紫馬鈴薯花青素提取方法及穩定性研究

楊曉彤 王明宇 劉麗萍

摘 要 紫馬鈴薯富含花青素，是天然的保健食品，并具有較高經濟價值和營養價值。優化提取方法可提高花青素的穩定性，為紫馬鈴薯花青素的提取、加工及穩定性研究提供基礎理論依據。通過查閱文獻發現，利用優化乙醇浸提法提取花青素，并輔以超聲、微波、加壓、脈沖等提取方法，可顯著提高紫馬鈴薯花青素的提取量;紫馬鈴薯花青素在低pH、低溫條件下穩定性較好。氧化劑、還原劑、光照都會對紫馬鈴薯花青素起破壞作用，葡萄糖、海藻糖可提高其穩定性，苯甲酸鈉對其穩定性影響不大。

關鍵詞 紫馬鈴薯;花青素;提取方法;穩定性

中圖分類號：TQ914.1 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.24.076

紫馬鈴薯營養豐富，富含人體易于吸收的營養物質。紫馬鈴薯中的花青素是一種純天然色素[1-2]，且含量較高，食用紫馬鈴薯具有降低血脂、膽固醇和血糖等作用[3-4]，還能抗癌[5]、保肝、清除自由基和抗衰老等[6-7]，可謂天然的保健食品。因此，研究紫馬鈴薯中花青素的提取工藝和穩定性具有重要意義。

1 紫馬鈴薯花青素提取工藝

花青素易溶于有機溶劑，傳統的花青素是利用酸和甲醇、乙醇等極性溶液或者極性溶液組合進行提取。但花青素的穩定性效率并不高，因此通過新型提取方法可加速物質的溶出、減少溶劑的消耗、降低溫度、縮短時間，具有周期短、效率高的優勢。

1.1 溶劑（乙醇）浸提法

花青素在水和乙醇等極性溶劑中易溶，因此提取花青素常用溶劑浸提法，也是常規提取花青素的方法。

1.1.1 提取過程

取一定量紫馬鈴薯薯肉加入提取劑中，一定溫度下水浴一段時間后，離心過濾，測定一定波長下的吸光度值，計算提取液中花青素含量。花青素含量計算方法多為pH示差法。

1.1.2 常用提取劑

Harborne等[8]用甲醇鹽酸抽提馬鈴薯花青素;Lewis等[9]用15%的乙酸甲醇溶液提取花青素;LUIS E等[10]和Kyu-Ho Han等[11]分別用丙酮和氯仿溶液、5%乙酸和70%乙醇溶液組合進行提取;Jokioja等[12]用水、乙醇、乙酸作為溶劑進行提取;Andre等用0.1%鹽酸甲醇溶液作為花青素的提取劑;崔闊澍等[13]用體積比為1∶1的鹽酸和乙醇浸提;童丹等[14]用0.5%鹽酸乙醇作為提取溶劑;楊玲等[15]分別用檸檬酸-磷酸氫二鈉溶液和1.5 mol·L-1和HCl-95%乙醇兩種溶液提取，兩種不同的提取液得到的紫羅蘭馬鈴薯花青素提取含量不同，也影響了紫馬鈴薯花青素的穩定性。

1.1.3 提取方法的優化

1）將紫馬鈴薯薯肉粉末放入提取液中浸泡1 h，優化了溶劑提取法[16]。Lachman等[17]通過提高酸和丙酮的含量，減少均質化的處理時間，提取效率也有所提高。

2）提取液（乙醇）體積分數60%，料液比1∶30（g∶mL），提取溫度60 ℃，提取時間2 h，pH值為1，提取量為1.27 mg·g-1[18]。

3）響應面分析法優化提取條件：增大乙醇體積分數，增加料液比，縮短提取時間，響應面分析法優化提取條件，提取量為1.13 mg·g-1[19]。

4）增大乙醇體積分數，料液比、提取溫度、提取時間都相對降低，提取量反而相對提高[20]。

不同品種的紫馬鈴薯花青素含量存在明顯差異，提取時間、提取溫度、料液比、乙醇濃度等影響因素對紫馬鈴薯花青素的提取含量有影響，優化乙醇浸提法研究成果比較如表1所示。

1.2 超聲提取法

超聲提取法是把薯肉和提取液放入三角瓶中，用錫箔紙封口后再放入超聲波清洗器中進行提取的方法。

1）利用（95%乙醇，0.1 mol·L-1鹽酸）溶劑浸提法、超聲波破碎法及液氮-丙酮提取紫馬鈴薯中的花青素，結果表明超聲波破碎法所得花青素的量比溶劑浸提法高[21]。

2）采用料液比1∶400，提取時間5 min，提取溫度35 ℃，提取功率350 W的超聲輔助提取法提取紫馬鈴薯皮和肉的花青素[22]。

3）超聲優化正交實驗，所用超聲功率400 W，乙醇濃度70%，不同的馬鈴薯品種（系）使用的提取時間和提取量有差異[23]。

4）超聲波輔助提取法[24]，采用復合試驗優化單因素試驗的方法，結果表明，液料比28∶1、超聲波功率380 W、提取時間18 min、提取溫度47 ℃是超聲提取紫馬鈴薯中花青素較好的條件，在此條件下花青素提取量為602 mg·kg-1[25]。

5）料液比增加至1∶50（2.5 g/100 mL檸檬酸溶液）、超聲功率升至400 W、提取溫度45 ℃、提取時間10 min提取條件下的提取量為1.362 mg·g-1[26]。

6）采用3.0%乳酸作為提取液，低功率、大料液比并延長提取時間的超聲提取法提取紫馬鈴薯花青素，提取量可達1.40 mg·g-1[27]。不同提取條件下的超聲提取法研究成果比較如表2所示。

1.3 其他提取方法

1.3.1 微波輔助提取法

微波輔助提取法是將薯肉和提取液放入微波萃取器中，利用微波對細胞膜產生的生物效應，使細胞壁破裂、花青素流出，并溶解于細胞周圍的提取液中。

微波輔助提取紫馬鈴薯花青素，進行正交試驗獲得最佳提取工藝條件為70%乙醇溶液、料液比1∶20、浸提溫度30 ℃、微波作用時間30 s，此條件下在提取液中的花青素含量為20.317 37 μg·mL-1[28-29]。

1.3.2 加壓溶劑提取法

準確稱取一定量紫色馬鈴薯粉，利用加壓溶劑、通過高壓反應釜通入高純氮氣的加壓方法，可防止花青素被氧化。

使用加壓溶劑提取，乙醇濃度為77%，67 ℃條件下，25 min，料液比例為1∶58，得到的花青素量為200.13 mg/100 g[24]。

同時使用加壓溶劑提取法和超聲輔助提取法提取得到的花青素，加壓溶劑法更高。齊美娜[30]采用加壓溶劑提取法萃取紫色馬鈴薯中的花青素，含量平均值為（197.83±3.69）mg/100 g。

1.3.3 脈沖電場輔助提取法

利用脈沖電場（PEF）處理，分別以水和乙醇為溶劑，提取紫色馬鈴薯花青素，40 ℃、480 min后，乙醇為溶劑的未處理樣品的提取率與水為溶劑的PEF處理樣品相似，說明更加清潔安全的水可以代替乙醇[31]。

2 紫馬鈴薯花青素穩定性研究

目前，對于紫馬鈴薯花青素穩定性的研究較少。王亞云等[16]的實驗結果顯示，酸性條件對紫馬鈴薯花青素的穩定至關重要，氧化劑和還原劑對紫色馬鈴薯花青素穩定性的維持沒有正面的作用，Mg2+、Mn2+、Cu2+可起到一定輔色作用，苯甲酸鈉的影響不顯著[32]。于文娟等[33]的實驗結果表明，紫馬鈴薯花青素在30 ℃、pH為3條件下穩定性較好，葡萄糖和海藻糖對其穩定性的維持具有顯著作用，散射光不利于紫馬鈴薯花青素保持穩定。楊玲等[34]的實驗結果顯示，紫馬鈴薯花青素受pH影響明顯，Fe2+使色素穩定性下降，而Al3+對其具有較強的增色作用，并且紫馬鈴薯花青素對抗壞血酸、Na2SO3和H2O2較敏感。楊曉輝等[35]研究了pH、溫度、貯藏條件對紫馬鈴薯花青素的影響，結果顯示花青素在低pH下穩定，在60 ℃以上時降解速度加快，光照長會降低原花青素含量。低溫、避光條件可減少花青素的損失。倪勤學等[28]對紫馬鈴薯花青素穩定性的研究表明，隨pH的增加，紫馬鈴薯花青素熱穩定性下降，氧化劑對花青素的破壞作用最大，Mg2+、Ca2+對花青素的破壞作用也較大。

紫馬鈴薯花青素在低pH、溫度不高于60 ℃條件下穩定性好，氧化劑、還原劑、光照都會對紫馬鈴薯花青素起破壞作用，葡萄糖、海藻糖可提高其穩定性，苯甲酸鈉對其穩定性影響不大。制取過程中應避免氧化劑、還原劑的干擾，富含花青素的制品的貯存條件最好選擇低溫、避光條件，應用紫馬鈴薯花青素制作的食品可適當添加葡萄糖、海藻糖以提高其保質期。

3 結論

影響紫馬鈴薯花青素提取量的因素比較多，提取時間、提取劑、光照、溫度、pH等條件的不同都會影響紫馬鈴薯花青素提取率，通過優化實驗條件，這幾種較優條件組合使用可以得出最佳提取條件，從而得到最高的提取量。提取劑最常用的是乙醇溶液，鹽酸也較為常用。另外，為追求得到更接近天然狀態的花青素，可在提取前做初步提取，初步提取劑可選用有機弱酸，如檸檬酸和酒石酸等，也可使用丙酮等中性溶劑。應用超聲、微波、加壓等方法進行輔助提取，提取量則顯著高于溶劑浸提法。

紫馬鈴薯富含花青素，其營養價值和應用前景廣闊。但目前紫馬鈴薯花青素的相關研究還不充分，在紫薯、葡萄、藍莓等植物中的花青素提取分離純化及穩定性研究較全面。馬鈴薯作為世界五大糧食之一，而紫馬鈴薯比普通馬鈴薯抗病性更強、產量更高，以紫馬鈴薯作為原料開發新型產品，對天然花青素的研究加以重視、開發和利用，充分發揮其經濟效益，天然花青素一定會對人類健康起到積極的作用。

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（責任編輯：劉 昀）