黑米花青素的浸提工藝優化及穩定性研究

田喜強，董艷萍，趙東江

（綏化學院食品與制藥工程學院，黑龍江綏化152061）

黑米花青素的浸提工藝優化及穩定性研究

田喜強，董艷萍，趙東江

（綏化學院食品與制藥工程學院，黑龍江綏化152061）

該文對黑米花青素的提取工藝進行優化，在單因素試驗的基礎上，以浸提時間、料液比、提取溫度為自變量，通過正交試驗得到浸提黑米花青素的最佳工藝條件為乙醇、乙酸乙酯混合溶液1∶1（V/V），提取時間90 min，提取溫度80℃，料液比1∶6（g∶mL）。在此工藝條件下，黑米花青素吸光度值為3.761。進一步研究不同溫度、光照、氧化劑等貯藏條件對黑米中花青素穩定性的影響。結果表明，黑米花青素在≤80℃的環境中存放具有一定的穩定性；日光對黑米花青素的穩定性有很大影響，應避光保存；氧化劑對花青素有明顯的破壞作用，其體積越大，破壞作用越大。

黑米；花青素；浸提工藝；穩定性

目前，隨著人工食品著色劑安全性的降低，天然色素作為食品著色劑的使用量不斷增加［1-4］。天然色素廣泛存在于有色水果和蔬菜中，在黑莓、藍莓、越橘、葡萄、紅莓、草莓、桑葚、黑豆、甘藍、紫甘薯等蔬菜和水果中色素含量均較高［5-11］。黑米花青素具有純天然效應和營養功能，應用于食品中安全性高，對人體無害，具有廣闊的市場應用前景。黑米是稻米中的珍品，富含藥用價值很高的黑米花青素，安全無毒，具有營養和藥理作用，能夠增強血管彈性，改善循環系統和降低冠心病發病率，改善視敏度，抗氧化和抗癌活性，改善關節柔韌，是滋補佳品［12-15］。黑米花青素作為一種天然食用色素，因其原料來源多，價格低廉，受到廣大消費者的歡迎，有可能成為一種廣泛使用的新型食用色素源。

本研究考察了黑米花青素的浸提工藝，通過正交試驗對提取工藝進行優化，對黑米花青素的穩定性進行了研究，以期為黑米花青素的進一步應用提供了理論參考。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

黑米（粉碎過60目篩）：市售；黑米花青素提取液：本實驗室保藏；甲醇、無水乙醇、乙酸乙酯、過氫化氫（均為分析純）：天津科密歐化學試劑公司。

1.2儀器與設備

TU-1901紫外-可見分光光度計：北京普析通用儀器公司；JBZ-14H型磁力攪拌器：上海隆拓儀器有限公司。1.3方法

1.3.1黑米花青素最大吸收波長的確定

取一定量黑米花青素提取液用乙醇和乙酸乙酯混合溶液稀釋至適當濃度，采用TU-1901紫外可見分光光度計在波長350～650 nm范圍內進行全波長掃描，測定黑米花青素的吸收光譜，確定其最大吸收波長。

1.3.2單因素試驗

提取溶液的確定：稱取2.00 g黑米粉4份，分別溶于10 mL的無水乙醇、甲醇、乙酸乙酯和1∶1的無水乙醇和乙酸乙酯混合液中，在20℃恒溫浸提30 min，過濾，分別用提取液定容至50 mL。利用紫外分光光度計測定吸光度值，確定最佳提取溶液。

料液比的確定：稱取2.00 g黑米粉5份，溶于1∶1的無水乙醇和乙酸乙酯的混合溶液中，使料液比為1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10（g∶mL），在20℃恒溫浸提30 min，過濾，定容至50 mL。利用紫外分光光度計測定吸光度值，確定最佳提取料液比。

提取溫度的確定：稱取2.00 g黑米粉，溶于10 mL 1∶1的無水乙醇和乙酸乙酯混合液中，分別在20℃、40℃、60℃、80℃恒溫浸提30 min，過濾，定容至50 mL。利用紫外分光光度計測定吸光度值，確定最佳提取溫度。

提取時間的確定：稱取2.00 g黑米粉，溶于10 mL 1∶1的無水乙醇和乙酸乙酯混合液中，分別在20℃恒溫浸提30 min、60 min、90 min、120 min，過濾，定容至50 mL。利用紫外分光光度計測定吸光度值，確定最佳提取時間。

1.3.3黑米花青素提取條件的優化

在單因素試驗的基礎上，以提取液的吸光度值為評價指標，設計L9（33）正交試驗考察提取溫度、料液比、提取時間對黑米花青素提取液吸光度值的影響，確定黑米花青素的最佳提取工藝，正交試驗因素水平見表1。

表1　黑米花青素提取工藝優化正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for anthocyanins from black rice extraction conditions optimization

1.3.4黑米花青素的穩定性試驗

溫度對黑米花青素穩定性的影響：取4支25 mL具塞比色管，在每個帶塞錐形瓶中分別加入10 mL的花青素提取液。分別置于20℃、40℃、60℃、80℃恒溫水浴鍋中，30 min后取樣，在波長530 nm處測定吸光度值。

光照時間對黑米花青素穩定性的影響：取4支25 mL具塞比色管，取10 mL配制好的黑米花青素溶液，分別放入25 mL的比色管中置于日光直射區，自然放置，分別在1 h、2 h、3 h和4 h時取樣，在波長530 nm處測定吸光度值。

氧化劑對黑米中花青素穩定性的影響：分別取等量的黑米花青素溶液10 mL，置于5支25 mL具塞比色管，1支對照樣，另外4支分別加入0.1 mL、0.3 mL、0.4 mL、0.5 mL過氧化氫溶液，在波長530 nm處測定吸光度值。

2　結果與分析

2.1黑米花青素最大吸收波長的確定

使用TU-1901紫外分光光度計在波長350～650 nm范圍內進行掃描，確定黑米花青素提取液的最大吸收波長，黑米花青素的吸收光譜圖見圖1。

圖1　黑米花青素的紫外吸收光譜圖Fig.1 UV absorption spectrogram of anthocyanins from black rice

由圖1可知，黑米花青素提取液最大吸收波長為530 nm。

2.2單因素試驗

2.2.1提取溶液對黑米中花青素提取的影響

圖2　不同提取溶液對黑米花青素提取的影響Fig.2 Extraction effect of black rice anthocyanins in different extraction solvents

由圖2可知，1∶1的無水乙醇與乙酸乙酯混合溶液的吸光度值最大，提取效果最好。故選擇最適提取溶劑為無水乙醇與乙酸乙酯混合溶液1∶1（V∶V）。

2.2.2料液比對黑米中花青素提取的影響

圖3　料液比對黑米花青素提取的影響Fig.3 Effect of solid-liquid ratio on black rice anthocyanins extraction

由圖3可知，吸光度值隨料液比的增加而增加，并在料液比為1∶6（g∶mL）時處達到最大值，繼續增加料液比，吸光度值緩慢減小，故選擇最適提取料液比為1∶6（g∶mL）。

2.2.3提取溫度對提取花青素的影響

圖4　提取溫度對黑米花青素提取的影響Fig.4 Effect of extraction temperature on black rice anthocyaninsextraction

由圖4可知，溫度為20～80℃時，溶液的吸光度值隨提取溫度的升高而增加，說明溫度高對黑米花青素提取有利；溫度超過80℃后，吸光度值下降；因此，選擇最適提取溫度為80℃。

通過24位的AD轉換器ADS1212P進行AD轉換，由于ADS1212P采用5V參考電壓，因此與MS430單片機連接時采用光電隔離電路H11L1進行信號的隔離，讀取AD1212P的AD轉換結果采用的是SPI總線（見圖3）。

2.2.4提取時間對花青素提取的影響

圖5　提取時間對黑米花青素提取的影響Fig.5 Effect of extraction time on black rice anthocyanins extraction

由圖5可知，在提取時間30～90 min范圍內，吸光度值隨提取時間延長而增加，當提取時間為90 min時，吸光度值（花青素的提取量）達到最大值，在90～120 min范圍內吸光度值隨提取時間增加而減小。故選擇最適宜提取時間為90 min。

2.3正交試驗

黑米花青素提取工藝優化正交試驗結果與分析見表2，方差分析見表3。從表2及表3可以看出，3個因素對黑米花青素的提取率的影響大小依次為C＞A＞B，即提取時間＞提取溫度＞料液比，其中，提取時間對提取率的影響顯著；3個因素的最優組合為A3B1C1，即當提取溫度為80℃，料液比為1∶4（g∶mL），提取時間為30 min時，吸光度值為3.761，花青素提取效果最好。

表2　黑米花青素提取工藝優化正交試驗結果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiments for black rice anthocyanins extraction conditions optimization

表3　正交試驗結果方差分析Table 3 Variance analysis of the orthogonal experiments results

2.4黑米花青素穩定性的研究

2.4.1溫度對黑米花青素穩定性的影響

表4　溫度對黑米花青素穩定性的影響Table 4 Effect of temperature on black rice anthocyanins stability

由表4可以看出，在20～80 ℃保存時，吸光度值分別為0.802、0.796、0.792、0.788，隨著保存溫度的升高，黑米花青素的吸光度值略有下降。當溫度在100 ℃時，吸光度值下降趨勢明顯，這說明了溫度過高時黑米花青素吸光度值下降。因此，應放置在≤80 ℃的環境之中。

表5　光照時間對黑米花青素穩定性的影響Table 5 Effect of illumination time on black rice anthocyanins stability

由表5可知，在光照0～4 h時吸光度值分別為0.852、0.827、0.784、0.631、0.425。說明在光照條件下花青素的穩定性下降，因此，花青素最好避光保存。

2.4.3氧化劑（過氧化氫）對花青素穩定性的影響

表6　氧化劑對黑米花青素穩定性的影響Table 6 Effect of oxidizing agent on black rice anthocyanins stability

由表6可知，當過氧化氫加入量為0～0.5 mL時，吸光度值分別為0.983、0.802、0.715、0.532、0.328。可見黑米花青素在過氧化氫的作用下變化較大，隨著過氧化氫加入量的增加，吸光度值下降明顯。故氧化劑對花青素有明顯的破壞作用，氧化劑量越大，破壞作用越大。所以黑米花青素食品在制造、儲存和運輸過程中應盡量避免與氧化劑接觸，以保持食品色澤。

3　結論

黑米富含天然花青素，其色澤明顯，具有顯著的藥理功能。通過試驗得出黑米花青素的最佳提取條件：最佳提取溶劑為無水乙醇與乙酸乙酯混合溶液1∶1（V∶V）、提取時間30 min、提取溫度80℃、料液比1∶4（g∶mL）。經驗證，該工藝條件下黑米花青素吸光度值為3.872。同時，穩定性研究表明：黑米花青素在≤80℃的環境中存放具有一定的穩定性；光照對黑米花青素的穩定性有很大影響，避光保存花青素的穩定性最好；氧化劑對花青素有明顯的破壞作用，其體積越大，破壞作用越大。該提取工藝為黑米花青素的進一步應用提供了理論參考。

［1］鐘巖，李澤鴻，邵明富.黑米色素的提取方法及穩定性研究［J］.北方園藝，2008（10）：71-73.

［2］孫麗華，江月仙，王巧懿.天然抗氧化劑原花青素的保健功能及其應用［J］.食品研究與開發，2004，25（2）：109-112.

［3］田喜強，董艷萍，馬松艷.茄子皮紅色素浸提工藝及穩定性研究［J］.中國釀造，2014，33（5）：133-136.

［4］周寶利，張琦，葉雪凌，等.不同品種茄子果皮花青素含量及其穩定性［J］.食品科學，2011，32（1）：99-103.

［5］陳海華.茄子皮紅色素穩定性研究［J］.糧油食品科技，2009，17（3）：47-49.

［6］張守媛，李太襯，欒波，等.響應面法優化茄子皮色素的浸提工藝及抗氧化性研究［J］.中國釀造，2013，32（4）：118-122.

［7］許友姣，劉洋，陸利霞.新天然色素的研究進展［J］.食品研究與開發，2009，30（1）：165-169.

［8］張會香，楊世軍，梁閃坐.紫甘藍色素的抑菌性和抗氧化性研究［J］.食品工業，2010（4）：64-66.

［9］王偉，嚴賢春，王簫，等.白杜果肉黃色素的提取及其穩定性研究［J］.食品研究與開發，2009，30（3）：173-177.

［10］蔡吉清，李秀玲.微波輔助法提取紫甘薯中的原花青素及含量的測定［J］.浙江化工，2011，42（2）：29-30.

［11］李月，陳錦屏.石榴果汁花青素的穩定性及其護色工藝研究［J］.食品工業科技，2004，25（12）：74-76.

［12］石娟，張曼莉，孫漢巨，等.黑米花青素體內抗氧化研究［J］.食品工業科技，2015，36（5）：348-369.

［13］張文佳，張昊琛，鮑康勝，等.黑米花青素提取與純化工藝研究［J］.安徽農業科學，2015，39（36）：22561-22563.

［14］吳素萍，徐桂花.試論黑米的營養價值及其應用［J］.食品工業，2004（5）：5-6.

［15］孔令瑤，汪云，曹玉華，等.黑米色素的組成與結構分析［J］.食品與生物技術學報，2008（2）：25-29.

TIAN Xiqiang，DONG Yanping，ZHAO Dongjiang
（Department of Food and Pharmaceutical Engineering，Suihua University，Suihua 152061，China）

The optimum conditions for the anthocyanins extraction from black rice were determined using orthogonal experiment.On the basis of single-factor experiments，using extraction time，solid to liquid ratio and extraction temperature as evaluation factor，the extraction process was optimized by orthogonal test.The results showed that the optimal extraction conditions were ethanol and ethyl acetate mixture（1∶1）as extract，extraction time 90 min，temperature 80℃，solid-liquid ratio 1∶6（g∶ml）.Under these conditions，the absorbance value of the black rice anthocyanin was 3.761. Moreover，the effects of different storage conditions of temperature，illumination，oxidizing agent on the stability of anthocyanins were investigated，and results showed that black rice anthocyanins showed certain stability when the temperature was less or equal to 80℃，daylight had a great effect on the stability of black rice anthocyanins，which should be kept away from light.Oxidizing agent had obvious damage effect on anthocyanins，the larger volume，the greater damage.

black rice；anthocyanins；extraction technology；stability

TS215

0254-5071（2016）06-0161-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.06.034

2015-11-27

綏化學院科學技術研究項目（K1501001）

田喜強（1979-），男，副教授，碩士，主要從事納米材料和食品功能成分的研究工作。