紫甘薯色素提取工藝條件的優(yōu)化

關(guān)晴月，鄒宇

(大連民族大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連 116600)

紫甘薯色素提取工藝條件的優(yōu)化

關(guān)晴月，鄒宇*

(大連民族大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連 116600)

以紫甘薯為試材，采用響應(yīng)面實驗設(shè)計的方法研究其色素最優(yōu)提取工藝條件。結(jié)果表明：最優(yōu)紫甘薯色素提取條件為提取溫度77.79 ℃，提取時間20.76 min和液料比 37.25 (mL/g)。驗證實驗結(jié)果表明：實測值與預(yù)測值相一致，在最優(yōu)的紫甘薯色素提取工藝條件下，色素色價達(dá)到最大值205.81 U/mL。

紫甘薯；色素；提取條件；響應(yīng)面；優(yōu)化

紫甘薯屬旋花科一年生草本植物，其肉質(zhì)塊根呈紫紅色，富含花色苷色素。紫甘薯色素作為一種天然色素，不僅安全無毒，而且著色能力強(qiáng)、色澤艷麗、穩(wěn)定性好[1]。研究表明：紫甘薯色素在抗氧化[2]、抑菌[3,4]、抗腫瘤[5]、降血糖[6]、降血脂和保護(hù)肝臟[7]等方面具有良好的作用，能夠作為食品添加劑用于飲料、調(diào)味品和酒類食品中，應(yīng)用前景十分廣闊。我國自20世紀(jì)90年代從日本引進(jìn)紫甘薯后，先后培育出多種適合國內(nèi)栽培的新品種[8]。目前，我國紫甘薯的種植面積和產(chǎn)量均居世界前列，豐富的紫甘薯資源為紫甘薯天然色素的開發(fā)利用提供了保障。本文采用響應(yīng)面實驗設(shè)計的方法優(yōu)化紫甘薯色素的提取工藝條件，并分析提取工藝條件各因素對紫甘薯色素提取液色價的影響，旨在為植物源天然食用色素的開發(fā)和利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

紫甘薯 貴州省銅仁市農(nóng)貿(mào)市場；95%乙醇(分析純) 天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器設(shè)備

YQ-3電動勻漿機(jī) 江蘇同君儀器科技有限公司；TDL-40B離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠；UV-2802紫外可見分光光度計 美國尤尼科公司；GHH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司；AL204電子分析天平 梅特勒-托利多有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 紫甘薯色素的提取和色價的計算

取新鮮無腐爛變質(zhì)的紫甘薯，清水沖洗后，晾干切碎，準(zhǔn)確稱取1 g樣品，加入提取溶劑(95%乙醇)打漿，恒溫水浴浸提，浸提液4000 r/min離心10 min，取上清液，適當(dāng)稀釋，測定525 nm處吸光度值[9]。

色價(U/mL)= A525×稀釋倍數(shù)/提取溶劑體積。

1.3.2 色素提取的響應(yīng)面實驗設(shè)計

選取提取溫度、提取時間和液料比為自變量，選擇Box-Behnken響應(yīng)面實驗設(shè)計優(yōu)化紫甘薯色素提取工藝條件，實驗因素水平設(shè)計見表1。

表1 實驗因素與水平表

2 結(jié)果與分析

2.1 響應(yīng)面實驗設(shè)計和結(jié)果

采用響應(yīng)面實驗設(shè)計方法，對紫甘薯色素提取工藝條件中的提取溫度、提取時間和液料比進(jìn)行優(yōu)化，以獲得最大色素提取液色價。提取工藝條件的實驗設(shè)計和結(jié)果見表2。

表2 紫甘薯色素提取工藝條件實驗設(shè)計和結(jié)果

利用Design Expert軟件預(yù)測紫甘薯色素色價的最大值，得到擬合實驗結(jié)果的響應(yīng)面回歸模型：

Y=-2183.77+48.42A+0.29B+25.61C-0.29A2-0.03B2-0.29C2-0.03AB-0.05AC+0.07BC。

表3 響應(yīng)面回歸模型的方差分析

由表3可知，該響應(yīng)面回歸模型顯著(p<0.05)，決定系數(shù)(R2)為0.9015，說明響應(yīng)面回歸模型中90.15%的色素色價變化歸因于提取工藝條件。這些結(jié)果表明根據(jù)實驗結(jié)果所建的響應(yīng)面回歸模型可以用來預(yù)測紫甘薯色素提取液中的色價。

2.2 影響色素提取液色價的工藝條件分析

當(dāng)液料比為40 (mL/g)時，提取溫度(A)和提取時間(B)對紫甘薯色素提取液色價的影響見圖1。

圖1 提取溫度和提取時間對紫甘薯色素色價影響的響應(yīng)面圖

提取溫度的一次項和二次項對紫甘薯色素提取液色價有顯著影響(p<0.05)，而提取時間以及提取溫度和提取時間的交互作用對色素色價的影響并不顯著(p>0.05)，見表3。當(dāng)提取時間保持固定不變時，隨著提取溫度的逐漸升高，紫甘薯提取液色素色價呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢。當(dāng)提取溫度保持固定不變時，隨著提取時間的延長，紫甘薯提取液色素色價呈現(xiàn)逐漸減小的變化趨勢，這可能是由于提取過程中長時間的高溫作用促使一部分色素發(fā)生了降解，所以色素提取液色價有所下降。

提取時間為30 min的工藝條件下，提取溫度(A)和液料比(C)對紫甘薯色素色價的影響見圖2。

圖2 提取溫度和液料比對紫甘薯色素色價影響的響應(yīng)面圖

液料比的二次項對紫甘薯色素提取液色價有顯著影響(p<0.05)，但其一次項以及提取溫度和液料比的交互作用對色素色價的影響并不顯著(p>0.05)，見表3。當(dāng)液料比保持固定不變時，隨著提取溫度的逐漸升高，紫甘薯色素提取液色價逐漸增大，直到提取溫度為80 ℃左右時達(dá)到色素色價最大值，然后逐漸下降。當(dāng)提取溫度保持固定不變時，隨著液料比的逐漸增大，紫甘薯色素提取液色價呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，這和Zou等[10]的實驗結(jié)果相一致。

當(dāng)提取溫度為80 ℃時，提取時間(B)和液料比(C)對紫甘薯色素色價的影響見圖3。

圖3 提取時間和液料比對紫甘薯色素色價影響的響應(yīng)面圖

提取時間和液料比的交互作用對色素色價的影響并不顯著(p>0.05)，見表3。當(dāng)提取時間保持固定不變時，隨著液料比逐漸增大，紫甘薯色素提取液色價呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢。當(dāng)液料比保持固定不變時，隨著提取時間的延長，紫甘薯色素色價呈現(xiàn)逐漸減小的變化趨勢，這也說明紫甘薯經(jīng)長時間的高溫提取，其色素色價并不能進(jìn)一步提高。

2.3 響應(yīng)面回歸模型的優(yōu)化和驗證

根據(jù)實驗結(jié)果，經(jīng)設(shè)計軟件優(yōu)化后，得到紫甘薯色素提取的最優(yōu)工藝條件：提取溫度77.79 ℃，提取時間20.76 min和液料比37.25 (mL/g)。響應(yīng)面回歸模型預(yù)測，在此工藝條件下最大紫甘薯色素提取液色價為204.59 U/mL。

為確定實驗中建立的響應(yīng)面回歸模型的準(zhǔn)確性，對模型預(yù)測的最優(yōu)提取工藝條件進(jìn)行驗證性實驗，見表4。紫甘薯色素色價的實測值與預(yù)測值相一致，說明實驗中建立的響應(yīng)面回歸模型有效且可靠。在最優(yōu)的紫甘薯色素提取工藝條件下，最大色素色價達(dá)到205.81 U/mL。

表4 驗證實驗設(shè)計與結(jié)果

3 結(jié)論

紫甘薯色素提取優(yōu)化實驗結(jié)果表明：在提取溫度77.79 ℃、提取時間20.76 min和液料比37.25 (mL/g)的提取工藝條件下，響應(yīng)面回歸模型預(yù)測紫甘薯色素提取液色價達(dá)到最大值204.59 U/mL。驗證實驗結(jié)果表明：在此提取工藝條件下，紫甘薯色素色價為205.81 U/mL，與預(yù)測值相一致，說明實驗得到的響應(yīng)面回歸模型有效且可靠。

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Optimization of Extraction Technology Conditions of Pigment from Purple Sweet Potato

GUAN Qing-yue, ZOU Yu*

(College of Life Science, Dalian Nationalities University, Dalian 116600, China)

The extraction technology conditions of pigment from purple sweet potato are optimized. The response surface experimental results show that the optimum extraction conditions are as follows: extraction temperature is 77.79 ℃, extraction time is 20.76 min and liquid-solid ratio is 37.25 (mL/g). Verification test results show that the measured value is consistent with the predicted value. Under the optimized extraction conditions, the largest color value of pigment extracted from purple sweet potato is 205.81 U/mL.

purple sweet potato;pigment;extraction condition;response surface;optimization

2017-01-14 *通訊作者

國家科技支撐計劃項目(2012BAD38B05)；大連民族大學(xué)2017年度“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”項目

關(guān)晴月(1997-)，女，遼寧丹東人，主要從事天然食用色素方面的研究； 鄒宇(1979-)，男，吉林通化人，講師，主要從事食品生物技術(shù)方面的研究。

TS202.3

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.06.033

1000-9973(2017)06-0149-03