微波輔助法提取鹽地堿蓬紅色素的工藝條件優化

摘要：以鹽地堿蓬為原料，采用微波輔助法提取鹽地堿蓬紅色素。通過單因素和正交試驗確定微波輔助提取的最佳工藝條件。結果表明，鹽地堿蓬紅色素易溶于去離子水而不溶于純有機溶劑，最大吸收峰在５３８ ｎｍ處，初步確定鹽地堿蓬紅色素為甜菜紅素；最佳提取工藝參數為微波功率５６０ Ｗ、提取時間７０ ｓ、料液比１∶２０（ｍ／Ｖ，ｇ∶ｍＬ）、提取１次。與傳統的浸提法相比，微波輔助提取色素具有時間短、耗能低、提取率高等優點。

關鍵詞：微波；鹽地堿蓬；紅色素；提取

中圖分類號：Ｑ９４９．７４５．１ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０11）09－1870-04

Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ－ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅｄ Ｐｉｇｍｅｎｔ ｆｒｏｍ Ｓｕａｅｄａ ｓａｌｓａ

ＸＵ Ｊｉｅ

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｉｎｚｈｏｕ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｂｉｎｚｈｏｕ ２５６６０３，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｄ ｐｉｇｍｅｎｔ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｓｕａｅｄａ ｓａｌｓａ ｂｙ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ－ａｓｓｉｓｔｅｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｗａｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｎｇｌｅ ｆａｃｔｏｒ ａｎｄ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ｒｅｄ ｐｉｇｍｅｎｔ ｗａｓ ｉｎｓｏｌｕｂｌｅ ｉｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌｖｅｎｔｓ ｂｕｔ soluble ｉｎ ｗａｔｅｒ； ａｎｄ ｉｔｓ ｍａｘｉｍｕｍ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｅａｋ ｗａｓ ａｔ ５３８ ｎｍ， ｔｈｕｓ ｉｔ ｗａｓ ｐｒｉｍａｒｉｌｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ ａｓ ｂｅｔａｃｙａｎｉｎ． Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ， ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｐｏｗｅｒ， ５６０ Ｗ； ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ， ７０ ｓ； ｍａｔｅｒｉａｌ ｔｏ ｌｉｑｕｉｄ ｒａｔｉｏ，１∶２0（ｍ／Ｖ，ｇ∶ｍＬ） ａｎｄ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｏｎｃｅ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ， ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｈａｄ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｓｈｏｒｔ ｔｉｍｅ， ｌｏｗ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ， ａｎｄ ｈｉｇｈ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｒａｔｅ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｗａｖｅ； Ｓｕａｅｄａ ｓａｌｓａ； ｒｅｄ ｐｉｇｍｅｎｔ； ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ

鹽地堿蓬（Ｓｕａｅｄａ ｓａｌｓａ）屬黎科，一年生草本，一般生于海濱、湖邊、荒漠等處的鹽堿荒地上，在含鹽量高達３％的潮間帶也能稀疏叢生，是一種典型的鹽堿地指示植物。鹽地堿蓬幼苗可作蔬菜，種子可榨油，富含不飽和脂肪酸、維生素和微量元素，對人體具有重要的保健作用［１］。近年來一些研究表明，鹽地堿蓬的提取物具有抗癌、抗衰老、抗炎、降血糖、降血壓、調節內分泌等多種功能［２，３］。鹽地堿蓬富含紅色素，是一種較為理想的天然食用色素資源，具有廣闊的開發應用前景。

微波萃取是近幾年發展起來的新技術，其萃取過程以溶液內的離子、分子接受微波輻射獲得能量而升溫為基礎，以提高溶質進入溶劑的能力。微波萃取技術具有作用時間短、速度快、提取效率高、節能等特點，現已廣泛用于中藥中黃酮類、皂甙類、多糖、揮發油等有效成分的萃取［４］，但對鹽地堿蓬紅色素的微波輔助提取則未見報道。試驗采用微波技術對鹽地堿蓬紅色素的提取進行研究，通過單因素和正交試驗選取最佳工藝參數，為進一步開發利用這一天然色素提供理論依據。

１材料與方法

１．１材料與試劑

１．１．１材料鹽地堿蓬，采自黃河三角洲濱海鹽堿地。

１．１．２主要試劑甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、石油醚、氯仿、冰乙酸（以上均為分析純）、去離子水。

１．２主要儀器

ＳＰ－７５６ＰＣ紫外－可見分光光度計（上海光譜儀器有限公司）；ＨＨ－８數顯恒溫水浴鍋（江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司）；Ｈｅｒａｅｕｓ Ｂｉｏｆｕｇｅ Ｓｔｒａｔｏｓ高速冷凍離心機（德國Ｈｅｒａｅｕｓ公司）；ＡＬｌ０４電子天平［梅特勒－托利多儀器（上海）有限公司］。格蘭仕微波爐ＷＤ７００Ｇ（ＢＬ２０）（佛山市順德區格蘭仕微波爐電器有限公司）。

１．３方法

１．３．１提取劑選擇試驗將鹽地堿蓬植株用去離子水洗凈，取其地上部，晾干，切碎。稱取９份０．５０ ｇ樣品，分別溶于６０ ｍＬ去離子水、體積分數為５０％的乙醇、無水乙醇、石油醚、乙醚、氯仿、冰乙酸、丙酮、甲醇中，浸提５０ ｍｉｎ，４ ℃下以９ ８００ ｒ／ｍｉｎ離心１０ ｍｉｎ，上清液轉入比色管中，觀察上清液的顏色。對顏色較深者取１０ ｍＬ稀釋２０倍，測定其吸收光譜，確定紅色素的吸收峰，并依此初步判斷其種類，確定提取劑。

１．３．２單因素試驗

１）料液比的選擇。在６個１００ ｍＬ的三角燒瓶中各裝入２ ｇ預處理的鹽地堿蓬樣品和４０、６０、８０、１００、１２０、１４０ ｍＬ去離子水，分別在微波功率為５６０ Ｗ條件下浸提６０ ｓ，離心分離，取濾液２５ ｍＬ定容到５０ ｍＬ，在特征吸收峰５３８ ｎｍ處測定各樣品的吸光度。

２）微波功率的選擇。在５個１００ ｍＬ的三角燒瓶中各裝入２ ｇ預處理的鹽地堿蓬樣品和４０ ｍＬ去離子水，分別在微波功率為７０、２１０、３５０、５６０、７００ Ｗ條件下浸提６０ ｓ，離心分離，取濾液２５ ｍＬ定容到５０ ｍＬ，在特征吸收峰５３８ ｎｍ處測定各樣品的吸光度。

３）微波處理時間的選擇。在６個１００ ｍＬ的三角燒瓶中各裝入２ ｇ預處理的鹽地堿蓬樣品和４０ ｍＬ去離子水，在微波功率為５６０ Ｗ條件下，分別浸提５０、６０、７０、８０、９０、１００ ｓ，離心分離，取濾液２５ ｍＬ定容到５０ ｍＬ，在特征吸收峰５３８ ｎｍ處測定各樣品的吸光度。

４）萃取次數的選擇。在２ ｇ預處理的鹽地堿蓬樣品中加入去離子水４０ ｍＬ，在微波功率為５６０ Ｗ，提取６０ ｓ，離心分離，取濾液２５ ｍＬ定容到５０ ｍＬ，再按此法將鹽地堿蓬樣品連續萃取４次，在特征吸收峰５３８ ｎｍ處測定各次的吸光度。

１．３．３正交試驗在單因素試驗結果的基礎上，利用三因素三水平正交試驗分析料液比、微波功率、提取時間３種因素對鹽地堿蓬紅色素提取效果的影響，以確定在微波輔助條件下鹽地堿蓬紅色素的最佳提取條件。因素與水平安排如表１。

１．３．４傳統溶劑法在５個１００ ｍＬ的三角燒瓶中各裝入２ ｇ預處理的鹽地堿蓬樣品和４０ ｍＬ去離子水，常溫下分別浸提１．０、１．５、２．０、２．５、３．０ ｈ，離心分離，取濾液２５ ｍＬ定容到５０ ｍＬ，在特征吸收峰５３８ ｎｍ處測定各樣品的吸光度。

２結果與分析

２．１鹽地堿蓬紅色素提取劑的選擇

２．１．１鹽地堿蓬紅色素的性質由表２可知，鹽地堿蓬紅色素難溶于無水乙醇、石油醚、乙醚、氯仿等有機溶劑，易溶于去離子水和含去離子水的有機溶劑，表明鹽地堿蓬紅色素為水溶性色素。

２．１．２鹽地堿蓬紅色素的光譜特征從圖１可以看出，去離子水提取液和５０％乙醇提取液的紫外－可見光掃描波譜趨勢基本一致。在可見光區吸收峰都在５３８ ｎｍ處，去離子水提取液的吸光度明顯大于５０％乙醇提取液的吸光度，因此可確定，去離子水為鹽地堿蓬紅色素的最佳提取劑。根據文獻報道［５］，不同ｐＨ值變色特征和光譜特征可以初步認定鹽地堿蓬紅色素為甜菜紅素，甜菜紅素的測定一般用可見光５３８ ｎｍ吸收峰來表示［６，７］。本研究以５３８ ｎｍ作為紅色素的檢測波長，以比較不同因素對鹽地堿蓬紅色素提取效果的影響。

２．２料液比的選擇

一般情況下，提取劑所占比例越小，兩相間的濃度差小，傳質推動力小。提取劑所占比例越大能在較大的程度上提高傳質推動力，從而提高浸提率。由表３可以看出，隨著提取劑所占比例的增大，浸提液的吸光度變小。綜合考慮生產成本及后續處理的難度，初步確定最佳提取料液比為１∶２０。

２．３微波功率的選擇

由表４可以看出，隨著微波功率的增加，浸提液的吸光度先增加后又降低。這可能是由于隨著微波功率的增大，分子振動加快，摩擦增加，有利于有效成分溶出，但是當功率過大時，由于溫度升高造成色素損失，即初步確定最佳提取功率為５６０ Ｗ。

２．４微波處理時間的選擇

由表５可以看出，在微波輔助提取時間７０ ｓ以內，提取時間越長，浸提色素效果越好，吸光度逐漸增大，此后變化不明顯。特別是在１００ ｓ時，有部分浸提液沸出，損失部分提取液。所以在沒有冷凝裝置下，處理時間不應超過７０ ｓ。提取時間過長還會影響到色素的穩定性，綜合上述原因，初步確定提取時間為７０ ｓ。

２．５提取次數的選擇

由表６可以看出，隨著提取次數的增加，提取液的吸光度降低。由各次的吸光度計算可知，當浸提２次時吸光度明顯降低，而且浸提次數過多會浪費時間、試劑等資源，故可確定提取１次效果最佳。

２．６微波萃取最佳工藝條件的選擇

為了研究各因素水平對提取的綜合影響效果并將提取條件優化，在單因素試驗的基礎上，選取３個主要參數：料液比、提取時間、微波功率，進行三因素三水平正交試驗。結果如表７所示。由表７可看出，在正交試驗的３個因子中以料液比對鹽地堿蓬紅色素提取效率的影響較大。由極差數據Ｒ可知各因子對提取率的影響依次為：料液比＞提取時間＞微波功率。綜合分析正交試驗結果、單因素試驗結果并考慮成本因素，確定微波輔助提取鹽地堿蓬紅色素的最佳工藝條件為：提取時間為７０ ｓ，微波功率為５６０ Ｗ，料液比為１∶２０，提取次數為１次。

２．７對比試驗

由表5、8可以看出，利用微波輔助提取可以使固液浸取過程得到明顯的強化，它的浸取效率要比傳統方法的浸取效率高得多。當采用微波技術強化浸取過程時，僅需６０～７０ ｓ便可得到接近用傳統方法使整個浸取過程達到平衡時的色素浸取量。但是傳統方法需要１．５ ｈ左右才能達到浸取鹽地堿蓬紅色素的最大量，約為微波浸取時間的９０倍。

３結論

鹽地堿蓬紅色素屬于水溶性色素，易溶于去離子水和含去離子水的乙醇，難溶于丙酮等純有機溶劑。在５３８ ｎｍ附近有特征吸收峰，初步確定鹽地堿蓬紅色素為甜菜紅素。采用去離子水為提取劑，用微波進行輔助提取鹽地堿蓬紅色素，其最佳工藝條件為提取時間７０ ｓ，微波功率５６０ Ｗ，料液比１∶２０，提取次數１次。與傳統方法相比，微波輔助提取鹽地堿蓬紅色素，可以大大縮短生產周期，提高提取效率。綜上所述，采用微波輔助提取鹽地堿蓬紅色素具有省時、高效、節能等優點，具有很好的應用前景。

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