黑桑色素提取工藝的優化研究

通信作者：張帆，男，博士，教授，博士生導師，研究方向：中藥與民族藥資源,E-mail:zhangfan596@163.com。

黑桑色素提取工藝的優化研究

周倩1， 施洋2， 蘭衛1,3， 張帆1,3， 王紅麗1

(1新疆醫科大學中醫學院中藥系；2新疆醫科大學；3新疆名醫名方與特色方劑重點實驗室， 烏魯木齊830011)

摘要：目的以色素色價為指標，研究從黑桑中提取色素的較佳提取工藝。方法在單因素實驗基礎上，采用L-9(3+4)正交試驗設計安排實驗，采用紫外光譜法測定黑桑中色素的色價。選用乙醇濃度、提取時間、提取溫度及提取pH值作為研究因素，以提取液中色素的色價為考察指標。結果各因素對色素提取率的影響程度大小順序為：乙醇濃度>提取溫度>提取pH>提取時間，乙醇濃度對色素提取的影響具有顯著性，而提取時間、提取溫度及提取pH值的影響不顯著。經L-9(3+4)正交試驗和方差分析，確定從黑桑中提取色素較佳工藝條件為：乙醇濃度為60%，溫度為25℃，時間為6 h,pH值為6。結論優化工藝合理可行，提取效率高，穩定成本低，重現性好，適合于大規模生產。

關鍵詞：黑桑； 色素； 色價； 提取工藝優化

基金項目：國家自然科學基金(81160547)

作者簡介：周倩(1991-)，女，在讀碩士，研究方向：藥食兩用資源。

中圖分類號：R282.5

doi:10.3969/j.issn.1009-5551.2015.03.009

[收稿日期：2014-11-01]

The study on the optimization of Morus nigra Linn

Pigment extraction technique

ZHOU Qian1, SHI Yang2, LAN Wei1,3, ZHANG Fan1,3, WANG Hongli1

(1ChineseMedicineDepartment,XinjiangMedicalUniversity;2XinjiangMedicalUniversity;

3XinjiangLaboratoryofFamousPrescriptionandScienceofFormulas,Urumqi830011,China)

Abstract:ObjectiveTo study the optimal technique of pigment extraction from Morus nigra Linn, and to mensurate its colored value. MethodsOn the basis of single factor experiments, L-9(3+4) orthogonal experiments were performed. The ultraviolet spectrophotometry method was used for mensurate pigment colored value from M. nigra Linn. The ethanol concentration, extraction time, extraction temperature and pH value of extraction were studied with the colored value in content as the index. ResultThe influence order was as follows: ethanol concentration> extraction temperature >pH value of extraction> extraction time. The ethanol concentration had a significant effect on pigment extraction, while extraction time, extraction temperature and pH value of extraction had mot. The optimal conditions were as follows: 60% of ethanol concentration, 25℃ of extraction temperature, 6 h of extraction time and 6 of extraction pH value. ConclusionThe optimization process is reasonable and feasible. The method developed here is efficient, stable, repeatable and with lower cost

Key words:MorusnigraLinn; Pigment; Colored value; Optimization of extraction process

黑桑椹俗稱桑棗與桑子，為桑科桑屬植物黑桑(Morus nigra Linn)的成熟聚花果[1]，黑桑果色澤通常為紫紅色或紫黑色，質地油潤富有彈性，味微酸而甜[2]。早在1993年國家衛生部把桑椹列為“既是食品又是藥品”的農產品之一。桑椹因其含有多種營養物質，和沙棘、懸鉤子等一起被譽為“第三代水果”[3]。1988年藥桑椹被國家衛生部列為首批藥食同源植物，被醫學界譽為“民間圣果”和“21世紀的最佳保健果品”[4]。

黑桑果汁呈紅棕色，因其鮮艷的顏色，在喀什及和田地區黑桑果汁長期應用于糕點食品的著色。黑桑紅色素具有補血、利肝、利尿、抗氧化及消除自由基等作用。可廣泛用于食品工業、保健品、醫藥工業及化妝品工業中[5-6]。隨著人們對人工合成色素毒性的認識，越來越多的國家限制在食品中使用合成色素，從而為天然色素的發展提供了空間[7]。為了進一步開發黑桑色素在工業生產中應用，將其開發成天然色素制品提供技術依據，本研究采用溶劑浸提法提取黑桑中的色素，紫外光譜法測定色素色價。選用提取濃度、提取時間、提取溫度、提取pH值及料液比作為研究因素，通過L-9(3+4)正交試驗對黑桑中色素提取工藝進行了優化。

1儀器與試藥

1.1儀器GBC Cintra 40 紫外可見分光光度計(澳大利亞GBC科學儀器公司)，AL204電子天平(上海梅特勒-托利多儀器有限公司)，PHSJ-3F型實驗室pH計(上海儀電科學儀器股份有限公司)。

1.2試藥黑桑(M. nigra Linn)干果于2013年11月采購自烏魯木齊市，經新疆醫科大學中藥系張帆教授鑒定為桑科桑屬植物黑桑(Morus nigra Linn)的成熟果實。

2方法與結果

2.1原料的預處理將黑桑干果置于搖擺式中藥粉碎機中粉碎后備用。

(A:吸光度； F:稀釋倍數; 10:色價系數)。

2.3單因素考察[11]稱取預處理的50 g黑桑乙醇浸提，在其他條件一致的情況下，分別考察乙醇濃度、提取時間、提取溫度、提取pH值，以確定因素水平表。單因素考察結果顯示：對于乙醇濃度的選擇，在相同條件下較好提取溶劑的濃度為60%乙醇，故多因素水平中乙醇濃度可選為60%、70%與80%；較好提取時間為4 h，故多因素水平提取時間選為4 h、6 h與8 h；較好提取溫度為20℃，故多因素水平提取溫度選為20℃、25℃與30℃；較好提取pH值為6，故多因素水平提取pH值選為5、6與7；而對于提取料液比，較好提取料液比為1∶20，但因為相較于其他因素，料液比對色素的提取影響相對較小，故多因素水平設計時未考慮影像(表1)。

表1　單因素實驗結果

2.4正交試驗設計根據單因素實驗結果，選用乙醇濃度、提取時間、提取溫度及提取pH值作為考察因素，以提取液中色素的色價為考察指標，選用L-9(3+4)正交設計，因素水平見表2。

表2　因素水平表

對黑桑中色素提取的L-9(3-4)正交試驗方案和結果進行檢測計算，結果見表3，正交實驗結果方差分析見表4。由直觀分析可知，最優方案為A-1B-2C-2D-2，即乙醇濃度為60%，提取溫度為25℃，提取時間為6 h,提取pH值為6。

表3　正交表設計及結果

表4　正交試驗方差分析

由表4可以看出，各因素對色素色價的影響程度大小順序為A>B>D>C，因素A對色素色價的影響具有顯著性，而B、C與D的影響不顯著。因此，最優提取條件為A-1B-2C-2D-2。

2.5驗證試驗為考察上述正交試驗優選提取工藝的穩定性，在最佳條件下，即乙醇濃度為60%、提取溫度為25℃、提取時間為6 h、提取pH值為6，重復實驗3次，結果在最佳提取工藝下該工藝穩定可行,見表5。

表5　正交驗證實驗結果

3結論

相比考慮到微波提取、超聲提取等生產設備相對昂貴，結合生產實際及色素的理化性質，可以確定采用乙醇浸提法對黑桑中色素進行大規模提取。

本實驗考察了黑桑色素提取過程中工藝條件對提取過程的影響，采用正交試驗方法對提取過程的工藝條件進行了優化，確定了黑桑色素的提取的最佳工藝參數為：乙醇濃度為60%、提取溫度為25℃，提取時間為6 h，提取pH值為6。通過驗證試驗證明，所得提取工藝條件可靠。

參考文獻：

[1]張帆, 武琳, 孫蕓. 天然藥桑色素的理化性質研究[J]. 新疆醫科大學學報, 2010,33(8):897-898,901.

[2]鄭建仙. 功能性食品(第二卷)[M]. 北京:中國輕工業出版社, 1999:72-74.

[3]楊海霞, 朱祥瑞, 房澤民. 桑椹的藥用價值及開發利用[J]. 蠶桑通報, 2003, 34(3):5-8.

[4]張盡. 入夏時今話“桑椹”[J]. 健身科學, 2005, 9(5):41.

[5]Stintzing FC, Carle R. Functional properties of anthocyanins and betalains in plants, food and in human nutrition [J]. Trends Food Sci Technol, 2004, 15(1):19-38.

[6]肖更生, 徐玉絹. 桑椹的營養、保健功能及其加工利用[J].中藥材, 2000, 24(1):70-72.

[7]夏潔如, 向晨茜, 王洪偉. 食用天然色素功能應用及發展趨勢[J].中國釀造, 2008, 27(22):1-4.

[8]藺定運. 食用色素的識別與應用[M]. 北京:中國食品出版社, 1987:105.

[9]劉學銘, 肖更生, 徐玉娟, 等. D101A大孔吸附樹脂吸附和分離桑椹紅色素的研究[J].食品與發酵工業, 2002,33(1):19-22.

[10]陳冠林, 胡坤, 鄧曉婷, 等. 紅肉火龍果果皮色素的純化及穩定性的研究[J].中國農業通報, 2012, 28(27):211-282.

[11]段紅蓮, 徐建國, 徐懷德. 桑椹果渣中桑椹紅色素的提取工藝研究[J].食品科技, 2007, 32(1):134-136.

(本文編輯施洋)