吸光度，做光吸收曲線；取不同體積定容至２５ ｍＬ，測(cè)定不同體積分?jǐn)?shù)下的吸光度，做標(biāo)準(zhǔn)曲線。

１．２．２超聲波醇提紫色素工藝及測(cè)定方法準(zhǔn)確稱取２．００ ｇ紅藍(lán)草→超聲波輔助在不同條件下提取紫色素→過(guò)濾→定容至１００ ｍＬ→稀釋（分別取５ ｍＬ、１０ ｍＬ定容至２５ ｍＬ比色管）→最大波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度。平行提取、測(cè)定３次，取平均值作為分析結(jié)果。

１．２．３單因素試驗(yàn)

１）超聲波功率對(duì)紫色素的提取效果的影響。稱取２．００ ｇ紅藍(lán)草，固定料液比為１∶３０（Ｗ／Ｖ，ｇ∶ｍＬ，下同），乙醇體積分?jǐn)?shù)為７０％，溫度為５０℃，提取時(shí)間為３０ ｍｉｎ，分別在超聲波功率為2４０～4８０ W條件下進(jìn)行超聲波輔助提取，進(jìn)行吸光度的測(cè)定，測(cè)定方法同１．２．２。

２）乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)紫色素提取效果的影響。稱取２．００ ｇ紅藍(lán)草，固定料液比為１∶３０，提取功率為300 W，溫度為５０ ℃，提取時(shí)間為３０ ｍｉｎ，分別在乙醇體積分?jǐn)?shù)為５０％～９０％條件下進(jìn)行超聲波輔助提取，進(jìn)行吸光度的測(cè)定，測(cè)定方法同１．２．２。

３）溫度對(duì)紫色素提取效果的影響。稱取２．００ ｇ紅藍(lán)草，固定料液比為１∶３０，提取功率為300 W，乙醇體積分?jǐn)?shù)為７０％，提取時(shí)間為３０ ｍｉｎ，分別在溫度為３０～７８ ℃的條件下進(jìn)行超聲波輔助提取，進(jìn)行吸光度的測(cè)定，測(cè)定方法同１．２．２。

４）提取時(shí)間對(duì)紫色素提取效果的影響。稱取２．００ ｇ紅藍(lán)草，固定料液比為１∶３０，提取功率為300 W，乙醇體積分?jǐn)?shù)為７０％，提取溫度為７０ ℃，分別在時(shí)間為３０～９０ ｍｉｎ條件下進(jìn)行超聲波輔助提取，進(jìn)行吸光度的測(cè)定，測(cè)定方法同１．２．２。

５）料液比對(duì)紫色素提取效果的影響。稱取２．００ ｇ紅藍(lán)草，提取功率為300 W，乙醇體積分?jǐn)?shù)為７０％，提取溫度為７０ ℃，提取時(shí)間為４５ ｍｉｎ，分別在料液比為１∶１０～１∶６０的條件下進(jìn)行超聲波輔助提取，進(jìn)行吸光度的測(cè)定，測(cè)定方法同１．２．２。

１．２．４正交試驗(yàn)在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析超聲波不同條件對(duì)提取紫色素的影響，排除干擾最小的因素功率。選擇乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取溫度、提取時(shí)間、料液比為考查因素，以測(cè)得的提取液中的色素吸光度為考查指標(biāo)，采用Ｌ９（３４）正交設(shè)計(jì)，因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表１，測(cè)定方法同１．２．２。

２結(jié)果與分析

２．１最大吸收波長(zhǎng)及標(biāo)準(zhǔn)曲線

２．１．１最大吸收波長(zhǎng)水提、乙醇提取紫色素的最大吸收波長(zhǎng)如圖１所示。由圖１可知，紅藍(lán)草水提物（煮沸）的最大吸收波長(zhǎng)為５８０ ｎｍ。醇提物（水浴）有２～３個(gè)最大吸收峰，但在最大吸收波長(zhǎng)為５８０ ｎｍ時(shí)干擾最小。

超聲波醇提的紅藍(lán)草紫色素的最大吸收波長(zhǎng)如圖２所示。由圖２可見(jiàn)，在超聲波條件下用乙醇提取的紅藍(lán)草紫色素有最大吸收波峰，且最大吸收波長(zhǎng)為５８０ ｎｍ時(shí)干擾較小。所以，選擇紅藍(lán)草紫色素的最大吸收波長(zhǎng)為５８０ ｎｍ。

２．１．２標(biāo)準(zhǔn)曲線紅藍(lán)草紫色素標(biāo)準(zhǔn)曲線（圖３）表明其線性相關(guān)較好。

２．２提取溶劑的選擇

在水浴、超聲波的條件下提取，７０％乙醇提取液為紫紅色（澄清），最大吸收波長(zhǎng)為５８０ ｎｍ時(shí)干擾小。在水浴條件下水提液為紫紅色（混濁），最大吸收波長(zhǎng)為５８０ ｎｍ。經(jīng)過(guò)對(duì)比得出，乙醇的浸提效果比較好，提取液的顏色具有明顯的紫紅色，符合提取紫色素的要求。所以本試驗(yàn)選擇乙醇作為浸提溶劑。

２．３單因素試驗(yàn)

２．３．１提取功率對(duì)紫色素提取效果的影響從圖４可以看出，隨著提取功率的升高，色素提取量呈增加趨勢(shì)，功率為300 W達(dá)到最大值，當(dāng)提取功率大于300 W時(shí)，色素的提取量有所下降，原因可能是功率的過(guò)大或過(guò)小都會(huì)造成溶劑損耗及色素的結(jié)構(gòu)破壞［１１］，所以提取功率以300 W左右為宜。

２．３．２乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)紫色素提取效果的影響從圖５可以看出，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的升高，色素提取量呈增加趨勢(shì)，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)在７０％時(shí)達(dá)到最大值，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)大于７０％時(shí)，色素的提取量有所下降，所以乙醇體積分?jǐn)?shù)以７０％為宜。

２．３．３提取溫度對(duì)紫色素提取效果的影響從圖６可以看出，隨著提取溫度的升高，色素提取量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。當(dāng)提取溫度高于7０℃時(shí)色素的提取量有所下降，分析其原因可能是溫度過(guò)高，造成溶劑損耗及色素的結(jié)構(gòu)被破壞［１１］，所以提取溫度以7０℃左右為宜。

２．３．４提取時(shí)間對(duì)紫色素提取效果的影響從圖７可以看出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，色素的提取量呈增加趨勢(shì)，提取時(shí)間為４５ ｍｉｎ時(shí)，色素的提取量達(dá)到最大值，４５ ｍｉｎ后提取量有所下降并趨于穩(wěn)定。這可能是由于提取時(shí)間太長(zhǎng)使色素有微弱的分解［１１］。為避免提取時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致色素破壞，故將浸提時(shí)間定為４５ ｍｉｎ左右。

２．３．５料液比對(duì)紫色素提取效果的影響從圖８可以看出，色素的提取量在料液比為１∶３０時(shí)達(dá)到最大值。以后，色素的提取量的增加幅度較小。鑒于節(jié)約溶劑的原則，將料液比定為１∶３０左右。

２．４正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表３。從表３可以看出，影響吸光度的各因素主次順序?yàn)椋海拢荆模荆粒荆茫刺崛囟龋玖弦罕龋疽掖俭w積分?jǐn)?shù)＞提取時(shí)間。正交試驗(yàn)得出的最佳工藝組合為Ａ２Ｂ２Ｃ２Ｄ３，即色素最佳提取條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)７０％，提取溫度７０℃，提取時(shí)間４５ ｍｉｎ，料液比１∶３５。

２．５最優(yōu)提取工藝條件的驗(yàn)證

準(zhǔn)確稱取２．００ ｇ紅藍(lán)草３份，依據(jù)正交試驗(yàn)和直觀分析所得的最佳工藝條件進(jìn)行色素提取，３次驗(yàn)證試驗(yàn)中所得色素提取液的平均吸光度為０．５１６，高于正交試驗(yàn)結(jié)果。因此，此最佳工藝條件是可行的。

３結(jié)論

超聲波的空化效應(yīng)加速了植物有效成分的提出，另外它的次級(jí)效應(yīng)如機(jī)械振動(dòng)、乳化、擴(kuò)散、擊碎、化學(xué)效應(yīng)等也應(yīng)加速了有效成分的擴(kuò)散釋放［１０］，這些都有利于色素的提取，用乙醇作為紅藍(lán)草紫色素的浸提溶劑效果好，其最大吸收波長(zhǎng)為５８０ ｎｍ。通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化了紅藍(lán)草紫色素超聲波提取的工藝條件，其最佳組合為乙醇體積分?jǐn)?shù)７０％，提取溫度７０℃，提取時(shí)間４５ ｍｉｎ，料液比１∶３５。超聲波提取天然色素溫度低，時(shí)間短，提取效率高，對(duì)色素的影響小。紅藍(lán)草天然色素使用安全，符合食品添加劑的要求，有很好的實(shí)際意義和應(yīng)用前景。

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