紫薯花青素提取工藝研究

王 晴，陳紅玲，吳 超，龍 濤，段 紅，李瑩涵

紫薯花青素提取工藝研究

王 晴，陳紅玲，吳 超，龍 濤，段 紅，李瑩涵

（宿州學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，安徽 宿州 234000）

采用正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)紫薯中花青素的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，分析了乙醇與鹽酸比、提取時(shí)間、提取溫度以及料液比的影響。正交結(jié)果顯示紫薯花青素提取最佳條件：醇酸比為55:45，提取時(shí)間105 min，提取溫度60 ℃，料液比1:10。

紫薯；花青素；提取

花青素又稱花色素，是一類水溶性的植物色素，系類黃酮類化合物。花青素廣泛存在于高等植物中，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，有27個(gè)科、72個(gè)屬植物中含有花青素類色素[1,2]。大量研究表明，花青素是一種安全、無毒且具有一定營(yíng)養(yǎng)功能和藥理作用的天然食用色素[3]?；ㄇ嗨氐淖杂苫宄芰κ蔷S生素E的50倍，是維生素C的20倍[4]，它的發(fā)現(xiàn)使人類找到了最簡(jiǎn)單有效的抗氧化抗衰老的辦法?；ㄇ嗨剡€具有抗腫瘤、抗突變、防治心血管疾病、減輕肝臟機(jī)能障礙等作用，可以預(yù)防和治療100多種疾病[5]?；ㄇ嗨匾褟V泛應(yīng)用于醫(yī)療、保健品、食品及化妝品等領(lǐng)域，因此，其開發(fā)與利用具有很大的研究?jī)r(jià)值。花青素的提取方法主要有溶劑萃取法和發(fā)酵法，在實(shí)際應(yīng)用過程中常結(jié)合機(jī)械破碎、加熱、酶制劑和超聲波等輔助技術(shù)[6-8]。目前，工業(yè)生產(chǎn)中主要以葡萄、藍(lán)莓等為原料提取和加工花青素，因此，有必要尋找新型的花青素源植物。目前中國(guó)紫薯育種工作者將國(guó)外引進(jìn)品種經(jīng)雜交改良之后，育成一些色素含量及紫薯產(chǎn)量都很高的理想品種，可以滿足工業(yè)化提取色素的要求[9]。紫薯是近年來國(guó)內(nèi)外新興的特種甘薯品種，所含花色甙類紅色素與葡萄皮等原料相當(dāng)，其穩(wěn)定性又優(yōu)于葡萄皮和黑莓色素等。它是一種重要的天然色素源，在食品醫(yī)藥等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用前景。

紫薯色素屬于花青素類物質(zhì)，含量豐富且穩(wěn)定性高[10]。紫薯產(chǎn)量高，價(jià)格低廉，提取成本低，用紫薯為原料可以解決當(dāng)前工業(yè)化生產(chǎn)花青素的不足。因此，紫薯有望成為一種廣泛使用的新型色素源，將來紫薯花青素可能用于腫瘤、心血管等疾病的生物制藥上。為了進(jìn)一步確定紫薯花青素提取的最佳工藝條件，本文對(duì)提取劑濃度及用量、提取溫度、提取時(shí)間等進(jìn)行探索分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料、試劑與儀器

紫甘薯，購(gòu)于宿州大潤(rùn)發(fā)超市。鹽酸、無水乙醇、95%乙醇、氯化鈉均為分析純，購(gòu)于上海國(guó)藥集團(tuán)。

可見分光光度計(jì)（723型，上海光譜儀器有限公司）、臺(tái)式高速低溫離心機(jī)（5418R，德國(guó)Eppendorf公司）、純水機(jī)（21-X-P1515B，北京群先科技發(fā)展中心）、電熱恒溫水浴鍋（HH-8，天津津立儀器設(shè)備科技發(fā)展有限公司）、電子天平（BSA224SCW，德國(guó)賽多利斯集團(tuán)）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

選用新鮮優(yōu)質(zhì)的紫薯，洗凈，去皮，切丁，護(hù)色，干燥，粉碎過80目篩?；ㄇ嗨氐奶崛〔扇∪軇┹腿》āＳ煤芯凭乃嵝匀芤禾崛『螅俳?jīng)過濾、濃縮等工藝得到最終的產(chǎn)品。溶劑法工藝簡(jiǎn)單，實(shí)際生產(chǎn)中大多采用溶劑法，所用提取劑有醋酸、鹽酸、硫酸、甲酸、檸檬酸、乙醇等，而使用醇酸作為提取劑比較合適。

紫薯花青素在可見光區(qū)的吸收曲線如圖1所示。最大吸收波長(zhǎng)（λax）為530 nm。文中所測(cè)的吸光度均在此波長(zhǎng)下測(cè)得。

圖1 紫薯花青素可見光區(qū)吸收光譜

采用消光系數(shù)法測(cè)定紫甘薯花色苷含量。稱取1.00 g紫甘薯粉，用10 ml酸化乙醇（95%乙醇和1.5 N HCl體積比為55:45），提取完全后，過濾，離心，稀釋相同倍數(shù)后，于1 cm比色皿中，波長(zhǎng)為530 nm處測(cè)定吸光值。

總花色苷含量（mg/100 g）：

h=(×/98.2×)×100

即100 g原料中含總花色苷含量（mg）。式中，為530 nm處直接測(cè)定的吸光值（A530）；為萃取液測(cè)定時(shí)稀釋的總體積數(shù)（ml）；為樣品質(zhì)量（g）；98.2為1%花色苷摩爾消光系數(shù)。

1.3 紫薯花青素單因素實(shí)驗(yàn)

醇酸比的影響。稱取9份樣品，每份稱取1.00 g紫甘薯粉，于9支試管中，在料液比為1:10，溫度為30 ℃，用95%乙醇與1.5 N HCl比為85:15、80:20、75:25、70:30、65:35、60:40、55:45、50:50、45:55的溶液進(jìn)行提取，密封浸提時(shí)間為60 min，中間每15 min搖晃一次。離心稀釋后，在530 nm測(cè)定吸光度，重復(fù)三次求得平均值。

提取時(shí)間的影響。稱取9份樣品，每份稱取1.00 g紫甘薯粉，于9支試管中，在料液比為1:10，溫度為30 ℃，醇酸比為60:40，分別密封浸提30 min、45 min、60 min、75 min、90 min、105 min、120 min、135 min、150 min，中間每15 min搖晃一次。離心稀釋后，在530 nm測(cè)定吸光度，重復(fù)三次求得平均值。

提取溫度的影響。稱取6份樣品，每份稱取1.00 g紫甘薯粉，于6支試管中，在料液比為1:10，醇酸比為60:40，用溫度30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃分別密封浸提105 min，中間每15 min搖晃一次。離心稀釋后，在530 nm測(cè)定吸光度，重復(fù)三次求得平均值。

料液比的影響。稱取5份樣品，每份稱取1.00 g紫甘薯粉，于5支試管中，在醇酸比為60:40，溫度為60 ℃，密封浸提時(shí)間為105 min，中間每15 min搖晃一次。用料液比為1:5、1:10、1:20、1:30、1:40分別進(jìn)行提取，離心稀釋后，在530 nm測(cè)定吸光度，重復(fù)三次求得平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 紫薯花青素提取率的單因素影響

2.1.1 醇酸比的影響

醇酸比對(duì)紫薯花青素提取率的影響結(jié)果如圖2所示。

圖2 醇酸比對(duì)紫薯花青素提取率的影響

由圖2可見，隨醇酸比增大，紫甘薯色素得率隨之增加，但當(dāng)醇酸比達(dá)到55:45以后得率開始減少，因此，最佳醇酸比為55:45。

2.1.2 提取時(shí)間的影響

提取時(shí)間的影響如圖3所示。由圖3可見，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，紫甘薯色素得率增加，但在105 min之后有下降趨勢(shì)，因此，最佳提取時(shí)間為105 min。

圖3 提取時(shí)間對(duì)紫薯花青素提取率的影響

2.1.3 提取溫度的影響

提取溫度的影響如圖4所示。由圖4可知，隨溫度的升高，紫甘薯色素得率也相應(yīng)增大，但當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)反而得率降低，因此，最佳提取溫度為60 ℃。

2.1.4 料液比的影響

料液比的影響如圖5所示。由圖5可見，增加提取劑的用量有利于色素的溶出，提高了花青素色素的得率，當(dāng)料液比大于1:10時(shí)提取效果沒有明顯增加，因此，最佳料液比為1:10。

圖4 不同提取溫度對(duì)紫薯花青素提取率的影響

圖5 不同料液比對(duì)紫薯花青素提取率的影響

2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為進(jìn)一步驗(yàn)證，并確定多因素共同作用下的最佳工藝條件，以單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，正交因素與水平表見表1[11]。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平表

由表2可知：浸提時(shí)間和醇酸比對(duì)花青素浸提效果影響較大，料液比和溫度的影響較小。各因素主次順序D>B>C>A。最優(yōu)浸提方案為A2B2C2D2。結(jié)果與單因素試驗(yàn)相吻合。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

注：以上花青素含量均為三次平均值。

3 討論

浸提時(shí)間和醇酸比對(duì)紫薯花青素的浸提效果影響較大，料液比和溫度的影響較小。紫薯中的花青素提取量隨醇酸比不同而發(fā)生變化，酸度的增加有利于花青素的提取，但酸度過高會(huì)降低花青素的提取率，因此醇酸比應(yīng)該在合適的范圍，方可獲得較高的提取率，得到色澤鮮艷的紫薯天然色素。浸提時(shí)間的延長(zhǎng)雖有利于色素的提取，但較高溫度下的長(zhǎng)時(shí)間浸提會(huì)引起紫薯中的花青素的降解。色素的提取率隨溫度的升高而增加，但是當(dāng)浸提的溫度達(dá)到一定值的時(shí)候?qū)μ岣呱靥崛÷实挠绊懖伙@著，并且有可能破壞花色甙的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響其穩(wěn)定性。通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定最佳提取工藝條件是：料液比1:10、醇酸比55:45、時(shí)間105 min、溫度60 ℃。上述條件選擇料液比1:10進(jìn)行多次提取，直至吸光度接近于零，測(cè)出最大提取量。結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)中2次提取得率達(dá)96.03%。雖然3次提取后還可以繼續(xù)提高，但是幅度不大，考慮到提取工藝流程后期須進(jìn)行濃縮的能源消耗，因而2次提取即可。

[1] 高愛紅,童華榮.天然食用色素-花青素研究進(jìn)展[J].保鮮與加工,2001,1(3):25-27.

[2] Annamaryju DS, Yellamraju S, Rameshwar R. Anti- oxidant ability of anthocyanins against ascorbic acid oxidation[J]. Phytochemistry, 1997, 45(4): 671- 674.

[3] Bagchi D, Sen CK, Bagchi M, Atalay M. Anti- angiogenic, antioxidant, and anti-carcinogenic proper- ties of a novel anthocyanin-rich berry extract formula[J]. Biochemistry(mosc), 2004, 69(1): 75-80.

[4] Uchida S. Condensed tannins scavenging active oxygen radicals[J]. Med Sci Res, 15(2): 831-832.

[5] 張長(zhǎng)貴,董加寶,王禎旭.原花色素及其開發(fā)應(yīng)用[J].四川食品與發(fā)酵,2006,42(6):8-12.

[6] 陸國(guó)權(quán),邱永軍,樓曉波.紫心甘薯紅色素提取工藝技術(shù)研究[J].浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1997,23(1):1-6.

[7] Capounova D and Drdak M. Comparison of some commercial pectic enzyme preparations applicable in wine technology[J]. Czech J. Food Sci., 2002, 20(4): 131-134.

[8] McClements D J. Advances in the application of ultrasound in food analysis and processing[J]. Trends in Food Science & Technology, 1995, 6(9): 293-299.

[9] 尹晴紅,劉郵洲,謝一芝,等.紫甘薯花色甙的穩(wěn)定性分析[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2004,20(2):111-115.

[10] 吳巧玲.紫心甘薯紫紅色素的提取工藝研究進(jìn)展[J].今日科技,2003,34(6):43-44.

[11] 張志康,朱世宏,蘇涵,等.超聲波-微波協(xié)同法提取堿蓬黃酮的工藝研究[J].唐山師范學(xué)院學(xué)報(bào),2018,40 (3):72-76.

Study on Extraction of Anthocyanin from Purple Potato

WANG Qing, CHEN Hong-ling, WU Chao, LONG Tao, DUAN Hong, LI Ying-han

(School of Biological and Food Engineering, Suzhou University, Suzhou 234000, China)

The extraction of anthocyanidin from purple sweet potato was studied in this paper. Orthogonal experiment was applied to optimize the extract process of anthocyanidin. The effect of alcohol to acid ratio, extraction time, temperature, and the ratio of material to solvent was investigated. The results show that the optimal extraction conditions are as follow: alcohol to acid ratio is 55:45, extraction time is 105 min, extraction temperature is 60 ℃, and the ratio of material to solvent is 1:10.

purple potato; anthocyanin; extract

TS264.4

A

1009-9115(2020)03-0071-04

10.3969/j.issn.1009-9115.2020.03.017

宿州學(xué)院科研平臺(tái)開放課題項(xiàng)目（2017ykf05、2019ykf28），宿州學(xué)院重點(diǎn)科研項(xiàng)目（2019yzd06），安徽省大學(xué)生創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（201810379004）

2019-07-31

2019-10-16

王晴（1993-），女，安徽淮北人，碩士，助教，研究方向?yàn)槭称窢I(yíng)養(yǎng)與安全。

（責(zé)任編輯、校對(duì)：李春香）